4.10Установка гту-16 с котлом-утилизатором без дожигания/ с дожиганием (порядка 100 Гкал/ч) на прк в рамках дпм

4.10.1Мощность и режим работы гту-16 с котлом-утилизатором без дожигания/с дожиганием

Планируемая установленная электрическая мощность газотурбинной части станции проектируемой на территории ПРК составляет 16 МВт. ГТУ-ТЭЦ к установке предлагается блочной схемы (водогрейный котел работает в блоке с газовой турбиной).

Водогрейный котел предусматривается для работы в следующих режимах:

• в комбинированном режиме (при работе в блоке с ГТУ и дополнительном сжигании в котле природного газа или мазута);

• в автономном режиме (при отключенной ГТУ, при сжигании в котле природного газа или мазута);

• в утилизационном режиме (при работе в блоке с ГТУ без дополнительного дожигания).

Тепловая мощность котла при работе в автономном и комбинированном режиме составляет – 100 Гкал/ч, в утилизационном – 18 Гкал/ч В результате реконструкции установленная тепловая мощность ПРК сохраняется существующая – 860 Гкал/ч.

Работа вновь вводимого оборудования предполагается в следующем режиме:

• по отпуску тепловой энергии – в базовом режиме (с учетом режима работы Томской ТЭЦ-3) по графику нагрузки 150/70 ⁰С.

• по отпуску электрической энергии – параллельно с энергосистемой.

По выработке электрической энергии – режим работы полупиковый (число часов работы – до 6000 ч/год).

Годовое число часов использования установленной тепловой мощности в соответствии с графиком тепловых нагрузок в отопительный период года порядка 5000 часов. Работа газовых турбин в открытом цикле (работа газовой турбины без котла-утилизатора) не предусматривается. Установка газовых турбин предполагается без строительства байпасной дымовой трубы, таким образом, газовые турбины будут работать по теплофикационному графику нагрузки и годовое число часов использования установленной электрической мощности будет определяться режимом работы водогрейного котла в отопительный и летний периоды года. В связи с повышенной эффективностью комбинированной выработки электрической и тепловой энергии ГТУ-ТЭЦ по сравнению с существующим оборудованием, оборудование вновь вводимой ГТУ-ТЭЦ должно иметь максимальную загрузку в течение года.

4.10.2Технологические решения

4.10.2.1Газотурбинная установка

В требуемом диапазоне мощностей (до 16 МВт) существует ряд моделей отечественного и зарубежного производства со значительно отличающимися техническими и стоимостными показателями. Выбор типа ГТУ для реализации настоящего проекта должен быть выполнен на основании технико-экономического сравнения вариантов строительства.

В рамках выбора основного оборудования рассмотрены ГТУ различных производителей. Сопоставление основных термодинамических характеристик ГТУ сведено в таблицу 4.40.

Анализ таблицы показывает, что наиболее высокие показатели термодинамической эффективности имеют ГТУ марки 130-T20500 производства «Solar Titan», ГТЭС-16 производства ОАО «Авиадвигатель» и GE LM2000 производства «General Electric».

В дальнейшем для расчетов вариант с газовой турбиной ГТЭС-16 производства ОАО «Авиадвигатель», установленной электрической мощностью 16 МВт нами принимается как основной.

Окончательный же выбор поставщика основного оборудования осуществляется на основе конкурса и сопоставления технико-коммерческих предложений производителей.

Газотурбинная электростанция ГТЭС-16ПА

Газотурбинная электростанция ГТЭС-16ПА предназначена для выработки переменного трехфазного тока напряжением 6,3 (10,5) кВ при автономной (на изолированную сеть) или параллельной работе с другими электростанциями в условиях умеренного и холодного климата и может быть использована в качестве основного, либо резервного источника электроэнергии и для покрытия пиковых нагрузок.

ГТЭС представляет собой комплекс, состоящий из газотурбинной установки ГТЭ-16ПА, турбогенератора Т-16-2РУХЛ3.1, оборудования и систем, обеспечивающих их работу и безопасность эксплуатации электростанции. Конструкция газотурбинной электростанции ГТЭС-16ПА является блочно-модульной (рисунок 4.12).

В состав ГТЭС входят:

• блок двигателя;

• блок маслообеспечения двигателя;

• блок генератора;

• блок маслообеспечения генератора;

• блок охлаждения генератора;

• воздухоочистительное устройство (ВОУ);

• блок управления;

• блок электротехнический.

Газотурбинная установка ГТЭ-16ПА предназначена для привода синхронного генератора в составе электростанции. Общий вид ГТЭ-16ПА представлен на рисунке 4.2.

Технические характеристики и основные параметры ГТЭС-16ПА представлены в таблице 4.40.

ГТУ-16, создана на базе ГТУ-12П за счет добавления, по одной ступени компрессора и силовой турбины. В результате этого увеличено давление и температура газа перед турбиной и увеличен расход воздуха, за счет чего мощность увеличена с 12 до 16 МВт.

Основное и резервное топливо для ГТУ – природный газ.

ГТД сохраняет работоспособность при температуре наружного воздуха, подаваемого на вход ГТД от –50 ^оС до +45 ^оС, барометрическом давлении от 84,0 кПа до 106,7 кПа, относительной влажности воздуха до 98%.

ГТД допускает возможность увеличения мощности на 20% при снижении температуры атмосферного воздуха ниже -7°С без увеличения номинальной температуры газа перед ТВД.

Газотурбогенератор изготавливается и поставляется в полной заводской комплекции, в блочно-контейнерном исполнении, и состоит из отдельных блоков–контейнеров в которых размещаются двигатель, электрогенератор с обслуживающим их оборудованием, блока комплексного воздухоочистительного устройства, расположенного на входе в двигатель.

Контейнеры ГТУ являются теплозвукоизолирующими укрытиями и приспособлены для использования их на открытой местности.

Блочно - контейнерное исполнение обеспечивает минимальный срок ввода установки в эксплуатацию.

Газогенератор двигателя, состоит из осевого компрессора низкого давления, осевого компрессора высокого давления, трубчато-кольцевой камеры сгорания и турбин, приводящих в движение: турбина высокого давления – компрессор высокого давления, турбина низкого давления – компрессор низкого давления.

Свободная силовая турбина - осевая, кинематически не связанная с газогенератором, направление вращения по часовой стрелке (правое).

Для повышения газодинамической устойчивости ГТД в компрессоре низкого давления применены поворотные лопатки входного направляющего аппарата и направляющие лопатки входных ступеней компрессора.

Роторы турбокомпрессоров опираются на индивидуальные, носовые – шариковые и кормовые – роликовые подшипники. Силовая турбина опирается на собственные, носовой роликовый и кормовой шариковый подшипники; уплотнение масляных полостей ГТД – контактно-лабиринтное.

Цикловым воздухом охлаждаются сопловые аппараты ТВД и ТНД, рабочие лопатки ТВД и диски турбин.

Топливная система ГТД предназначена для осуществления автоматического запуска, дозировки топлива по сигналам СКУ и прекращения подачи топлива по команде оператора или при срабатывании защит.

Система смазки двигателя – циркуляционная, под давлением, с принудительной откачкой отработавшего в узлах ГТД масла. Система смазки обеспечивает смазку и охлаждение подшипниковых узлов, зубчатых зацеплений приводов и других трущихся узлов двигателя на всех режимах работы ГТД. При запуске и в ходе остановки, для образования и поддержания оптимального давления масла в системе, включается электроприводной маслоагрегат, в ходе режимной работы ГТД систему обслуживает навесной маслоагрегат. Оба маслоагрегата шестеренчатого типа.

Маслосистема ГТД – циркуляционная, под давлением с приводом нагнетательной и откачивающей секций основного маслоагрегата от КНД; уплотнение масляных полостей ГТД контактно-лабиринтное.

Моторная рама ГТД с коробкой приводов. Моторная рама представляет собой силовой элемент из профильной стали с гибкими стойками крепления ГТД и расположенными на ней агрегатами и трассировкой обслуживающих ГТД систем.

Коробка приводов выносная передает крутящий момент от двух электростартеров ротору КНД при запуске двигателя.

Газотурбинный двигатель оснащается системой автоматического регулирования, технологическими защитами и блокировками, дистанционным управлением, системой автоматического контроля технологических параметров. Автоматизированная система управления и контроля ГТУ является подсистемой АСУ ТП ПГУ и позволяет производить полностью автоматизированный пуск и останов двигателя.

В обеспечивающие системы ГТД входят:

Автоматическая система пожарной защиты состоит из системы сигнализации пожара и системы пожаротушения. Блоком управления системы сигнализации, расположенным в помещении пульта управления ПГУ, при срабатывании датчиков пожарной сигнализации, и, при герметизации объекта и автоматически отключенной системе вентиляции, включается система углекислотного пожаротушения.

Система пожаротушения срабатывает при работающем или стоящем ГТД автономно от системы управления ГТУ.

Блок КВОУ, состоящий из:

• воздушного фильтра;

• воздухоприемной камеры коробчатой конструкции, расположенной непосредственно перед ГТД;

Газоотвод с газоходом служат для отвода отработавших газов от ГТД и подачи их в энергоутилизационный котел и представляют собой коробчатые конструкции соответствующей конфигурации.

Компрессор оборудован регулированием мощности диапазоном 100…0%. Управление режимом работы автоматическое дистанционное. Система охлаждения установки предусматривается водой. Компрессор и дополнительное оборудование размещаются в контейнере.

Таблица 4.40 – Основные термодинамические характеристики ГТУ

Наименование	Ед. изм.	Производители ГТУ
		Зоря-Машпроект	Авиадвигатель	ФГУП «ММПП «Салют»	«General Electric»	«General Electric»	Hitachi	Kawasaki	Mitsubishi	Solar Titan
		ГТЭ-15	ГТЭС-16	ГТУ-25	GE 5251M	GE LM2000	H15	GPB180D	MF111B	130-T20500
Температура окружающего воздуха + 15 0С
Номинальная мощность ГТУ (по условиям ISO)	МВт	16	16	16	18	17,6	15	17,7	14,8	15
Расход топлива	кг/ч (природного газа)	3430	3281	3281	5163	3631	3375	3827	3405	3042
Удельный расход теплоты	МДж/кВтч	10,746	10,256	10,778	14,332	10,324	11,257	10,807	11,510	10,128
Температура уходящих на входе в КУ	0С	426	485	418	509	479	546	544	526	496
Тепловая мощность уход. газов за ГТУ	МВт	20	19,5	21	-	-	-	-	-	-
КПД ГТУ (электрический)	%	33,5%	35,1%	33,4%	25,1	34,9	32,0	33,3	31,3	35,5

Рисунок 4.12 – Газотурбинная электростанция ГТЭС-16ПА

Рисунок 4.13 – Общий вид ГТЭ-16ПА

Таблица 4.41 – Технические характеристики и основные параметры ГТЭС-16ПА

Наименование показателей	Ед.изм.	Значение
В стационарных условиях (Рн=760 мм РТ.ст., tн=+15 °С, потери на вх/вых – 100/100 мм вод.ст.)
Номинальная мощность на клеммах генератора	МВт	16,0
Коэффициент полезного действия на клеммах генератора	%	35,1
Степень повышения давления в компрессоре	-	19,9
Температура газа за силовой турбиной (на выхлопе) двигателя	°С	485
Расход газа за силовой турбиной (на выхлопе)	кг/с	55,7
Коэффициент избытка воздуха в выхлопных газах	-	3,5
Тепловая мощность на выхлопе при tвых=110 °С	Гкал/ч	19,5
Коэффициент использования тепла топлива при tвых=110 °С	%	84,8
Номинальный коэффициент мощности	-	0,8
Номинальная частота вращения ротора генератора	об/мин	3 000
Номинальное напряжение электрического тока	В	6300/10500
Эквивалентный уровень звука при обслуживании на расстоянии 1 м, не более	дБа	80
Параметры топливного газа перед ГТЭС: давление (изб), температурный диапазон	кгс/см2 °С	28…32 +5…+80
Ресурс ГТЭС: до капремонта, общетехнический, срок службы, не менее	ч ч год	25 000 100 000 20
Допустимые параметры окружающего воздуха температура tн, барометрическое давление Рн, относительная влажность	°С мм рт.ст. %	- 60…+45 630…800 До 100
Сейсмическое воздействие по шкале MSK-64 интенсивностью, не более	баллов	7

Таблица 4.42 – Рабочие характеристики ГТЭС-16ПА

Режим работы	Nноминал
Температура воздуха на входе в ГТУ, 0С	- 45,0	- 25,0	- 10,0	0	15,0	25,0	40,0
Выходная мощность генератора, кВт	16000	16000	16000	16000	16000	14550	12478
Электрический КПД, %	37,16	36,46	35,92	35,57	35,05	34,22	32,79
Расход выхлопных газов, кг/с	64,89	61,50	59,22	57,83	55,92	52,59	47,74
Температура выхлопных газов, 0С	346	395	433	458	495	505	522
Давление выхлопных газов на выходе из СТ, кгс/см2	1,0763	1,0751	1,0743	1,0739	1,0732	1,0691	1,0634
Коэффициент избытка воздуха в выхлопных газах	4,0428	3,759	3,555	3,431	3,279	3,297	3,353
Располагаемая тепловая мощность в выхлопных газах при утилизации до 100 0С, Гкал/ч	14,052	16,165	17,69	18,65	20,052	19,381	18,368
Расход топливного газа, кг/ч	3095	3154	3203	3234	3281	3057	2736