http://www.eprussia.ru/epr/104/7979.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 12 (104) июнь 2008 года

История парогазового цикла в России

Тема номера Павел АНДРЕЕВ

Прогресс в теплоэнергетике связывают с повышением эффективности, экологичности, снижением материало- и капиталоемкости, повышением надежности и эксплуатационных свойств энергетических установок тепловых электростанций.

Одно из главных направлений в решении этих задач – внедрение в энергетику комбинированных парогазовых установок (ПГУ).

Идея создания парогазовых установок, использующих в качестве рабочих тел продукты сгорания топлива и водяной пар (бинарные установки), впервые была высказана французским ученым Сади Карно в работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824 год).

С. Карно предложил схему поршневой парогазовой установки и обосновал основное условие создания эффективных парогазовых установок – использование продуктов сгорания топлива в качестве рабочего тела в области высоких температур с одновременной утилизацией отбросного тепла газов для получения рабочего пара. По мере развития паровых и газовых турбин практическое осуществление этой идеи гениального ученого, более чем на столетие вперед определившего основные пути развития парогазовых тепловых двигателей, оказалось вполне возможным.



Первые установки

Первые бинарные парогазовые установки появились в Германии. В 1913‑1917 гг. Хольцварт осуществил ПГУ на базе ГТУ с пульсирующей камерой сгорания. КПД установки не превышал 14 процентов.

В 1932 году фирма «Броун-Бовери» разработала высоконапорный парогенератор «Велокс», в топку которого воздух подавался осевым компрессором, приводом которого служила осевая газовая турбина.

В сочетании «Велокса» с паровой турбиной получалась парогазовая установка с нулевой выработкой полезной мощности газовой турбиной.

В России исследования комбинированных термодинамических циклов были выполнены ЦКТИ в 1934‑1940 годах и продолжены в послевоенные годы.

В 1944‑1945 годах в ЦКТИ А. Н. Ложкин разработал схему парогазовой установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Теоретические основы комбинированного парогазового цикла с высоконапорным парогенератором (ПГУ с ВПГ) были проанализированы в работах А. Н. Ложкина и А. Э. Гельтмана. Это позволило повысить эффективность установки за счет параллельного с регенеративной системой паровых турбин подогрева питательной воды. В этот период были разработаны основные принципы комбинирования паровых и газовых турбин, проведен термодинамический анализ парогазовых циклов, выполнено сравнение различных комбинированных схем, а также выявлено преимущество установок с высоконапорными парогенераторами по сравнению с ПГУ сбросного типа (с низконапорными парогенераторами) и с котлами-утилизаторами.



Преимущества комбинирования

Это преимущество заключается, прежде всего, в значительном снижении металловложений в высоконапорные парогенераторы по сравнению с котлоагрегатами обычного типа. Кроме того, парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами обеспечивают большую экономию топлива как по сравнению с парогазовыми установками других типов, так и по сравнению с раздельными паротурбинными и газотурбинными установками. Это справедливо для ПГУ на базе газовых турбин с начальной температурой газов перед ними до 950‑1000° С.

Начатые в ЦКТИ термодинамические исследования циклов ПГУ получили развитие в работах специалистов Одесского политехнического института (под руководством профессора Д. П. Гохштейна), Саратовского политехнического института (под руководством профессора А. И. Андрющенко), Ленинградского политехнического института (под руководством профессоров И. И. Кириллова и В. А. Зысина).

На базе разработанных ЦКТИ схем и основного нестандартного оборудования парогазовых установок в Советском Союзе были построены и введены в эксплуатацию следующие парогазовые установки:
• ПГУ с ВПГ мощностью 6,5 МВт на базе ГТУ-1,5 с начальной температурой газов 720 °С (1963 год, Ленинград, Первая ЛенГЭС);
• 3 блока ПГУ с ВПГ мощностью 16,5 МВт на базе ГТ-700‑4-1М с начальной температурой газов 700 °С (1966‑1970 годы, Ленинград, Блок-ТЭЦ № 6);
• ПГУ с ВПГ мощностью 200 МВт на базе ГТ-35 с начальной температурой газов 770 °С производства Харьковского турбинного завода (1972 год, Невинномысск, Невинномысская ГРЭС);
• ПГУ с НПГ мощностью 250 МВт на базе ГТ-35 с начальной температурой газов 770 °С (1982 год, Молдавская ГРЭС);
• ПГУ с КУ мощностью 35 МВт на базе ГТН-25 с начальной температурой газов 770 °С (1996 год, Грязовец Вологодской области).



Другие разработки

В 1997 году были произведены работы по надстройке блока с турбиной Т-250 на Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга газотурбинной установкой GT-8C. Авторами этого проекта разработана необычная схема, основная особенность которой состоит в том, что охлаждение уходящих газов котла осуществляется не в газоводяных теплообменниках, а в сохраняемом в схеме ПГУ вращающемся регенеративном воздухоподо-гревателе (РВП) с помощью избыточного воздуха. Последний выполняет роль промежуточного теплоносителя, передающего тепло уходящих газов котла подпиточной или сетевой воде. Схема имеет весьма сложную систему газовоздухопроводов большого сечения и шиберов, плотность которых недостаточна. Для нее характерны также неизбежные перетечки в РВП (до 20 процентов), а также отсутствие вытеснения регенерации паровой турбины. Поэтому такая реконструкция паротурбинных энергоблоков путем надстройки газовой турбинной установки привела к снижению надежности работы установки и к значительным дополнительным потерям тепла. Как показали испытания, парогазовый блок вместо проектного прироста КПД на 1‑1,5 процента обеспечивает ту же экономичность, что и паросиловой блок до реконструкции. При использовании рациональной схемы прирост КПД составил бы 2‑3 процента. Таким образом, парогазовый блок Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга представляет собой с позиции парогазовых технологий, скорее, отрицательный пример.

Кроме того, были выполнены проекты ПГУ с ВПГ и НПГ мощностью 250‑1000 МВт, включая и ПГУ с внутрицикловой газификацией топлива, предназначенные как для нового строительства, так и для модернизации действующих паросиловых блоков, выработавших ресурс. А НПО ЦКТИ разработало для «Газпрома» концепцию ведомственной электростанции мощностью 30‑100 МВт с использованием типов ГТУ, применяемых «Газпромом», но в энергетическом варианте. Концепция основана на применении моно- и дубль-блочных ПГУ с унифицированными по группам ГТУ котлами-утилизаторами и вспомогательным оборудованием.



После затишья

В последние 15‑20 лет существования Советского Союза в энергетике в области парогазовых технологий имела место затяжная пауза – сложившаяся, помимо всего прочего, в силу недооценки парогазовых технологий.

За эти годы в мировом газотурбостроении сменилось несколько поколений агрегатов. Начальная температура газа выросла с 800‑850 °С до 1200‑1300 °С и выше. В результате этого была преодолена граница (примерно 1100 °С), за которой наиболее эффективным типом парогазовой установки становится не ПГУ с ВПГ или НПГ, а ПГУ с котлом-утилизатором (КУ). Отечественная энергетика оказалась не готова к развитию высокоэкономичных ПГУ с КУ.

Однако с появлением на российском рынке мощных газотурбинных установок оживились работы по разработке схем и установок с котлами-утилизаторами. Так, например в 2000‑2001 годах была начата реализация разработанного еще в 1993 году проекта ПГУ-450Т на Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга. Здесь устанавливаются 4 парогазовых блока ПГУ-450Т. В состав каждого блока входят: две газовые турбины V-94.2 фирмы Siemens мощностью по 150 МВт; два котла-утилизатора П-90 АО «Подольский машиностроительный завод» (новая разработка); одна теплофикационная паровая турбина Т-150‑7,7 ОАО «ЛМЗ» мощностью 150 МВт (новая разработка); три генератора с воздушным охлаждением ТФГ (П)-160‑2УЗ АО «Электросила» мощностью 160 МВт (новая разработка).

ПГУ создана по дубль-блочной схеме с двумя давлениями генерируемого пара с 2‑4-ступенчатой системой подогрева сетевой воды. В настоящее время блок успешно эксплуатируется и подтверждает все проектные характеристики. Уровень техники блока ПГУ-450Т соответствует 1992‑93 годам – времени начала проекта. Тем не менее, успешная реализация этой ПГУ явилась серьезным прорывом российской энергетики в области парогазовых технологий.

В 2005 году была введена в эксплуатацию ПГУ-450Т на Калининградской ТЭЦ-2 по тепловой схеме, аналогичной схеме Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга.

В 2006 году сооружается ПГУ-325 на Ивановской ТЭЦ по схеме дубль-блок на базе ГТУ-110 производства ОАО НПО «Сатурн».



ПГУ-170

НПО ЦКТИ участвует в разработке схем и проектов современных парогазовых блоков. Наибольший объем проектных проработок касается ПГУ-170. Разработка одновального блока ПГУ выполнялась по инициативе ОАО «Институт Теплоэлектропроект» под патронажем Научного совета «Теплофизика и Теплоэнергетика» Российской академии наук специалистами ОАО «Институт Теплоэлектропроект», ОАО «НПО ЦКТИ», ОАО ЛМЗ, АО «Электросила», АО «Подольский машиностроительный завод», НПО «Сатурн» (ОАО «Рыбинские моторы»). Базой для нее явилась газотурбинная установка ГТУ-110 мощностью 110 МВт, которая в полной комплектации установлена в 2001 году на стенде Ивановской ГРЭС.

ПГУ-170 позволяет при техническом перевооружении установить в габаритах двух энергоблоков К-200, полностью отработавших ресурс и подлежащих замене, три ПГУ-170.

Аналогичный теплофикационный блок ПГУ-170Т был проработан для установки на ТЭЦ-27 «Мосэнерго». В результате были подготовлены исходные требования к блоку и основному оборудованию.

Одно из весьма важных и перспективных направлений реализации парогазовых технологий – это модернизация и техническое перевооружение существующих электростанций с блоками от 150 до 800 МВт. Такая модернизация позволяет повысить технический уровень станции до самого современного при сохранении и использовании зданий и сооружений, инфраструктуры, внешних сетей и коммуникаций, а также части основного и вспомогательного оборудования в зависимости от технического состояния и остаточного ресурса.



Будущее – за отечественными разработчиками

На электростанциях со значительным остаточным ресурсом энергоблоков, в топливном балансе которых велика доля мазута или угля, но имеется и природный газ в количестве, достаточном для ГТУ, могут использоваться газотурбинные надстройки, превращающие паросиловые блоки в парогазовые:
а) схема со сбросом уходящих газов ГТУ в топку котла (наиболее рациональна схема с вытеснением регенерации паровой турбины);
б) схема со сбросом уходящих газов ГТУ в теплообменники и вытеснением регенерации высокого и низкого давления;
в) схема с установкой за ГТУ парового котла-утилизатора и подачей выработанного пара в паротурбинную часть (возможна комбинация со схемой «б»).

Все эти схемы могут с успехом применяться и для чисто газовых электростанций.

В целом можно констатировать, что создание ПГУ на уровне, близком к лучшим мировым образцам, является реальной задачей для отечественной промышленности. Доказательство тому – успешная реализация всех, включая последние, парогазовых объектов.

Отправить на Email

Также читайте в номере № 12 (104) июнь 2008 года:

  • На шахте «Костромовская» завершен монтаж

    На строящейся шахте «Костромовская», входящей в состав группы «Белон», произведена подземная сборка лавного комплекса для выемки угля. Оборудование британской фирмы Joy Mining Machinery стоимостью около 21 миллиона евро, включает очистной комбайн, забойный конвейер, механизированную крепь, подлавное оборудование (перегружатель, дробилка), комплекты электрооборудования и гидравлики. Чтобы оптимизировать работы по доставке и сборке компл...

  • Оферта миноритариям ТГК-1 будет сделана не ранее конца лета

    Газовая монополия в конце марта 2008 года завершила сделку по приобретению государственной доли в ОАО «ТГК-1» в размере 28,7 процента от уставного капитала. Соответственно, если «Газпром» получит контроль над «Русскими энергетическими проектами» (РЭП), которым принадлежит 17,67 процента уставного капитала генерирующей компании, и выставит оферту до конца сентября 2008 года, то есть не позднее 6 месяцев, следующих за датой приобретения г...

  • Летняя спартакиада энергетиков

    В Тульской области прошла летняя спартакиада сотрудников территориальной генерирующей компании № 4. Участие в ней приняли спортсмены 10 региональных филиалов ТГК-4 из Белгородской, Брянской, Воронежской, Калужской, Курской, Липецкой, Рязанской, Смоленской, Тамбовской, Орловской и Тульской областей. В программе спартакиады – соревнования по волейболу, мини-футболу, легкой атлетике, по перетягиванию каната. В ТГК-4 проведени...

  • Реконструкция близится к завершению

    В нескольких шагах от старой краснокирпичной Елецкой ТЭЦ на глазах вырос главный корпус по последнему слову техники и промышленного строительства. Синий корпоративный цвет стен, за которыми монтируется новейшее основное оборудование, словно стал и символическим воплощением всей идеи реконструкции – сделать шаг в энергетику будущего. Идет монтаж Монтаж новейшего оборудования позволит в полной мере обеспечить Елец необходимым теплом и...

  • Стройка в Прииртышье

    ОАО «ТГК-11» палинрует проведение модернизации Омской ТЭЦ-3 и завершение строительства Омской ТЭЦ-6. На первом этапе модернизации Омской ТЭЦ-3 планируется установить два блока парогазовых установок суммарной мощностью 120 МВт по электрической и 96,5 Гкал / ч по тепловой энергии. Они будут введены в эксплуатацию в 2011 году. Второй этап проекта предусматривает размещение трех энергоустановок суммарной мощностью 90 МВт и 207 ...


'