Оценка технико-экономической эффективности модернизации ГТУ-ТЭС с использованием парогазовой технологии

■ минимизация административных и финансовых затрат, связанных с применением технологий комплексного проведения открытых конкурсных торгов на международном уровне;

■ проведение всего напора работ, связанных с информационным и технологическим обеспечением проекта;

 

Отработка технических решений на собственных электростанциях – залог надежной работы оборудования у заказчика.

 

Ю.С. Бухолдин, В.М. Олефиренко -ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе»

Ориентируясь на перспективный рынок энергетических установок, ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» отрабатывает новые технологии энергопроизводства и создает на предприятии генерирующее оборудование с использованием различных тепловых схем.

Приоритетным направлением деятельности ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (далее НПО, объединение) является выпуск оборудования для нефтяной и газовой промышленности. Это компрессорные агрегаты с газотурбинным приводом — для линейных и дожимных КС, для закачки газа в ПХГ; газлифтные, сайклинг-процесса; комплектные компрессорные станции для магистральных газопроводов, а также установки переработки нефти и газа и др.

Предприятие осуществляет полный комплекс работ: проектирование, изготовление, монтаж, пуско-наладку — вплоть до строительства «под ключ» комплексных производственных объектов. При необходимости предприятие обучает персонал заказчика и обеспечивает эксплуатационное обслуживание в гарантийный и постгарантийный период.

Накопленный опыт и имеющийся производственный и научно-технический потенциал объединения позволил приступить к освоению нового направления в своей деятельности — созданию электро и теплогенерирующих газотурбинных установок.

Анализ рынка газотурбинных электростанций, проведенный на предприятии, выявил перспективность энергетических установок мощностью 6...25 МВт. При осуществлении утилизации тепла выхлопных газов газотурбинного двигателя эффективность подобных электростанций значительно возрастает. Причем, если имеется достаточно стабильный потребитель тепла (горячей воды или пара), в энергоустановке в экономически обоснованных случаях возможно применение ГТД с более низким кпд за счет повышения ее тепловой мощности.

Учитывая потребности рынка, было принято решение о создании двух газотурбинных установок:

-ЭГТУ-16 — когенерационной, с утилизатором тепла экономайзерного типа;

- ПГУ-20 - парогазовой установки.

В качестве газотурбинного привода в обеих энергетических установках применен двигатель НК-16СТ мощностью 16 МВт производства ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (КМПО). Приводом второго генератора в ПГУ-20 служит конденсационная паровая турбина, спроектированная и изготовленная в объединении.

Установки полностью обеспечивают собственные нужды НПО в электроэнергии, а также служат для испытания вновь создаваемого энергетического оборудования и являются демонстрационными образцами для потенциальных заказчиков. Наличие вблизи энергоустановок необходимых коммуникаций (трансформаторная подстанция, газопровод давлением 2,5 МПа, котельная с соответствующей инфраструктурой) существенно снизило капитальные вложения в строительство ЭГТУ и ПГУ.

Паровой котел, паровая турбина, программные регуляторы топлива для ГТД и ПТ, высоковольтное оборудование передачи выработанной электроэнергии в сети разработаны совместно со специализированными научно-исследовательскими и проектными организациями.

Унификация ряда элементов, конструктивно схожих с узлами ГПА, и опыт параллельного проектирования позволили с минимальными издержками и в кратчайшие сроки (менее одного года) создать ЭГТУ-16. В марте 2001 года установка была запущена в эксплуатацию.

В дальнейшем, с учетом опыта, приобретенного в ходе создания ЭГТУ-16, в объединении была спроектирована и построена парогазовая установка суммарной электрической мощностью 20 МВт. Ввод в эксплуатацию ПГУ-20 происходил в два этапа: в марте 2003 г. запущена газотурбинная установка ЭГТУ-16ПК с утилизационным паровым котлом К35/2,0-300450, в июне того же года — паротурбинная установка УПГ-4К. Принципиальная схема ПГУ-20 представлена на рисунке.

Топливный газ подается в газотурбинный двигатель, силовая турбина которого через редуктор вращает ротор генератора. На выхлопном тракте ГТД установлен утилизационный паровой котел. Пар, вырабатываемый в котле, направляется в конденсационную паровую турбину, являющуюся приводом второго генератора установки. Отработавший в турбине пар доохлаждается оборотной водой в конденсаторе К. Полученный конденсат через деаэратор направляется в котел.

Предусмотрен режим работы установки в теплофикационном режиме, при котором полученный пар направляется в котельную и далее — потребителям. Эффективность использования топлива при этом составляет более 80%.

Основные технические характеристики ЭГТУ-16 и ПГУ-20 представлены в табл. 1.

В ЭГТУ-16 за счет тепла выхлопных газов ГТД в утилизаторе тепла

 

Основные технические характеристики энергетических установок Таблица 1
	ЭГТУ-16	ПГУ-20
Мощность электрическая номинальная, МВт	16	20
Мощность тепловая, Гкал/ч	21	23
Электрический кпд, %	25	40
Эффективность использования топлива, %	80	80 (в ког. режиме)
Расход воды(пара) через КУ, т/ч	480	(32,6)
Температура воды/пара, °С	70/115	70/385
Давление воды(пара), МПа	0,6	(2)

мощностью 21 Гкал/ч производится нагрев воды, которая направляется потребителям через коллектор котельной. Регулирование температуры сетевой воды осуществляется при помощи жалюзи, установленных в газоходе перед утилизатором.

Выработка электроэнергии на обеих энергоустановках обеспечивается генераторами Т-20-2УЗ производства ОАО «Привод». Паровая турбина является приводом генератора ТГ-6-2ДУЗ (ОАО «Электротяжмаш»). Для согласования частот вращения силовых турбин ГТД (5300 об/мин) и паровой турбины (8910 об/мин) с частотой генераторов (3000 об/мин) применены редукторы собственного производства.

Паровая турбина К-4-17,5 мощностью 4 МВт (фото 2) была разработана и изготовлена специалистами Сумского НПО. Паровая турбина выполнена трехступенчатой, двухпоточной: 1-я ступень — радиальная, 2-я и 3-я — осевые. Расчет и проектирование проточной части турбины были осуществлены совместно со специалистами СПбГПУ (г. Санкт-Петербург).

Водогрейный утилизатор тепла УТ-25 для ЭГТУ-16 и паровой котел К35/2,0-300-450 для ПГУ-20 также изготовлены Сумским НПО. Паровой котел-утилизатор был разработан совместно со специалистами ОАО «Укрэнергочермет» (г. Харьков).

Паровой котел барабанного типа выполнен газоплотным, вертикальным, с принудительной циркуляцией рабочего тела. Преимущественное применение гладких труб в теплообменниках позволило обеспечить требуемый уровень сопротивлений проточной части котла-утилизатора «по газовой стороне». Для увеличения теплосъема экономайзер парового котла выполнен из оребренных труб собственного производства.

Для обеспечения водно-химических режимов работы энергоустановок используется система химводо-подготовки, существующая в заводской котельной. Для запуска котла-утилизатора также применяется пар, вырабатываемый в котельной.

При создании энергетических установок были скомбинированы блочно-контейнерная компоновка газотурбинной части (аналогичная ГПА) и капитальные здания, в которых размещены турбогенераторы, распределительное устройство и паровая турбина.

Блок управления обеими установками размещен в отдельно стоящем здании. АСУ ТП спроектирована специалистами предприятия на базе программно-технических средств Fanuk (GE). Совместно с фирмой Advantek International разработаны программные регуляторы топлива, обеспечивающие поддержание постоянной частоты вращения силовой турбины ГТД. Регулировка мощности привода осуществляется за счет изменения расхода топливного газа (с поддержанием постоянной частоты вращения силовой турбины двигателя). Программные регуляторы топлива, установленные в ЭГТУ, обеспечивают надежную работу энергоустановок как при выдаче электроэнергии в локальную сеть, так и при параллельной работе с энергосистемой. Эксплуатация ЭГТУ-16 и ПГУ-20 позволила довести все входящее в их состав оборудование и приобрести опыт, необходимый для тиражирования отработанных технических решений.

В табл. 2 приведены данные о наработке установок и количестве произведенной электрической и тепловой энергии.

На предприятии проработан ряд схем энергоустановок с использованием газотурбинных приводов различного типа. Одним из первых двигателей, на базе которого планируется выпуск серийных энергоблоков когенерационного цикла, станет НК-16-18СТ производства ОАО «КМПО». В настоящее время решается вопрос о совместном создании ГТУ-ТЭЦ в г. Казани. Четыре газотурбинных энергоблока в составе единой электростанции предполагается смонтировать на территории районной котельной «Азино». Тепло будет направлено в коммунальные тепловые сети. Высокая эффективность использования топлива в энергоустановках когенерационного цикла достигается при полном использовании вырабатываемого тепла, как правило, в холодное время года. При невостребованности всего потенциального тепла выхлопных газов (в летний период) общий коэффициент использования топлива падает.

Создание когенерационных установок экономически целесообразно при наличии стабильных потребителей тепла, горячей воды или пара. При их отсутствии более предпочтительно сооружение парогазовых установок, основное назначение которых — выработка электроэнергии. Одной из основных задач при создании собственного энергокомплекса для предприятия является разработка и испытание утилизационных энергоустановок для компрессорных станций с газотурбинными приводами компрессоров природного газа. Традиционные утилизационные схемы с применением воды в качестве рабочего тела в паротурбинном цикле не приветствуются газовиками и нефтяниками, особенно в условиях Севера. Учитывая это, в ОАО создается экспериментальная турбогенераторная установка с замкнутым рабочим циклом на низкокипящей среде (пентан). В установке нагрев пентана до газообразного состояния производится за счет тепла выхлопных газов газотурбинного привода ЭГ ТУ-16. Затем газообразный пентан под давлением подается в турбину, являющуюся приводом генератора. Отработавший в турбине пентан конденсируется и подается в теплообменники для нагрева и перевода в газообразное состояние; цикл повторяется. Все оборудование, в том числе пентановая турбина, насосы, теплообменники, арматура и т.д., разработано и изготавливается в ОАО. Запуск пентанового энергоблока в опытную эксплуатацию запланирован на IV квартал 2004 г. Установка предназначена прежде всего для организации научно-технического задела в области создания нового энергогенерирующего оборудования. Схема с энергоутилизирующей установкой на низко-кипящих рабочих телах может использоваться при надстройке газотурбинных ГПА. Электроэнергии, производимой такими энергоблоками на компрессорной станции, будет достаточно для покрытия собственных нужд КС.

Создание собственных газотурбинных установок суммарной электрической мощностью 36 МВт в ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» решило проблему бесперебойного электроснабжения и сэкономило значительные средства, ранее уходившие на закупку электроэнергии. Ближайшая задача предприятия — решение энергетических проблем заказчика.

 

Эксплуатационные показатели энергоустановок ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (на 1.05.04) Таблица 2
Тип установки	Наработка, ч	Произведено электроэнергии, млн кВт»ч	Произведено тепловой энергии, тыс. Гкал
ЭГТУ-16	25000	362	472
ПГУ-20	10000	160	99
в т.ч. ЭГТУ-16ПК	10000	146	99
УПГ-4К	4000	14	-

 

Конденсационная парогазовая электростанция для надежного энергоснабжения промышленных потребителей.

 

А.И. Виноградов, Н.Р. Джапаридзе, В.В. Макаревич -ЗАО «МР-Энерго-Строй»

В последние десятилетия во всем мире для надежного энергоснабжения предприятий нефтяной и газовой, а также других отраслей промышленности широко применяются передовые газотурбинные и парогазовые технологии. Такие энергоисточники сооружаются и в России, и в других странах СНГ.

Компанией МР-Энерго-Строй разработано предложение по строительству под ключ электростанции для одного из нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ). Она должна обеспечивать электроэнергией действующее предприятие и вновь сооружаемый комплекс глубокой переработки нефти. На предприятии существуют потребители электрической нагрузки первой и особой категории (ПУЭ п. 1.2.17) по надежности, и их энергоснабжение должно быть бесперебойным.

Реконструкция НПЗ должна проводиться в три этапа, и в зависимости от них будут изменяться электрические нагрузки предприятия.

По требованию Заказчика была принята схема конденсационной ПГЭС. Предусматривалось также наличие резервной установки, т.е. 60 МВт — рабочая мощность ПГЭС и 20 МВт - резерв. В настоящее время электроснабжение завода осуществляется от энергосистемы, теплоснабжение — от собственной котельной.

МР-Энерго-Строй разработало схему ПГЭС на базе ГТУ типа «Циклон» производства Siemens. Установки снабжены паровыми котлами-утилизаторами (ПКУ) с дожигающими устройствами и конденсационными паровыми турбинами. Котлы и турбины — отечественного производства.