Эффективность тепловых схем энергоблоков с турбинами Т-250/300-23,5, надстроенных газотурбинными установками
Демидов О. И., Корень В. М., Кутахов А. Г., Тажиев Э. И.
Одним из направлений технического перевооружения действующих паротурбинных ТЭС является использование газотурбинных установок (ГТУ), позволяющих преобразовать электростанцию в парогазовую ТЭС (ПГ ТЭС). Из многих факторов, определяющих масштабы и эффективность модернизации ТЭС по парогазовой технологии, существенное влияние оказывают тенденции развития топливной базы электростанций и соотношения цен на основные виды топлива в регионах страны, показатели тепловой экономичности различных типов парогазовых установок (ПТУ) и особенности их функционирования, рынок оборудования для ТЭС с ПТУ. На базе разрабатываемых и выпускаемых газовых турбин отечественными организациями, фирмами СНГ и зарубежными фирмами предложены многочисленные варианты ПТУ для блоков ТЭС различных единичных мощностей [1-6].
Среди теплофикационных установок значительный интерес для реконструкции представляют газомазутные энергоблоки, включающие паровые турбины на сверхкритические начальные параметры пара Т-250/300-23,5 ОАО ТМЗ. На начало января 2001 г. в энергосистемах Мосэнерго и Ленэнерго в эксплуатации находилось 22 таких блока суммарной электрической мощностью 5,5 млн. кВт, что составляет более 4% общей мощностиТЭС РФ. Семь энергоблоков рассматриваемого типоразмера установлены на ТЭЦ Украины и Белоруссии.
В течение ряда лет эти энергоблоки были одними из самых мощных и экономичных теплофикационных установок в мире, однако дальнейшее повышение требований к эффективности, экологическим и маневренным характеристикам определяет необходимость их реконструкции с использованием наиболее передовой технологии - парогазового цикла. Возможность ее проведения - надстройка энергоблока современной ГТУ с подачей выхлопных газов в топку энергетического котла.
Практическая реализация надстройки энергоблока с Т-250/300-23,5 осуществлена в конце 1997 г. на Южной ТЭЦ (ТЭЦ-22) Ленэнерго (энергоблок № 3), с использованием ГТУ фирмы АВВ типа GT8C. Не ставя целью анализ достоинств и недостатков данной схемы (он приведен, например, в [7]), отметим, что необходимо рассмотрение существенно более широкого спектра вопросов в части обоснования профиля тепловой схемы надстраиваемого энергоблока такого типа, расчета показателей энергетической эффективности и экологических характеристик установок. В значительной мере эти проблемы связаны с выбором рационального типоразмера газотурбинной надстройки и, в частности, ее электрической мощности, а также ряда других параметров (расхода газов на выходе из ГТ, температуры выхлопных газов, содержания СЬ в выхлопных газах и др.).
Существенным является и степень изменения исходной тепловой схемы в результате проведенной реконструкции, например, включение новых элементов: котла-утилизатора (КУ), газоводяных подогревателей высокого и низкого давлений (ГВП ВД и ГВП НД), водовоздушного теплообменника (ВВТО) и др., демонтаж или сохранение регенеративного воздухоподогревателя (РВП), установка байпасных линий и переключающей арматуры, сооружение дополнительной дымовой трубы, корректировка производительности и напора тягодутьевых машин (ТДМ) или монтаж новых и др.
Расчетный анализ тепловой экономичности реконструируемого энергоблока был проведен для следующих вариантов схем в сочетании с различными типоразмерами газовых турбин: схема с параллельным КУ среднего давления; схема с вытеснением регенерации; схема со сбросом газов в котел (с сохранением РВП); схема с неполной сбросной ПГУ (с “избыточным” воздухом) и использованием нижнего пакета экономайзера в качестве ГВП ВД (“турбинного” экономайзера); исходная схема паросиловой установки (ПСУ), включающей энергетический котел ТГМП-344А и паровую турбину Т-250/300-23,5-3.
Фрагменты принципиальных тепловых схем четырех вариантов энергоблока ПГ ТЭЦ, отражающих изменение профиля схемы исходного паротурбинного блока, показаны на рис. 1, а-г.
В табл. 1 приведены значения основных параметров ГТ (в условиях ISO), характерные для мощностных рядов рассматриваемых вариантов надстраиваемого паротурбинного блока и использованные в расчетах.
Значения основных параметров и показателей рассмотренных схем, приведенные в табл. 2, получены с помощью пакета прикладных программ “САПР: Тепловая схема”, разработанного в С.-Пб. ГТУ [3, 8].
Таблица 1
Технические характеристики ГТ (в условиях ISO)
Параметр | Группа ГТ | |||
I | II | III | IV | |
Мощность, МВт | 43,0 | 57,2 | 113,7 | 165,1 |
Температура газов на входе в турбину, К (°С) | 1373 (1100) | 1373 (1100) | 1358 (1085) | 1373 (1100) |
КПД,% | 37,0 | 34,7 | 34,4 | 35,7 |
Степень сжатия компрессора | 20 | 17,6 | 15,1 | 15,0 |
Расход воздуха компрессором, кг/с | 120 | 192,0 | 375,0 | 514,0 |
Температура выхлопных газов, К (°С) | 809 (546) | 784 (511) | 797 (524) | 797 (524) |
Расход выхлопных газов, кг/с | 122 | 195 | 382 | 523 |
Объемное содержание 02 в выхлопных газах, % | 13,3 | 14,0 | 13,9 | 13,8 |
Расход топлива камерой сгорания (QP = 50 МДж/кг), кг/с | 2,3 | 3,3 | 6,6 | 9,25 |
Эмиссия NOx при работе на природном газе (15% 02, сухое подавление), vppm | 15 | 25 | 25 | 25 |
Примечание. Группа I - мощность 40 - 45 МВт; группа II - мощность 50 - 60 МВт; группа Ш - мощность 110-120 МВт; группа IV - мощность 150-170 МВт.
Анализ вариантов удобно проводить, приняв в качестве базовых характеристики чисто паротурбинной схемы. В этом случае критерием тепловой экономичности энергоблока ПГ ТЭЦ, реализованного путем ГТ-надстройки паросилового блока, можно считать удельный расход топлива на дополнительный (по сравнению с ПСУ) отпуск электроэнергии при условии учета всех технических ограничений по основному и вспомогательному оборудованию, неизбежно сопровождающих такую надстройку.
