Опыт проектирования энергетической опытно-промышленной ГТУ

Опыт проектирования энергетической опытно-промышленной ГТУ Безымянской ТЭЦ

Рыков А. Н.,   Русаков А. Н., Якимович В. П.

Располагая значительными достижениями в области разработки и производства газотурбинных двигателей (ГТД) судового и авиационного типа, работы по внедрению ГТД для использования в целях производства электроэнергии в СССР велись очень слабо. Основными факторами, сдерживающими использование транспортных газотурбинных двигателей в качестве газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов, была засекреченность разработок ГТД, так как основная их масса использовалась для нужд оборонного комплекса, и значительное государственное финансирование КБ и предприятий ВПК. В таких условиях поиск новых направлений применения ГТД не был для предприятий оборонного комплекса необходимостью. Несколько более активно велись работы по разработке газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом.
Однако к концу 80-х годов ситуация резко изменилась: значительно сократилось число заказов для нужд оборонного комплекса как на новые разработки, так и на производство серийных образцов ГТД. Ситуация еще более усугубилась в связи с распадом СССР.
В новых условиях все производители авиационных и судовых ГТД в России и странах СНГ вынуждены были достаточно быстро перестраиваться для существенного расширения поставок своей продукции для наземных установок: привода нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах, привода электрогенераторов.
Характерным примером является создание совместными усилиями энергетиков, разработчиков ГТД, проектировщиков и наладчиков опытно-промышленной газотурбинной установки на Безымянской ТЭЦ (г. Самара), в создании которой непосредственное участие принимало республиканское унитарное предприятие (РУП) Белнипиэнергопром, являющееся генеральным проектировщиком по ряду ТЭЦ АО Самараэнерго, включая и Безымянскую ТЭЦ. Необходимо отметить, что к моменту начала разработки опытно-промышленной ГТУ Безымянской ТЭЦ в Белнипиэнергопроме уже был накоплен определенный опыт по проектированию энергетических установок с использованием газотурбинных и парогазовых технологий. Специалисты Белнипиэнергопрома совместно с заводами (фирмами)-поставщика- ми принимали непосредственное участие в создании когенерационной газотурбинной установки мощностью 16 МВт на Мозырском НПЗ с двигателем ДЖ-59 (НПП Машпроект, Украина) и паровым котлом-утилизатором и утилизационной парогазовой установки мощностью 67 МВт типа VEGA 205 в составе двух ГТУ типа 5371 РА мощностью по 27,5 МВт с паровыми котлами-утилизаторами и паровой турбины мощностью 12 МВт (поставка осуществлялась фирмой “GEC ALSTOM”) для Оршанской ТЭЦ по кредиту Европейкою банка реконструкции и развития (ЕБРР).
По договоренности, достигнутой между АО Самараэнерго и Самарским научно-техническим комплексом им. Н. Д. Кузнецова (СНТК “Двигатели НК”), в 1996 г. было принято решение о создании опытно-промышленной установки на базе авиационного двигателя НК-37.
Целью создания ОП ГТУ была отработка проектных, конструкторско-технологических, экологических и монтажно-строительных решений и их эксплуатационная проверка, обеспечивающая дальнейшее внедрение энергетических ГТУ на базе НК-37 как в энергетике, так и в других отраслях хозяйства, продвижение таких ГТУ на рынок энергетического оборудования.
Необходимо отметить, что в СНТК “Двигатели НК” уже был накоплен большой опыт по созданию авиационных двигателей, а также конвертированных двигателей НК-12СТ и НК-16СТ, получивших широкое применение на газоперекачивающих компрессорных станциях. На базе этого опыта был разработан двигатель типа НК-36СТ мощностью 25 МВт и эффективным КПД = 36,4%, эксплуатация которых в составе газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-25 началась с 1993 г.
Одновременно с начала 1991 г. СНТК “Двигатели НК” приступил к созданию двигателя НК-37 с такими же показателями для энергетических газотурбинных установок.
Основные технические данные двигателя НК-37 приведены далее.

Конструкция элементов установки двигателя в блок двигателя, соединительных элементов и блока двигателя, поставляемые инструмент и оборудование для монтажа и демонтажа двигателя обеспечивают замену двигателя в течение не более 8 ч. Полный ресурс - 100 000 ч. Наработка до капитального ремонта - 20 000 ч. Число пусков в год - до 300.
Необходимо отметить, что экологические показатели НК-37 несколько превышают нормируемые значения, поэтому СНТК интенсивно ведутся работы по снижению выбросов NОх до уровня 50 мг/м³ и СО до уровня 100 мг/м³.
Основные характеристики электрогенератора типа Т-32 с системами возбуждения, охлаждения, маслоснабжения - поставка АО “Привод” (Россия, г. Лысьва) - приведены далее.

Система возбуждения генератора - бесщеточная типа СВБД. Охлаждение генератора - воздушное по замкнутому циклу с воздухоохладителями, работающими на технической воде. Система смазки генератора - замкнутая, под давлением со свободным сливом из масляных полостей подшипников. Полный установленный срок службы генератора - не менее 30 лет. Срок службы между капитальными ремонтами - не менее 6 лет.
При выборе места установки опытно-промышленной ГТУ руководством АО Самараэнерго, кроме цели создания собственно энергетической ГТУ, также ставилась задача улучшения технико-экономических показателей электростанции, на которой будет внедрена ГТУ.
После рассмотрения возможных вариантов было принято решение об установке ГТУ на Безымянской ТЭЦ, имеющей достаточно стабильные тепловые нагрузки в паре 0,8 - 1,0 МПа. При этом для Безымянской ТЭЦ наиболее предпочтительным вариантом как с точки зрения сроков и простоты реализации, так и по приемлемым капитальным вложениям явился вариант когенерационной ГТУ с паровым котлом-утилизатором с параметрами пара 1,4 МПа, 280°С. Белнипиэнергопромом были разработаны исходные технические требования к котлу, на основании которых заводами ЗиО, ТКЗ и СКБ “Рубин” были выполнены техникокоммерческие предложения. Учитывая крайне стесненные условия площадки Безымянской ТЭЦ, был принят вариант компоновки с установкой котла непосредственно над выхлопной системой ГТУ.

По результатам анализа предложений заводов был выбран котел-утилизатор типа ТКУ-6 производства ТКЗ с основными характеристиками, представленными далее.

Пар от котла-утилизатора подается в общестанционный коллектор пара 0,8-1,3 МПа. Для подачи питательной воды в котел-утилизатор в существующем главном корпусе предусматривается установка отдельной группы питательных насосов и охладителей питательной воды (для охлаждения питательной воды до 70°С используется химочищенная вода, подаваемая в деаэратор). Сетевой пучок котла подключается к существующей схеме сетевой воды. Допускается работа котла с отключенным сетевым пучком.