Решение дифференциальных уравнений Примеры решения типовых задач Курс практики по математике Инженерная графика Машиностроительное черчение История дизайна Архитектура ПК Лабораторные работы Курс лекций по физике теплоэнергетика
Малая теплоэнергетика Котельное оборудование Водогрейные котлоагрегаты Котлы-утилизаторы (КУ) Турбинное оборудование Конденсационная установка Мобильная энергоустановка Случаи аварийных ситуаций в теплоэнергетике

Малая теплоэнергетика

Парогазовые электростанции

Установки, в которых комбинируются циклы паровых и газовых турбин (рис. 2.22), называются парогазовыми (ПГУ). В установках со сбросом отработанных газов ГТУ в топку (рис 2.22 а) теплота этих газов используется для генерации пара в котле, а сами газы, содержащие большое количество кислорода (до 16 %), – для горения вместо воздуха. Поскольку дополнительный воздух не требуется, воздухоподогреватель у котлов отсутствует. Для снижения температуры уходящих газов часть воды поступает в котел, минуя регенеративные подогреватели. ПГУ по такой схеме сооружена на Молдавской ГРЭС. 

В ПГУ с высоконапорным парогенератором (ВПГ) (рис. 2.22 б) сжигание топлива и передача теплоты происходят при весьма высоком давлении, благодаря чему металлоемкость и габаритные размеры котла существенно меньше обычного котла. Продукты сгорания после ВПГ поступают в газовую турбину, а генерируемый пар – в паровую турбину. Охлаждение уходящих газов производится частью питательной воды.

Общие положения при выборе структурной схемы. Для обоснования и выбора схемы электрических соединений проанализированы нормальный, ремонтные и послеаварийные режимы работы. В нормальном режиме все элементы находятся в работе. В ремонтном –один или более элементов отключены для проведения планового ремонта. Послеаварийные режимы характеризуются отказами элементов. При выборе структурной схемы анализированы нормальный и ремонтные режимы, а затем выбирали параметры элементов схемы. Для уточнения их значений рассматривали послеаварийные режимы.

Рис. 2.22. Схемы парогазовых установок: а – со сбросом газов в котел;

б – с высоконапорным парогенератором

На рисунке обозначено: 1 – забор воздуха; 2 – компрессор; 3 – топливо; 4 – камера сгорания; 5 – газовая турбина; 6 – выхлоп отработанных газов; 7 – турбогенератор; 8 – паровой котел; 9 – паровая турбина; 10 – конденсатор; 11 – конденсационный и питательный насосы; 12 – ПНД; 13 – деаэратор; 14 – ПВД; 15 – воздухоподогреватель; 16 – экономайзеры; 17 – высоконапорный парогенератор; 18 – регенеративный подогреватель на уходящих газах.

Глава шестая

Научно-технические разработки

и альтернативные источники энергии

6.1. Новые пути повышения эффективности

конверсионных ГТУ газопарового цикла

малой мощности

Разработана и проанализирована схема газотурбинной установки (ГТУ) газопарового цикла с одновременным применением «влажного» сжатия в компрессоре, впрыска воды в закомпрессорный воздух и регенеративного подогрева образующейся воздуховодяной смеси. Проведены сравнительные расчеты КПД и удельной мощности энергоустановок, работающих по такому циклу, которые могут быть созданы на базе ГТЭ-1,25 и некоторых других отечественных ГТД, иллюстрирующие ее высокие теплотехнические характеристики.

Рис. 2.23. Технологическая схема ГТУ – ГТЭС

(простой и комбинированный цикл) и ГТУ − ТЭЦ

В условиях широкого применения ГТУ в энергетике большую актуальность приобретает поиск оптимальных схем энергоустановок с газовыми турбинами, имеющих максимально возможный КПД и высокую удельную мощность на единицу расхода рабочего тела (или на единицу расхода воздуха на входе в компрессор). Указанные два параметра в совокупности в значительной степени определяют сравнительную рентабельность новых энергоустановок.

Одним из перспективных вариантов внедрения ГТУ в энергетику является применение конверсионных авиадвигателей, которые производятся на отечественных предприятиях ВПК с использованием технологий мирового уровня. Основу машин мощностью 10...30 МВт(э) (при работе по простой схеме ГТУ) могут составить, например, такие двигатели, как (ПС-90А, АЛ-21, АЛ-31Ф, Р-29-300 и НК-32, разработанные в АО «Авиадвигатель», АО «А. Люлька-Сатурн», НПО «Союз» и СНТК им. Н.Д. Кузнецова и серийно изготовляемые моторостроительными предприятиями гг. Перми, Москвы, Уфы и Самары. Для машин класса 1...6 МВт(э) основу энергоустановок могут составить ГТУ, созданные на базе авиадвигателей Д-30, Д-49, ТВ-2-117, ТВ-3-117 на моторостроительных заводах гг. Перми, Рыбинска, С.-Петербурга (ФГУП «Завод имени В.Я. Климова») и Москвы.

Применение машин класса 1...6 МВт(э) представляет особый интерес для децентрализованной энергетики в условиях растущего спроса на малые энергоустановки, так как указанный диапазон мощностей характерен для весьма широкого круга энергопотребителей.

Энергокомплексы на базе таких конверсионных авиадвигателей могут быть с успехом использованы для энергоснабжения промышленных и муниципальных объектов, а также малых городов и поселков городского типа.

Указанные авиадвигатели и ГТУ на их основе отличаются полной заводской готовностью, высокими маневренностью, готовностью к пуску и степенью автоматизации, что позволяет применять их как в базовом режиме, так и в целях резервирования, пиковом и полупиковом режимах. Установки класса 1...6 МВт(э) поставляются в блочно-контейнерном исполнении.

Кроме конверсионных авиадвигателей российскими и украинскими (НПП «Машпроект» и ОАО «Мотор-Сич») организациями в последние годы разработаны стационарные ГТУ, в которых использованы высокие технологии, реализованные в авиационном и судовом газотурбостроении.

Вместе с тем ГТУ малой мощности [1...6 МВт(э)] отличаются повышенной удельной стоимостью, превышающей в 1,5–2,0 раза таковую для мощных газотурбинных энергоблоков при их штучном производстве (при массовом выпуске цена их значительно падает). Эти установки, работающие по простому циклу, имеют также сравнительно невысокий КПД, который, как правило, не превышает 30 %. При этом ГТУ по этому показателю уступают дизельным генераторам такой же мощности, хотя существенно превосходят последние по массогабаритным и достижимым экологическим характеристикам.

Хорошими показателями по повышению тепловой эффективности при одновременном снижении удельной стоимости характеризуются энергоустановки, работающие по газопаровым циклам, где в качестве дополнительного рабочего тела используется водяной пар, генерируемый в процессе утилизации тепла отработанных газов газовой турбины (ГТ). В частности, достаточно распространены и перспективны энергоустановки с впрыском в камеру сгорания (КС) пара, производимого в котле-утилизаторе за ГТ. По такому принципу выполнены энергоустановки фирмы GЕ (серии LM) – так называемая схема STIG (как торговая марка СЕ) и ряда других [4] фирм-изготовителей. Один из вариантов энергоустановок такого типа, предназначенный для замещения выбывающих из эксплуатации энергоблоков ТЭЦ, описан в [5] (установка МЭС-60 на базе ГТД АЛ-21 ММПП «Салют»).

Очевидно, что сравнительный анализ эффективности различных перспективных газопаровых циклов ГТУ малой мощности следует проводить по двум параметрам – по КПД энергоустановок в целом и по удельным мощностям, причем относительный уровень удельных капиталовложений с увеличением последнего параметра существенно снижается.

Далее рассмотрены разработки эффективных энергоустановок с ГТУ на базе конверсионных ГТД, работающих по газопаровым циклам, в первую очередь – для малой энергетики и приведены показатели для машин мощностью 1... 6 МВт.

В разработках ГТУ с применением конверсионных ГТД предполагается, что основные параметры и конструкция компрессорной группы исходного прототипа авиадвигателя существенно не изменятся, что сохранит большую долю капитальных затрат.

Чрезмерная подача воздуха снижает температуру газов в топке, понижает устойчивость горения, увеличивает потери с уходящими газами и затраты на привод дымососов и дутьевых вентиляторов. Поэтому при ведении топочного процесса необходимо: постоянно наблюдать за состоянием горелочных устройств, пылепроводов, обмуровки; осматривать топку, ширмы, фестон, пароперегреватель (для предупреждения шлакования);
Основные причины аварийности тепловых сетейи