Курсовая работа: Газотурбинные установки
Ведущие разработчики и производители ГТУ на мировом рынке
| Фирма-производитель энергетических ГТУ | Страна |
| Solar Turbines | USA (США) |
| Allison Engine Company | USA (США) |
| EGT | GB (Великобритания) |
| Nuovo Pignone | ITA (Италия) |
| Iskra – Energetica | RUS (Россия) |
| Kawasaki | JP (Япония) |
| Orend - Mashproekt | UKR (Украина) |
| Mitsubishi | JP (Япония) |
| General Electric | USA (США) |
| Rolls-Royce | GB (Великобритания) |
| ABB Power | SW (Швеция) |
| Pr&W (Pratt & Whitney) | USA (США) |
| Westinghouse (Siemence Westinghouse) | USA (США) |
Почему же был выбран энергоблок с газотурбинной установкой? Газотурбинные установки успешно работают в промышленности, особенно когда требуется совместное производство тепла, механической энергии и электроэнергии. Газовые турбины позволяют соблюсти жесткие требования по охране окружающей среды. Эти установки способны работать на двух видах топлива - жидком и газообразном. При этом осуществляется постоянная работа на природном газе, а при необходимости, в аварийных ситуациях, производится автоматический переход на дизельное топливо. Потребность в техническом обслуживании у газовых турбин относительно мала. После определенного срока службы, примерно 30000-40000 часов работы, по контракту на полное техническое обслуживание производится смена горячих деталей турбины, включая камеру сгорания. Коэффициент работоспособности газовых турбин очень высок и при полном сервисном обслуживании составляет 95 и более процентов.
1. Предыстория
Строительство и пуск ТЭЦ-1 дали тогда мощный импульс развитию промышленности Казани и ее окрестностей. Первый промышленный ток дал турбогенератор мощностью 10 тысяч киловатт, а в июне 1933 года, когда станция была принята в эксплуатацию, на ней работали уже два турбоагрегата, каждый такой же мощности, и пять котлоагрегатов. В последующие годы станция неоднократно расширялась, модернизировалась и реконструировалась и до сих пор является одной из наиболее экономичных станций по удельному расходу топлива. В последние годы значение первой электроцентрали как производителя электрической энергии заметно снизилось. Казань опять испытывает дефицит энергомощности.
К настоящему времени установленная электрическая мощность энергосистемы Татарстана составляет 6986 МВт, тепловая мощность - 15233 Гкал/ч. Последний турбогенератор ТГВ-200 был введен в работу на Набережночелнинской ТЭЦ в 1988 году, что определяет явно выраженный процесс старения генерирующего оборудования.
В то же время подъем экономики Республики Татарстан, интенсивная реконструкция центра Казани вызывают рост потребления электрической и тепловой энергии. Увеличивается электродефицитность Казанского энергорайона. Ситуация усугубляется ростом тарифов на энергетическое топливо, на тепловую и электрическую энергию, вырабатываемую на старом неэффективном оборудовании, что стимулирует потребителей искать альтернативные источники энергии.
Уже на протяжении нескольких лет ОАО «Татэнерго» ведет целенаправленную работу по снижению затрат на производство тепловой и электрической энергии, с целью обеспечения финансовой устойчивости и прибыльности компании в условиях политики сдерживания тарифов, проводимой правительством Российской Федерации. В настоящее время, в структуре затрат энергосистемы основную долю имеет топливная составляющая. Принимая во внимания данный факт, а так же учитывая моральный и физический износ существующего оборудования электростанций и сетей, ОАО «Татэнерго» взяло курс на его коренную модернизацию. В рамках принятой руководством компании в 2003 году программы перспективного развития и технического перевооружения, на Казанской ТЭЦ-1 завершено строительство первого в Татарстане комплекса ГТУ-ТЭЦ мощностью 50 МВт на базе современных газотурбинных технологий.
Начало данному проекту было положено в феврале 2004 года. Тогда в ОАО «Татэнерго» был проведен тендер на поставку газотурбинных установок для КТЭЦ-1. В нем приняло участие 13 известных российских и зарубежных фирм. Среди них такие известные производители газотурбинной техники, как ГПНПКГ «Зоря-Машпроект», ЗАО «Энергоавиа», «Авиадвигатель» (г. Пермь) и другие.
Победителем тендера было признано ОАО «Моторостроитель» (г. Самара) предложившее наиболее оптимальное решение на базе конвертированного авиационного двигателя типа НК-37. В реализации этого проекта осуществляемого в непростых условиях действующего предприятия также участвуют и другие российские предприятия:
- ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова (г. Самара)
- ОАО «Казанькомпрессормаш"
- ОАО «Привод» (г. Лысьва)
- Генеральным проектировщиком является РУП «БелНИПИЭнергопром» (г. Минск).
В 2006 году за счет средств «Нижнекамскнефтехима» предполагается пуск ГТУ-75 МВт на Нижнекамской ТЭЦ. На днях состоялась торжественная выемка первого ковша с котлована будущего комплекса ГТУ-75 на территории станции.
В разворачиваемой на перспективу программе Республики Татарстан по оснащению ГТУ и ГПА котельных городов, а также надстройке ими объектов Татэнерго суммарная мощность вновь вводимых мощностей в Татарстане составит порядка 800 и более МВт. В том числе, в Казани ввод генерирующих мощностей на базе ГТУ составит порядка 200 МВт (из них 100 МВт - за счет средств ОАО «Татэнерго»), что позволит снизить дефицит энергомощности в городе с сегодняшних 450 МВт до 250 МВт. Реализация этих проектов позволит снизить примерно на 11 грамм удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт-ч электроэнергии по всей энергосистеме республики (по итогам 2004 года расход составлял 332 г/кВт-ч).
По своей эффективности и экологичности ГТУ должны послужить образцом для строительства новых и модернизации устаревших электростанций республики. Реализация проекта «Казань-50» позволит энергетикам Татарстана поставить на рынок для потребителей центра Казани дешевую энергию, повысить надежность энергоснабжения исторического центра города, снимет с повестки дня возможность конкуренции собственных альтернативных источников предприятий. Введение в эксплуатацию такого важного объекта в год 1000-летия столицы Республики Татарстан явится также важным социальным фактором. Внедрение новых технологий начинается там же, где начиналась большая энергетика Татарстана. ТЭЦ-1, как и 72 года назад, выступает в авангарде прорыва энергодефецитности Казанского энергоузла.
2. Оборудование КГТУ
Упрощенная структурная схема газотурбинного энергоблока Казанской ТЭЦ-1 представлена на рис. 1.
Проект ГТУ-ТЭЦ Казанской ТЭЦ-1 предусматривает установку двух газотурбинных двигателей НК-37 авиационного типа мощностью по 25МВт каждый, с утилизацией тепла уходящих газов в котлах-утилизаторах. Двигатель НК-37 разработан базе серийного двигателя НК 321 для стратегического бомбардировщика ТУ-160. Выбор конкурсной комиссии остановился на этом двигателе благодаря сочетанию в нем высоких термодинамических и газодинамических параметров с большим ресурсом, изначально заложенным в него конструкцию. Двигатели и генераторы будут смонтированы в контейнерах. Использование подобных двигателей на электростанциях обусловлено целым рядом достоинств:
- Высокий уровень термодинамических и газодинамических параметров, базирующийся на теории и практике создания авиадвигателей;
- Высокий технический уровень конструирования, обеспечивающий создание ГТД большой мощности высокой надежности и долговечности при малой массе и габаритах узлов;
- Возможность использования в качестве газогенераторов ГТУ авиационных двигателей, прошедших доводку в стендовых условиях и на крыле.
- Простота эксплуатации, возможность управления и обслуживания минимальным количеством персонала.
- Короткое время запуска, останова, выхода на номинальную нагрузку.
ГТУ-ТЭЦ «Казань-50» также предусматривает два газодожимных компрессора «ТАКАТ» производства ОАО «Казанькомпрессормаш», располагающихся в отдельно стоящем модуле. Газотурбинные двигатели с генераторами будут смонтированы в контейнерах с высокой степенью заводской готовности на площадке перед котельным отделением первой очереди Казанской ТЭЦ-1, в котором будут установлены два котла-утилизатора ТКУ-13 Таганрогского котельного завода «Красный котельщик». Пар 30ата и горячая вода будут подключены к существующим схемам отпуска пара и горячего водоснабжения. Проект предусматривает возможность использования в тепловой схеме существующей паровой турбины 30ата, что позволит еще более экономично использовать генерирующее оборудование в различных режимах с увеличением электрической мощности еще на 10...15 МВт. На ГТУ-ТЭЦ будет использоваться система водоподготовки Казанской ТЭЦ-1. Минимальных затрат потребует и реализация схемы выдачи электрической мощности блоков ГТУ. Так, например, расчеты показали допустимость подключения новых генераторов производства Лысьвинского завода мощностью 25МВт к существующему генераторному распределительному устройству (ГРУ) напряжением 6 кВ, имеющему связь с закрытым распределительным устройством (ЗРУ) 110 кВ. Подключение генераторов будет осуществлено кабельными линиями.
Возможность работы в автоматическом режиме позволяют использовать энергетические установки с двигателем НК-37 как в обычном режиме, так и при пиковых режимах выработки электроэнергии, а модульная конструкция газотурбинных электростанций облегчает их транспортировку и монтажные работы.
Экономический эффект от оснащения Казанской ТЭЦ-1 современными более экономичными и экологически безопасными установками будет измеряться сотнями тонн сэкономленного топлива, расход которого на производство электроэнергии снизится более, чем в полтора раза. Так, за счет экономии, которую предполагается достичь после внедрения ГТУ в структуру станции, можно выработать столько энергии, сколько необходимо для круглогодичного снабжения трехсот 180-квартирных домов. Недоиспользованная тепловая энергия после газовой турбины утилизируется в котле и отпускается потребителям в виде пара и горячей воды. Преимущества новой технологии показывают целесообразность работы ГТУ-ТЭЦ «Казань-50» в базовом режиме с разгрузкой в летний период существующих паровых турбин Казанской ТЭЦ-1 с их потерями в конденсаторе. При этом расчетный удельный расход топлива на выработку электроэнергии и тепла составляет соответственно 220...240 г/кВт-ч и 145 кг/Гкал. Результатом оснащения станции ГТУ станет экономия около 60 тыс. т условного топлива в год.
3. Типовая конструкция ГТУ (ГТД)