Тепловой и электрической энергии

Применение парогазовых технологий при комбинированном производстве

Энергии в теплоснабжении

Основные пути повышения эффективности использования тепловой

Заключительная лекция

Для экономии энергетических ресурсов в теплоснабжении необходимо проводить поиск оптимальных схем теплоснабжения, путей снижения тепловых потерь в котлах, на теплотрассах и у потребителя. Тепловые потери в суще­ствующих системах теплоснабжения происходят из-за плохой теплоизоляции теплотрасс и огра­ждающих конструкций зданий, отсутствия в массовой практике автоматического управления процессом теплоснабжения, в результате чего не достигается режим оптимального теплопотребления.

Общую задачу экономии энергоресурсов в теплоснабжении можно разде­лить на несколько частных: 1) поиск новых теплоизоляционных материалов для теплотрасс и ограждающих конструкций зданий; 2) опти­мальная организация систем теплоснабжения (схема, протяженность, применение автоном­ных систем); 3) рациональная организация соб­ственно отопления (расчет тепловых потоков в отапливаемом помещении, выбор типа источни­ков тепла и их расположения и т.п.); 4) повсе­местное использование автоматического управ­ления и регулирования; 5) применение когенерационных энергетических установок.

В последнее время в периодических отраслевых изданиях часто поднимается вопрос о полном исчерпании ресурсов металла энергогенерирующего оборудования действующих электростанций Украины и способах решения этой проблемы. Практика мировой энергетики в разных странах обосновала целесообразность реконструкции энергетического оборудования электростанций путём устройства парогазовых надстроек либо полной замены традиционного паросилового оборудования газотурбинным с глубокой утилизацией тепла отходящих дымовых газов.

Анализ специфики эксплуатации теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) показывает целесообразность применения таких технологических решений и в случае реконструкции теплофикационного паросилового оборудования в составе действующих ТЭЦ.

В настоящее время в Украине работает значительное количество теплофикационных энергетических установок с паровыми турбинами типа Т и ПТ и мощностью от 5 до 100 МВт и выше. Они имеют наработку свыше 30 лет и подлежат замене. Эти энергоустановки эксплуатируются, как правило, на городских отопительных и промышленно-отопительных ТЭЦ, с использованием в качестве топлива преимущественно природного газа. Поскольку ТЭЦ, по обыкновению, располагаются в пределах городов, тем самым оказывают вредное влияние на окружающую среду.

Применение парогазовых установок в случае реконструкции ТЭЦ имеет следующие преимущества:

- современные газотурбинные установки (ГТУ) в составе парогазового цикла комбинированного производства электрической и тепловой энергии обеспечивают более высокую тепловую экономичность по сравнению с существующими блочными паротурбинными установками;

- одновременно с этим улучшаются экологические характеристики энергоустановки, что особенно важно для ТЭЦ, в основном расположенных в черте городской застройки;

- удельная стоимость и металлоёмкость современных ГТУ значительно ниже паротурбинных, что, соответственно, снижает объём капиталовложений во время модернизации ТЭЦ, имеющих большую фондоёмкость по сравнению с конденсационными электростанциями;

- оснащение ТЭЦ высокоманевренными энергетическими агрегатами, которыми являются ГТУ, в определённой степени может снизить потребность энергосистемы в маневренной мощности.

Вышеперечисленные обстоятельства и должны учитываться во время принятия схемных и технологических решений в случае реконструкции ТЭЦ в пользу парогазового цикла.

Осуществление технического перевооружения с использованием парогазовой технологии в условиях действующей электростанции потребует согласованной компоновки и интеграции наличного и устанавливаемого нового оборудования. Это достаточно сложное задание, как свидетельствует мировая практика, может быть реализовано с использованием следующих технических решений:

- сохранение в тепловой системе ГТУ имеющейся паротурбинной установки с одновременным её усовершенствованием, демонтаж парового котла (возможное выведение котла в резерв) и соответствующего вспомогательного оборудования вследствие морального и физического старения. При этом реализуется схема «ГТУ – котёл-утилизатор» (рис. 1,а) для производства пара, направляющегося затем в паровую турбину. Результатом такого решения является значительное повышение тепловой экономичности установки (по оценкам – на 12… 20 %), увеличение мощности и существенное улучшение экологических показателей ТЭЦ:

- надстройка теплофикационного паросилового блока газотурбинной установкой со сбросом выпускных газов ГТУ через форсунки в топку парового котла (рис 1,б). Такое техническое решение даёт возможность увеличить тепловую экономичность и установленную мощность энергоустановки, при этом уровень выбросов вредных веществ является более низким, чем при автономной работе котла.

Необходимо отметить, что ПГУ со сбросом газов в котёл может применяться и для модернизации действующих ТЭЦ, использующих в качестве топлива уголь. Выполнение реконструкции по схеме «сброс выпускных газов» потребует размещения газовой турбины в непосредственной близости от энергетического парового котла, что ограничивает компоновочные решения и ведёт к увеличению капитальных вложений;

- реализация разнообразных вариантов пристроек ГТУ к существующим теплофикационным установкам. В частности, это может быть пристройка, схемным решением которой является вытеснение регенеративного подогрева питательной воды утилизацией теплоты выпускных газов ГТУ (рис. 1,в), а неиспользованный пар регенеративного отбора используется при этом для получения дополнительной мощности;

- выполнение варианта пристройки газотурбинного генератора с котлом-утилизатором по «параллельной» схеме производства пара для дальнейшей отработки в традиционном паросиловом цикле (рис. 1,г). Важно отметить, что реконструкция по этой и предыдущей схеме осложнена проблемой наличия места для размещения оборудования газотурбинной пристройки;

- полная замена на ТЭЦ теплофикационных паротурбинных энергоблоков, отработавших свой срок, блочными газотурбинными установками (ГТУ-ТЭЦ), рассчитанными на комбинированное производство электрической тепловой энергии (рис. 1,д). Это наиболее радикальный метод реконструкции, использование которого способствует комплексному повышению технико-экономических, экологических и маневренных показателей оборудования в целом.

- для угольных ТЭЦ - использование парогазовой технологии с внутреннецикловой газификацией угля или с котлом с кипящим слоем под давлением. Подобные решения связаны со значительными капиталовложениями и некоторым технологическим риском из-за отсутствия опыта по их внедрению.

Рис.1. Схемы реконструкции паротурбинных ТЭЦ с использованием газотурбинной и парогазовой технологий: а – ПГУ с котлом-утилизатором; б – ПГУ со сбросом газов в энергетический паровой котёл; в – ПГУ с вытеснением регенерации; г – ПГУ с параллельной схемой; д - газотурбинная ТЭЦ; ГТУ – газотурбинная установка; ПТ – теплофикационная паровая турбина; КУ – котёл – утилизатор; ПК – энергетический паровой котёл; ГМП – газовый сетевой подогреватель; н - питательный насос; ТО – регенеративный теплообменник; ЗМ, ПМ – возвратная и прямая сетевая вода; п – топливо.

Выбор способа модернизации должен осуществляться на основе глубокого детального анализа технических возможностей объекта реконструкции с учётом конкретных возможных условий проведения работ и, что особенно важно, условий финансирования этих работ. По общим оценкам, для энергетики Украины реконструкция паротурбинных ТЭЦ с применением парогазовой технологии даст возможность получить высокие показатели тепловой экономичности оборудования с малыми сроками реализации и быстрой окупаемости проектов.

Оценку конкурентоспособности возможных вариантов можно определить по результатам сопоставлений основных показателей энергетической эффективности:

- коэффициента полезного действия ГТУ, ПГУ и электростанции (котельной);

- удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении;

- прироста электрической мощности за счёт когенерационных установок котельных.

Одной из важнейших составляющих оценки вариантов внедрения той или иной системы ПГУ является оценка КПД всего комплекса энергетического оборудования.

Общеизвестно, что КПД комбинированных парогазовых установок зависит от совершенства конструкции газовых и паровых турбин, параметров газов на входе и выпуске ГТ, параметров острого пара паровых турбин, уровня утилизации теплоты газов после ГТ и других факторов.

В парогазовых установках теплота топлива, сгорающего в камере сгорания ГТУ, используется не только для привода газовой турбины, но и на производство и перегрев пара для паровой турбины (за счёт тепла выпускных газов ГТУ).

Если выполнить сравнительный анализ, то можно увидеть, что:

- все ТЭЦ с ПГУ и ГТУ в теплофикационном режиме имеют очень высокие значения КПД (67,9…85,3 %), что приблизительно на 25…27 % выше, чем КПД КЭС. Такое увеличение КПД является результатом комбинированной выработки тепла и электроэнергии;

- ТЭЦ с ПГУ имеют, по сравнению с КЭС, несколько меньший КПД эксплуатации в конденсационном режиме, поэтому в случае решения вопроса о применении установок ПГУ на ТЭЦ необходимо учитывать размеры и длительность работы оборудования в теплофикационном режиме.

Таким образом, внедрение ПГУ в украинскую энергетику является одним из способов обеспечения качественных подвижек в отрасли производства энергии, повышения эффективности тепловых электростанций и снижения их негативного влияния на окружающую среду.

Дата добавления: 2014-01-15