Парогазовые установки (стр. 4 из 17)
Существуют два основных подхода к надстройке газотурбинного оборудования паросиловыми блоками: применение типового и использование вновь разрабатываемого паротурбинного оборудования с наиболее оптимальными для заданного типа ГТУ начальными параметрами пара. Рассмотрены следующие варианты:
1.Создание двух парогазовых энергоблоков на базе серийно выпускаемого оборудования. В качестве типовой была выбрана паротурбинная установка конденсационного типа К-6-1,6У производства Калужского турбинного завода. Номинальная электрическая мощность данного агрегата б МВт (начальные параметры пара 1,57 МПа/320°С, давление пара за турбиной — 9,8 кПа). Тепловая схема каждого из двух блоков представлена на рис. 1. Следует отметить, что в заводской комплектации в состав данной ПГУ включен подогреватель низкого давления (ПНД) для подогрева основного конденсата перед деаэратором атмосферного типа. В схеме ПГУ эту функцию выполняет газовый подогреватель конденсата.
2. Создание на базе двух ГТУ парогазового дубль-блока.
За счет утилизации части тепла уходящих газов в КУ генерируется перегретый пар. Он поступает в общий коллектор и далее в проточную часть паровой турбины для выработки электроэнергии. В остальном тепловая схема конденсационного парогазового дубль- блока аналогична представленной на рис. 1. Выбор такого варианта обусловлен, прежде всего, возможностью размещения основного оборудования ПГУ в рамках существующих компоновочных решений проекта Ингушской ГТЭС. При реализации данной схемы появляется возможность более компактного размещения паротурбинного оборудования во вновь сооружаемом машинном зале, сокращается количество вспомогательного оборудования и т.д.
Как показывают результаты ранее выполненных исследований, начальные параметры пара указанной типовой паротурбинной установки не являются оптимальными с точки зрения тепловой экономичности ПГУ на базе ГТУ типа ГТГ-15. В связи с этим для них были получены оптимальные начальные параметры пара, генерируемого в котле-утилизаторе (КУ). Температурный напор на входе в пароперегреватель КУ а также давление в конденсаторе паротурбинных установок приняты равными варианту с турбиной К-6-1,6У. Таким образом, для схемы дубль- блока параметры пара, генерируемого в КУ, составили: Рпе=0,9 МПа, tпе=325°C. Электрическая мощность такой паровой турбины при работе в составе дубль-блока ПГУ с учетом изменения характеристик выхлопных газов ГТУ (в зависимости от температуры наружного воздуха) составит около 10 МВт.
3. ПГУ-КЭС на базе установки К-6-1,6У с использованием дополнительного сжигания топлива перед КУ в среде выхлопных газов ГТУ.
Предварительный анализ характеристик турбины К-6-1,6У и теплового потенциала выхлопных газов агрегата ГТГ-15 показал неполную загрузку данной ПТУ паром. Величина загруженности при среднегодовой температуре наружного воздуха составляет около 72,5% от номинального расхода пара (при отрицательных tHB она может снижаться до 50% и ниже). Для увеличения и стабилизации расхода и параметров генерируемого в котле-утилизаторе пара возможно использование дожигания топлива.
Для каждого из рассмотренных способов перевооружения были проведены расчеты элементов схемы и установки в целом. Ввиду отсутствия серийных котлов-утилизаторов для генерации пара необходимых параметров, проведена серия предварительных расчетов для оценки поверхностей нагрева КУ и их компоновки. Расчеты проводились с использованием методик и программных средств, разработанных в НИЛ «ГТУ и ПГУ ТЭС» МЭИ на основе нормативных документов. Конструкторский расчет КУ проводился для характеристик ГТУ, соответствующих условиям среднегодовой температуры рассматриваемого региона tHB=10,4°C.
На основе результатов, полученных для среднемесячных температур, были определены суммарные годовые и среднегодовые показатели тепловой экономичности ПГУ-КЭС. При этом количество часов работы станции в году принято равным 8000 (табл. 1).
| Годовые показатели работы вариантов ПГУ-КЭС на базе ГТУ типа ПТ-15 Таблица 1 | ||||
| ПГУ-КЭС | ГТЭС | |||
| Вар. 1 | Вар. 2 | Вар. 3 | ||
| Годовой отпуск электрической энергии потребителю, МВт«ч: в том числе: - от ГТУ- от ПТУ | 297218232592 64626 | 302325232592 69733 | 326717232190 94527 | 236698 236698- |
| Годовой расход газового топлива, тыс. кубм | 83361 | 83361 | 92552 | 83361 |
| Среднегодовая электрическая мощность (нетто), МВт | 37,15 | 37,80 | 40,84 | 29,59 |
| Среднегодовой кпд производства электроэнергии (нетто), % | 35,81 | 36,43 | 35,46 | 28,52 |
| Среднегодовой расход условного топлива на единицу отпущенной электроэнергии, г/кВт*ч | 343,4 | 337,6 | 346,9 | 431,3 |
Здесь также представлены показатели работы ГТУ по простому циклу (без утилизации тепла выхлопных газов). Вариантам 1 и 3 соответствуют показатели двух парогазовых моноблоков, варианту 2 — одного парогазового дубль- блока ГТЭС -двух газотурбинных установок ГТГ-15 простого цикла.
На основании анализа результатов расчета прирост кпд по производству электроэнергии нетто, в зависимости от варианта, составляет 7-8% (абс.) по сравнению с показателями работы ГТУ в простом цикле. Как видно из табл. 1, реализация технического перевооружения при оптимальных начальных параметрах пара (вариант 2) приводит к наибольшему приросту кпд. Дополнительное сжигание топлива перед КУ (вариант 3) для обеспечения ПТУ К-6-1,6У паром наряду с увеличением мощности установки приводит к снижению кпд производства электроэнергии, по сравнению с вариантом без дожигания (вариант 1).
Полученные показатели тепловой экономичности и суммарные годовые показатели являются исходной информацией для проведения исследований экономической эффективности проекта реконструкции ГТЭС. При этом основой методического подхода является сопоставление капитальных вложений в проведение реконструкции и прироста прибыли в результате ее проведения. При предлагаемых способах технического перевооружения повышается электрическая мощность, а также тепловая экономичность установки. В этом случае прирост прибыли в рамках одного года после создания на базе действующей ГТУ парогазовой установки можно выразить как (р./год):
- текущий тариф на электроэнергию (принят постоянным в рамках года, р./ МВт*ч); 
- электрическая мощность на клеммах генератора паровой турбины (МВт); 
- электроэнергия для обеспечения собственных нужд ПТУ; 
- электрическая мощность газотурбинной установки при работе в простом цикле (МВт); 
- продолжительность соответствующего i-го месяца (ч.); 
- количество часов вывода электростанции из-под нагрузки (для планового ремонта и т.п.); i=1...12; 
- годовой расход натурального топлива в камеры дожигания КУ (кг/год); 
- цена топлива, сжигаемого в камере дожигания КУ (принята постоянной в рамках года, р./кг); 
- коэффициент снижения мощности ГТУ, учитывающий изменение мощности ГТУ из-за дополнительного аэродинамического сопротивления на выхлопе вследствие установки котла-утилизатора; 
- издержки, связанные с эксплуатацией ПТУ (в том числе КУ) в составе ПГУ (р./год); 
- изменение прочих издержек (р./год): 
(2)Где
- прочие издержки, связанные с работой ПГУ; 
- прочие издержки, связанные с работой ГТЭС до реконструкции (р./год).Следует отметить, что в формуле (1) принято, что режим работы ГТУ в составе ПГУ остается неизменным, т.е. издержки, связанные с эксплуатацией газотурбинной установки в составе ПГУ, остаются неизменными по сравнению с исходным вариантом ГТЭС.
Оценка суммарных капиталовложений в реконструкцию Ингушской ГТЭС выполнена на основе данных, представленных производителями оборудования, экспертных оценок и проектов-аналогов. При этом принимались во внимание только затраты, связанные с вводом в действие нового оборудования. На рассматриваемой ГТЭС изначально предусматривалась утилизация уходящих газов ГТУ в газовых подогревателях сетевой воды. При размещении паровых котлов-утилизаторов возможно использование ряда ранее принятых строительных и технических решений. Капитальные вложения в осуществление технического перевооружения для рассматриваемых вариантов (с учетом НДС) представлены в табл. 2.
Оценка капитальных вложений для варианта с использованием вновь разрабатываемого паротурбинного оборудования для работы в составе дубль- энергоблока ПГУ (вариант 2) проводилась на базе данных о стоимости установки К-6-1,6У. При этом учитывалось, что цена проектных и конструкторских работ по созданию новой ПТУ составляет ориентировочно 10% от ее цены и распространяется только на первый экземпляр. Поэтому возможно некоторое увеличение удельных капитальных вложений по сравнению с вариантом 1. Однако в данном случае не учитывался эффект снижения стоимости вследствие укрупнения единичной мощности паротурбинного оборудования и уменьшения количества вспомогательных агрегатов, что в конечном итоге способствует сокращению удельных капитальных вложений для варианта 2. Увеличение стоимости реконструкции для варианта 3 объясняется дополнительными капитальными вложениями в блоки дожигающих устройств. Определение эффективности инвестиций в реконструкцию газотурбинной ТЭС проводилось в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов» с учетом представленных выше особенностей. В качестве основных критериев приняты срок окупаемости (возврата капитала — РВ или DPB) и интегральные показатели: