АНАЛИЗ ЗАМЕНЫ ПАРОВОГО ПРИВОДА ПИТАТЕЛЬНЫХ

XVIII Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 10: Теплоэнергетика
АНАЛИЗ ЗАМЕНЫ ПАРОВОГО ПРИВОДА ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ
БЛОКА К-500-24 ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Калгин Д.Е., Галашов Н.Н.
Научный руководитель: Галашов Н.Н., доцент.
Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30
E-mail: darion@scalpnet.ru
Энергоресурсосбережение является одной ление – за ПВД. Согласно многочисленным исслеиз актуальнейших проблем современного времени. дованиям, обе схемы обеспечивают практически
Решение этой проблемы в энергетике отнесено к одинаковую тепловую экономичность турбоустастратегическим задачам государства, являясь од- новки. Как показывает сопоставление обоих вариновременно и основным методом обеспечения антов схем в условиях заданной температуры пиэнергетической безопасности, а также реальным тательной воды на входе в котел, во второй схеме
способом сохранения высоких доходов от экспор- благодаря повышению энтальпии питательной
та углеводородного сырья. Требуемые для внут- воды во втором насосе можно понизить давление
реннего развития энергоресурсы можно получить верхнего регенеративного отбора, в результате
не только за счет увеличения добычи сырья в чего обеспечивается дополнительная выработка
труднодоступных районах и строительства новых электроэнергии. Однако этот положительный эфэнергообъектов, но и с меньшими затратами, за фект полностью компенсируется увеличением
счет энергосбережения непосредственно в центрах расхода энергии на привод питательных насосов
производства и потребления энергоресурсов. Так, (вследствие заметного увеличения удельного обък примеру, подавляющее большинство основного ема питательной воды в главном насосе). В реоборудования российских тепловых электрических зультате чего в схеме с двумя насосами расход
станций исчерпало свой проектный ресурс. Одна- энергии на перекачку воды возрастает на 20–30%
ко, на данный момент из-за многочисленных про- относительно варианта схемы с одним насосом [2].
При сниженных нагрузках блока турбоприблем, связанных с экономическими и другими
факторами, массовое техническое перевооружение вод питательного насоса с переменной частотой
электростанций в короткие сроки провести невоз- вращения ротора имеет следующие преимущества
можно. Поэтому стоит задача модернизации и ре- по сравнению с электроприводом:
конструкции оборудования и схем существующих
• по мере снижения нагрузки блока напор наэнергоблоков с целью увеличения ресурса и эф- соса снижается в соответствии с характеристикой
фективности их работы. Одним из выгодных вло- сети, а не возрастает как у электронасоса; благодажений денег в реконструкцию ТЭС является замеря этому исключаются потери, связанные с дросна парового турбопривода питательных насосов
селированием избыточного напора;
энергоблоков газотурбинным приводом [1].
• при снижении производительности насоса в
Обычно приводными паровыми турбинами
комплектуются питательные насосы конденсаци- условиях переменной скорости вращения его КПД
онных блоков мощностью 300 МВт и выше, а так- падает менее резко;
же теплофикационный блок с турбиной Т-250-24.
• снижается давление, на которое рассчитыРассмотрим возможность замены парового привоваются трубопроводы питательной воды и трубная
да питательного насоса газотурбинным двигателем
система подогревателей высокого давления, что
(ГТД) на примере блока К-500-24 [2].
На энергоблоках 500 МВт устанавливают, с уменьшает затраты в трубопроводы и ПВД и поцелью разгрузки выхлопных частей главных тур- вышает их надежность.
бин, питательные насосы с приводной конденсаОсновным недостатком парового турбоприционной паровой турбиной, по два рабочих турбо- вода механизмов собственных нужд энергоблока
насоса, каждый на 50 % полной подачи с резерви- является относительно низкая экономичность прированием подвода пара к приводной турбине. Для водной турбины при ее малой мощности и несоздания дополнительного подпора на всасе пита- большом расходе пара. Кроме того, применение
тельного насоса с целью предотвращения кавита- парового турбопривода усложняет тепловую схеции устанавливают предвключенные бустерные му электростанции.
насосы. Бустерные насосы в этих энергоблоках
Более перспективными в отношении замены
имеют общий с главным питательным насосом электродвигателей и паровых турбоприводов для
привод от турбины через понижающий обороты привода собственных нужд станции являются гаредуктор.
зотурбинные двигатели, КПД которых в последнее
Различаются две схемы включения пита- время достиг 33–35 % даже при мощностях 5–6
тельного насоса: одноподъемная – с одним насо- МВт.
сом перед группой подогревателей высокого давПринцип работы газовых турбин состоит в
ления (ПВД), и двухподъемная – с двумя пита- следующем: воздух, нагнетаемый в камеру сгорательными насосами – первый с пониженным напо- ния компрессором, смешивается с топливным гаром перед группой ПВД и второй на полное дав- зом, формируя топливную смесь, и поджигается.
185
XVIII Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 10: Теплоэнергетика
газы идут в линию горячего воздуха после воздухоподогревателя парового котла энергоблока и
используются для сжигания топлива.
Был произведен тепловой расчет одноподъемной существующей схемы энергоблока К-500-24
и новой схемы с указанными изменениями, в результате которого получены следующие данные.
Для существующей схемы при расходе пара
на турбину 424 кг/с: электрическая мощность на
генераторе 505 МВт; механическая мощность на
валу двух турбоприводов ПН 19,5 МВт; КПД турбоустановки по производству электроэнергии 46,7
%.
Для привода ПН в новой схеме выбран ГТД
UGT10000C который имеет следующие характеристики: мощность на валу 10,5 МВт; эффективный КПД 35,9 %; число оборотов в минуту 6500;
удельные капитальные вложения 405 USD/кВт [3].
Для новой схемы при расходе пара на турбину 424 кг/с: электрическая мощность на генераторе 526,8 МВт; КПД турбоустановки по производству электроэнергии 47,3 %.
Таким образом, новая схема позволяет увеличить КПД и мощность по выработке электроэнергии на 21,8 МВт.
Срок окупаемости затрат в ГТД дожимной
компрессор и системы утилизации тепла за счет
продажи дополнительной электроэнергии составил
1,2 года.
Проведенный анализ говорит о высокой
эффективности новой схемы.
Образующиеся продукты горения с высокой температурой (900-1400 °С), проходя через несколько
рядов лопаток, создают механическую мощность
на валу турбины. Механическая энергия вала приводит в действие механизм собственных нужд
станции (насос, вентилятор и т.д.). При этом выходящие из турбины газы имеют температуру 450–
550 °С и их тепловая энергия может быть полезно
использована для подогрева воды и воздуха в цикле энергоблока. Количественное соотношение тепловой энергии к механической у газовых турбин
составляет 2,5:1. КПД современных газовых турбин составляет 30–40 %, в зависимости от температуры и
давления газов перед турбиной. С учетом использования тепла уходящих газов их тепловая эффективность возрастает до 80 % в расчете на условную единицу сожженного топлива (по теплотворной способности). Также уходящие газы содержат
большое количество кислорода и их можно использовать для сжигания топлива в котле, что позволяет снизить расход воздуха через дутьевые
вентиляторы и затраты мощности на них.
Газовые турбины обладают хорошими экологическими параметрами (эмиссия NOx на уровне
25 ppm). Работа газовых турбин сопровождается
низким уровнем шума и вибрации, Их общий ресурс работы доведен до 120 тыс. часов, а ресурс
работы до капитального ремонта до 35 тыс. часов.
К достоинствам газотурбинных двигателей
относятся: компактность; низкие эксплуатационные расходы; надежная работа в резкопеременных
режимах; малое время пуска (10–15 мин.); не требуют пара и охлаждающей воды.
В качестве недостатков необходимо отметить сильную зависимость КПД от нагрузки и
температуры наружного воздуха; необходимость
использования электроэнергии или сжатого воздуха для запуска; возможность работы только на
газовом и жидком топливе и высокое давление
газа, что требует установки дожимных компрессоров или топливных насосов.
Для замены парового турбопривода питательных насосов ПТН-950-350 энергоблока К-50024 необходимо выбрать газотурбинные двигатели
и дожимной компрессор. Для использования теплоты уходящих газов ГТД была составлена тепловая схема, в которой на линии питательной воды
после группы ПВД установлен газоводяной теплообменник (ГВТО), в нем уходящими газами нагревается питательная вода перед котлом. Из ГВТО
Список использованной литературы:
1. Галашов Н.Н. Эффективность применения
газовых турбин на ТЭС для привода собственных нужд. // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – Т.
312. – № 4. – С. 48–50.
2. Григорьев В.А., Зорин В.М., Тепловые и
атомные электрические станции. –Москва
Энергоатомиздат, 1989. - 590 с.
3. http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablo
n.php?id=787 (Отчет энергетические газотурбинные установки и энергетические
установки на базе газопоршневых и дизельных двухтопливных двигателей. Часть
1. Энергетические газотурбинные установки. – М.: 2004. – 127 c.)
186