Технические особенности при выборе парогазовой установки для ТЭЦ

Статья рассказывает о том, на какие особенности с точки зрения техники, необходимо обратить внимание при проектировании электростанций с ПГУ.

По какой причине сейчас в энергетике ПГУ уделяется особое внимание мы писали в статье Планы внедрения парогазовых электростанций в России

При расчете комбинированной установки оптимальное решение должно выбираться исходя из большого числа факторов.

Ме­тод включает в себя три главные стадии: анализ запросов заказ­чика, составление информации о месте монтажа и определение оптимального цикла.

Учет требований заказчика

Для определения полезной мощности рассматриваются верх­ние и нижние пределы номинальной мощности, которые могут задаваться, например, на основании ограничения сети или по­требной вспомогательной мощностью.

Наиболее подходящая га­зовая турбина выбирается с учетом ее мощности, при которой она имеет наиболее высокий коэффициент полезного действия.

Режимы работы ПГУ

Немалое влияние на оптимизационный процесс оказывают также предполагаемые режимы работы энергоустановки в тече­ние года.

Так, комбинированные установки могут использовать­ся для различных целей, например, как установки для покрытия базисной нагрузки, как пиковая электростанция, как электро­станция с ежедневным пуском и остановкой (для регулирования суточного графика нагрузок), а также для регулирования часто­ты и мощности энергосиситемы, в которой она находится как установка, ну и наконец, как источник тепла для обеспечения теплоснабжения города (района) или пара определенных пара­метров для промышленных предприятий.

Для покрытия базовой нагрузки

Для каждого из этих случаев применения имеется свое опти­мальное решение. Установка для покрытия базисной нагрузки, например, будет иметь более высокий потенциал доходов, чем резервная установка, так как предполагается, что она будет ра­ботать значительно большее число часов в году. Поэтому для по­лучения более высокого коэффициента полезного действия име­ет смысл инвестировать дополнительное финансирование в установку для покрытия базисной нагрузки. Чтобы можно было справиться со сложным расчетом подобных факторов, важно иметь в распоряжении информацию о предполагаемых часах работы и количестве пусков в год.

ПГУ с отпуском пара на производство

В случае, если требуется поставка технологического пара, то производится анализ необходимой температуры, давления и рас­хода этого пара. Для того, чтобы установку можно было рассчи­тать для всех возможных условий эксплуатации, должны быть известны допустимое отклонение этих параметров и временные вариации расхода энергии. Если в цикл подводится технологи­ческий пар или конденсат со стороны, то необходимо опреде­лить его состояние и качество, чтобы эти параметры можно было учесть при расчете парогазового цикла.

Учет фактора местных условий

Факторы, обусловленные местными условиями, не зависят от заказчика и не могут им изменяться. В случае, если эти факто­ры оказывают влияние на выбор цикла, то их необходимо учи­тывать.

Частота тока

Частота определяется местной электрической сетью. Она рав­няется 50 или 60 Гц (для ряда зарубежных стран) и играет важ­ную роль при выборе газовой турбины, так как турбины вслед­ствие стандартизации рассчитаны на определенную частоту.

Параметры окружающей среды и условия ISO

Условия окружающей среды на месте монтажа оказывают вли­яние также на мощность и коэффициент полезного действия га­зовой турбины.

Газовая турбина, работающая, например, при на­ружной температуре 0 °С, вырабатывает приблизительно на 20 % больше электрической энергии, чем та же машина при +30 °С.

Если место строительства расположено на высоте 100 метров над уровнем моря, то мощность газовой турбины будет приблизительно на 1 % меньше, чем на уровне моря; это обусловлено разницей в барометрическом давлении воздуха.

Условия на месте монтажа могут сильно изменяться; поэтому должны быть определены расчетные значения, соответствующие средним условиям. Наряду с этим чрезвычайно важно знать также крайние условия и типич­ные изменения в течение всего года, с тем чтобы можно было установить рабочий диапазон и правильно учитывать наиболее важные крайние условия.

Зависимая от климата влажность возду­ха оказывает лишь второстепенное влияние на мощность и ко­эффициент полезного действия газовой турбины. В основу общих расчетов мощности положены условия ИСО: + 15 °С; 1,013 бар и влажность воздуха 60 %.

Вредные выбросы ГТУ

Требования относительно эмиссий устанавливаются, как правило, местными законами. Обычно предписания касаются лишь ограничения выбросов оксидов азота. Эти выбросы мож­но уменьшить, совершенствуя камеры сгорания и горелок, а также (особенно при работе на дизельном топливе) впрыском воды и пара в камеру сгорания, однако при этом, во-первых, понижается коэффициент полезного действия газовой турби­ны, а во-вторых, повышается расход воды и вследствие этого возрастают издержки.

Источник водоснабжения

Температура охлаждающей воды в зависимости от местнос­ти, времени года и выбранной системы охлаждения (открытой или оборотной) может накладывать свои ограничения на кон­денсатор паровой турбины. Это обстоятельство необходимо учи­тывать при расчете конденсатора, что скажется и на мощности паровой турбины. В некоторых случаях расчет открытой системы (например, из реки) может быть ограничен максимально допу­стимой отдачей тепла в реку.

Выбор топлива для ГТУ

Выбор парогазового цикла зависит от наличия таких ресурсов, как, например, топливо, охлаждающая вода, а в от­дельных случаях также от имеющейся в распоряжении площади.

Топливо по техническим и экономическим причинам является ключевым фактором. Вид топлива и его состав оказывают непосред­ственное влияние на мощность газовой турбины и возникающие эмиссии.

Содержание серы в топливе определяет допустимую тем­пературу питательной воды на входе котла-утилизатора.

В боль­шинстве случаев комбинированная установка может работать на двух различных видах топлива. При этом необходимо устано­вить, какой вид топлива является основным и как часто используется второй вид топлива. Благодаря этому может быть определен “вес” обоих используемых видов топлива для эффек­тивности цикла.

Эффективность цикла парогазовой установки

Производственные издержки установки, а также доходы от инвестированного капитала существенно зависят от цены на топ­ливо.

Чем выше коэффициент полезного действия цикла, тем ниже расход топлива, однако обычно действительно также дру­гое правило: чем выше коэффициент полезного действия, тем больше капитальные затраты.

Там, где используется благоприят­ное по цене топливо, дополнительные инвестиции, направлен­ные на повышение КПД цикла, не оправдываются. Если цена на топливо известна, то можно установить, целесообразно ли улуч­шение цикла с экономической точки зрения.

Зависимость КПД всей установки от системы охлаждения

Расчет системы охлаждения зависит от наличия охлаждающей воды. Если имеется достаточное количество воды за благоприят­ную цену (часто морская или речная вода), то монтируется открытая система охлаждения.

Если же вода имеется лишь в ограни­ченном количестве или она дорогая, то необходимо снизить расход воды путем применения закрытой системы охлаждения с градир­ней. Для установок на местах, где нет охлаждающей воды, часто применяются воздухоохлаждаемые конденсаторы или сухие охла­дительные башни без расхода воды, однако они нуждаются во вспомогательных приводах и стоят дорого.

Получаемый вакуум за­висит от типа конденсатора. Более низкий вакуум способствует получению более высокой мощности паровой турбины. Таким об­разом, выбор системы охлаждения оказывает непосредственное влияние на коэффициент полезного действия установки.

Площадка для строительства ПГУ-ТЭЦ

Имеющиеся в распоряжении площади оказывают влияние на цикл только в том случае, если должны использоваться уже суще­ствующие здания или части установки. С одной стороны, это об­стоятельство может способствовать более низким капитальным зат­ратам, однако, с другой стороны, оно может ограничить возможности улучшения коэффициента полезного действия, так как, например, при этом ограничивается объем котла-утилизато­ра или выбор компоновки.