Введение к работе
Актуальность работы. В энергетической стратегии России на период до 2030г. указано, что «Стратегической целью государственной энергетической политики является создание устойчивой инновационной системы в сфере энергетики для обеспечения российского топливно-энергетического комплекса высоко-эффективными отечественными технологиями и оборудованием, научно-техническими и инновационными решениями в объемах, необходимых для поддержания энергетической безопасности страны».
В направлении снижения себестоимости электрической и тепловой энергий требуется повышать технико-экономические показатели энергоблоков, надежность, эффективность использования установленной мощности.
Генеральной схемой размещения объектов электроэнергетики Российской Федерации на период до 2020 г. намечен значительный ввод в эксплуатацию на ТЭС современных парогазовых установок (ПТУ). К сожалению, большинство вводимых ПТУ базируются на зарубежных ГТУ.
На сегодняшний день в России существует единственная конкурентно-способная, в сравнении с зарубежными аналогами, по своим технико-экономическим показателям отечественная газовая турбина ГТЭ-110. Совершенствование режимов эксплуатации энергоблока ПГУ-325, направленных на увеличение надежности, повышению маневренности, экономичности позволит успешно проводить энергетическую политику России на базе отечественного энергомашиностроения. Таким образом, задачи повышения экономичности, маневренности и надежности отечественного газотурбинного двигателяГТЭ-110 носят стратегический характер.
Объектом исследования является первая отечественная парогазовая установка типа ПГУ-325, состоящей из 2-х газовых турбин (ГТ) типа ГТЭ-110, 2-х котлов утилизаторов (КУ) типа П-88 и паровой турбины(ПТ) К-110-6,5.
Предмет исследования: режимы работы энергоблока ПГУ-325.
Цель работы и задачи исследований. Повысить экономичность, маневренность и надежность ПТУ -325 на базе российского оборудования.
Для достижения этой цели поставлены задачи:
S усовершенствовать алгоритм и методику теплового расчета энергоблока
ПГУ-325;
S оптимизировать схемные решения, обеспечить качественное использование
топлива;
S усовершенствовать режим эксплуатации технологических и тепловых схем;
S увеличить эффективность сезонной работы энергоблока ПГУ-325 на рынке
электроэнергии и мощности, расширить диапазон регулирования блока.
Научная новизна работы:
о усовершенствована методика комплексного расчета тепловой схемы ПТУ
дополнением теплового расчета ГТЭ-110, определением расхода газов за ГТ;
о разработан способ оценки предельного снижения температуры уходящих
газов, что позволяет повысить производительность КУ, мощность ПТ.
о решена задача расширения диапазона регулирования мощности ГТЭ-110,
ПГУ-325 путем управления температурой воздуха перед компрессором;
о усовершенствован метод оценки предельной степени увлажнения воздуха в
воздухозаборном тракте ГТЭ-110, учитывающий снижение давления по тракту.
Степень достоверности подтверждается эксплуатационными данными и данными завода изготовителя ГТЭ-110 при натурном исследовании объекта.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты позволяют:
S дать рекомендации по повышению надежности, экономичности,
маневренности работы энергоблока ПГУ-325;
S обеспечить снижение температуры уходящих газов котла утилизатора,
контролируя образование точки росы, применением методики расчета
«образования точки росы в уходящих газах;
Алгоритм и методика комплексного расчета энергоблока ПГУ-325 используется в учебном процессе на кафедре «Паровых и газовых турбин» Ивановского государственного энергетического университета.
Предлагаемая методика определения относительной влажности воздуха перед компрессором позволяет производить расчеты изменения влажности воздуха по тракту ВЗТ и определять допустимую степень увлажнения воздуха с целью снижения его температуры для увеличения располагаемой мощности ГТ.
Реализация. Рекомендованная технологическая схема системы антиобледенения (АОС) применена при модернизации ВЗТ ГТЭ-110 на Ивановских ПТУ филиала ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС». На защиту выносится:
S алгоритм и методика комплексного теплового расчета ПГУ-325;
S научно-технические решения по совершенствованию технологических и
тепловых схем;
S рекомендации по совершенствованию режимов эксплуатации оборудования
энергоблока ПГУ-325. Теоретическая значимость:
предлагаемая методика теплового расчета ПГУ-325, в отличие от известных подходов, учитывает: влияние параметров охлаждающего воздуха, поступающего на охлаждение деталей проточной части газовой турбины; изменение количества выхлопных газов при регулировании температуры газов за ГТЭ-110 (с помощью определения коэффициента избытка воздуха в камере сгорания), что дает эффект более точного определения парообразования в котле-утилизаторе, мощности паровой турбины и может быть использована в процессе проектирования новых и реконструируемых тепловых электростанций;
разработана методика, позволяющая получить предельные границы снижения температуры выхлопных газов (дополняют существующие представления о возможности утилизации низкопотенциального тепла без снижения надежности газового тракта);
- выявлена зависимость количества выхлопных газов от температуры
наружного воздуха;
- выявлен рост КПД ГТ и ПТУ при эксплуатации оборудования в условиях
повышения температуры воздуха перед компрессором до расчётного значения,
что позволило изменить представления об увеличении КПД ГТЭ, работающей в составе ПТУ при снижении температуры наружного воздуха;
- определена и подтверждена необходимость регулирования температуры воздуха перед компрессором и газов на выходе из котла утилизатора при переменных режимах работы энергоблока, с целью повышения эффективности использования топлива.
Апробация работы и публикации.
Результаты работы докладывались НТК «Состояние и перспективы развития электротехнологии» Иваново, ИГЭУ, 2009г., LVI НТК «Применение газотурбинных установок в энергетике и промышленности», Пермь, 2009г.; Всероссийская НТК «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», М., МЭИ, 2010г.; Шестая региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «ЭНЕРГИЯ 2011» г. Иваново; Международная научно-техническая конференция «СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ» г. Иваново 2011; научном семинаре кафедры ТЭС НИУ МЭИ март 2012 г., заседание кафедры ТЭС НИУ МЭИ май 2012.
По результатам диссертации имеется 17 публикаций, в том числе четыре публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографического
списка, приложения. Содержание работы изложено на 173 страницах машинописного текста с 26 таблицами и 56 рисунками. Список литературы содержит 93 наименования.
Личный вклад автора заключается: в анализе работы первого в России современного отечественного энергоблока ПГУ-325; выработке направлений по совершенствованию эксплуатации; усовершенствовании методик расчета; в постановке и проведении расчётных исследований, направленных на выполнение поставленных задач; в анализе полученных результатов и выдаче рекомендаций практической направленности.
