История парогазового цикла в России
Одно из главных направлений в решении этих задач – внедрение в энергетику комбинированных парогазовых установок (ПГУ).
Идея создания парогазовых установок, использующих в качестве рабочих тел продукты сгорания топлива и водяной пар (бинарные установки), впервые была высказана французским ученым Сади Карно в работе «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824 год).
С. Карно предложил схему поршневой парогазовой установки и обосновал основное условие создания эффективных парогазовых установок – использование продуктов сгорания топлива в качестве рабочего тела в области высоких температур с одновременной утилизацией отбросного тепла газов для получения рабочего пара. По мере развития паровых и газовых турбин практическое осуществление этой идеи гениального ученого, более чем на столетие вперед определившего основные пути развития парогазовых тепловых двигателей, оказалось вполне возможным.
Первые установки
Первые бинарные парогазовые установки появились в Германии. В 1913‑1917 гг. Хольцварт осуществил ПГУ на базе ГТУ с пульсирующей камерой сгорания. КПД установки не превышал 14 процентов.
В 1932 году фирма «Броун-Бовери» разработала высоконапорный парогенератор «Велокс», в топку которого воздух подавался осевым компрессором, приводом которого служила осевая газовая турбина.
В сочетании «Велокса» с паровой турбиной получалась парогазовая установка с нулевой выработкой полезной мощности газовой турбиной.
В России исследования комбинированных термодинамических циклов были выполнены ЦКТИ в 1934‑1940 годах и продолжены в послевоенные годы.
В 1944‑1945 годах в ЦКТИ А. Н. Ложкин разработал схему парогазовой установки со сгоранием топлива при постоянном давлении. Теоретические основы комбинированного парогазового цикла с высоконапорным парогенератором (ПГУ с ВПГ) были проанализированы в работах А. Н. Ложкина и А. Э. Гельтмана. Это позволило повысить эффективность установки за счет параллельного с регенеративной системой паровых турбин подогрева питательной воды. В этот период были разработаны основные принципы комбинирования паровых и газовых турбин, проведен термодинамический анализ парогазовых циклов, выполнено сравнение различных комбинированных схем, а также выявлено преимущество установок с высоконапорными парогенераторами по сравнению с ПГУ сбросного типа (с низконапорными парогенераторами) и с котлами-утилизаторами.
Преимущества комбинирования
Это преимущество заключается, прежде всего, в значительном снижении металловложений в высоконапорные парогенераторы по сравнению с котлоагрегатами обычного типа. Кроме того, парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами обеспечивают большую экономию топлива как по сравнению с парогазовыми установками других типов, так и по сравнению с раздельными паротурбинными и газотурбинными установками. Это справедливо для ПГУ на базе газовых турбин с начальной температурой газов перед ними до 950‑1000° С.
Начатые в ЦКТИ термодинамические исследования циклов ПГУ получили развитие в работах специалистов Одесского политехнического института (под руководством профессора Д. П. Гохштейна), Саратовского политехнического института (под руководством профессора А. И. Андрющенко), Ленинградского политехнического института (под руководством профессоров И. И. Кириллова и В. А. Зысина).
На базе разработанных ЦКТИ схем и основного нестандартного оборудования парогазовых установок в Советском Союзе были построены и введены в эксплуатацию следующие парогазовые установки:
• ПГУ с ВПГ мощностью 6,5 МВт на базе ГТУ-1,5 с начальной температурой газов 720 °С (1963 год, Ленинград, Первая ЛенГЭС);
• 3 блока ПГУ с ВПГ мощностью 16,5 МВт на базе ГТ-700‑4-1М с начальной температурой газов 700 °С (1966‑1970 годы, Ленинград, Блок-ТЭЦ № 6);
• ПГУ с ВПГ мощностью 200 МВт на базе ГТ-35 с начальной температурой газов 770 °С производства Харьковского турбинного завода (1972 год, Невинномысск, Невинномысская ГРЭС);
• ПГУ с НПГ мощностью 250 МВт на базе ГТ-35 с начальной температурой газов 770 °С (1982 год, Молдавская ГРЭС);
• ПГУ с КУ мощностью 35 МВт на базе ГТН-25 с начальной температурой газов 770 °С (1996 год, Грязовец Вологодской области).
Другие разработки
В 1997 году были произведены работы по надстройке блока с турбиной Т-250 на Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга газотурбинной установкой GT-8C. Авторами этого проекта разработана необычная схема, основная особенность которой состоит в том, что охлаждение уходящих газов котла осуществляется не в газоводяных теплообменниках, а в сохраняемом в схеме ПГУ вращающемся регенеративном воздухоподо-гревателе (РВП) с помощью избыточного воздуха. Последний выполняет роль промежуточного теплоносителя, передающего тепло уходящих газов котла подпиточной или сетевой воде. Схема имеет весьма сложную систему газовоздухопроводов большого сечения и шиберов, плотность которых недостаточна. Для нее характерны также неизбежные перетечки в РВП (до 20 процентов), а также отсутствие вытеснения регенерации паровой турбины. Поэтому такая реконструкция паротурбинных энергоблоков путем надстройки газовой турбинной установки привела к снижению надежности работы установки и к значительным дополнительным потерям тепла. Как показали испытания, парогазовый блок вместо проектного прироста КПД на 1‑1,5 процента обеспечивает ту же экономичность, что и паросиловой блок до реконструкции. При использовании рациональной схемы прирост КПД составил бы 2‑3 процента. Таким образом, парогазовый блок Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга представляет собой с позиции парогазовых технологий, скорее, отрицательный пример.
Кроме того, были выполнены проекты ПГУ с ВПГ и НПГ мощностью 250‑1000 МВт, включая и ПГУ с внутрицикловой газификацией топлива, предназначенные как для нового строительства, так и для модернизации действующих паросиловых блоков, выработавших ресурс. А НПО ЦКТИ разработало для «Газпрома» концепцию ведомственной электростанции мощностью 30‑100 МВт с использованием типов ГТУ, применяемых «Газпромом», но в энергетическом варианте. Концепция основана на применении моно- и дубль-блочных ПГУ с унифицированными по группам ГТУ котлами-утилизаторами и вспомогательным оборудованием.
После затишья
В последние 15‑20 лет существования Советского Союза в энергетике в области парогазовых технологий имела место затяжная пауза – сложившаяся, помимо всего прочего, в силу недооценки парогазовых технологий.
За эти годы в мировом газотурбостроении сменилось несколько поколений агрегатов. Начальная температура газа выросла с 800‑850 °С до 1200‑1300 °С и выше. В результате этого была преодолена граница (примерно 1100 °С), за которой наиболее эффективным типом парогазовой установки становится не ПГУ с ВПГ или НПГ, а ПГУ с котлом-утилизатором (КУ). Отечественная энергетика оказалась не готова к развитию высокоэкономичных ПГУ с КУ.
Однако с появлением на российском рынке мощных газотурбинных установок оживились работы по разработке схем и установок с котлами-утилизаторами. Так, например в 2000‑2001 годах была начата реализация разработанного еще в 1993 году проекта ПГУ-450Т на Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга. Здесь устанавливаются 4 парогазовых блока ПГУ-450Т. В состав каждого блока входят: две газовые турбины V-94.2 фирмы Siemens мощностью по 150 МВт; два котла-утилизатора П-90 АО «Подольский машиностроительный завод» (новая разработка); одна теплофикационная паровая турбина Т-150‑7,7 ОАО «ЛМЗ» мощностью 150 МВт (новая разработка); три генератора с воздушным охлаждением ТФГ (П)-160‑2УЗ АО «Электросила» мощностью 160 МВт (новая разработка).
ПГУ создана по дубль-блочной схеме с двумя давлениями генерируемого пара с 2‑4-ступенчатой системой подогрева сетевой воды. В настоящее время блок успешно эксплуатируется и подтверждает все проектные характеристики. Уровень техники блока ПГУ-450Т соответствует 1992‑93 годам – времени начала проекта. Тем не менее, успешная реализация этой ПГУ явилась серьезным прорывом российской энергетики в области парогазовых технологий.
В 2005 году была введена в эксплуатацию ПГУ-450Т на Калининградской ТЭЦ-2 по тепловой схеме, аналогичной схеме Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга.
В 2006 году сооружается ПГУ-325 на Ивановской ТЭЦ по схеме дубль-блок на базе ГТУ-110 производства ОАО НПО «Сатурн».
ПГУ-170
НПО ЦКТИ участвует в разработке схем и проектов современных парогазовых блоков. Наибольший объем проектных проработок касается ПГУ-170. Разработка одновального блока ПГУ выполнялась по инициативе ОАО «Институт Теплоэлектропроект» под патронажем Научного совета «Теплофизика и Теплоэнергетика» Российской академии наук специалистами ОАО «Институт Теплоэлектропроект», ОАО «НПО ЦКТИ», ОАО ЛМЗ, АО «Электросила», АО «Подольский машиностроительный завод», НПО «Сатурн» (ОАО «Рыбинские моторы»). Базой для нее явилась газотурбинная установка ГТУ-110 мощностью 110 МВт, которая в полной комплектации установлена в 2001 году на стенде Ивановской ГРЭС.
ПГУ-170 позволяет при техническом перевооружении установить в габаритах двух энергоблоков К-200, полностью отработавших ресурс и подлежащих замене, три ПГУ-170.
Аналогичный теплофикационный блок ПГУ-170Т был проработан для установки на ТЭЦ-27 «Мосэнерго». В результате были подготовлены исходные требования к блоку и основному оборудованию.
Одно из весьма важных и перспективных направлений реализации парогазовых технологий – это модернизация и техническое перевооружение существующих электростанций с блоками от 150 до 800 МВт. Такая модернизация позволяет повысить технический уровень станции до самого современного при сохранении и использовании зданий и сооружений, инфраструктуры, внешних сетей и коммуникаций, а также части основного и вспомогательного оборудования в зависимости от технического состояния и остаточного ресурса.
Будущее – за отечественными разработчиками
На электростанциях со значительным остаточным ресурсом энергоблоков, в топливном балансе которых велика доля мазута или угля, но имеется и природный газ в количестве, достаточном для ГТУ, могут использоваться газотурбинные надстройки, превращающие паросиловые блоки в парогазовые:
а) схема со сбросом уходящих газов ГТУ в топку котла (наиболее рациональна схема с вытеснением регенерации паровой турбины);
б) схема со сбросом уходящих газов ГТУ в теплообменники и вытеснением регенерации высокого и низкого давления;
в) схема с установкой за ГТУ парового котла-утилизатора и подачей выработанного пара в паротурбинную часть (возможна комбинация со схемой «б»).
Все эти схемы могут с успехом применяться и для чисто газовых электростанций.
В целом можно констатировать, что создание ПГУ на уровне, близком к лучшим мировым образцам, является реальной задачей для отечественной промышленности. Доказательство тому – успешная реализация всех, включая последние, парогазовых объектов.
Кабельная арматура, Газпром, Генерация, ГРЭС , Мощность, Сети , Топливо, Турбины, ТЭЦ, Парогенератор, Провод, Тепловая энергетика, Электростанция,
Отправить на Email
-
19.04.2021 18:39:36Новый алгоритм расчета запасов топлива на электростанциях
149
С 1 марта 2022 года в РФ вступит в силу новый алгоритм расчета нормативов запасов топлива на электростанциях.
Законы, Минэнерго, Топливо, Электростанция
18.04.2021 23:45:10«Включай и работай»186
Компания DEAERATOR.SU разработала технологию, позволяющую проводить деаэрацию воды даже в системах теплоснабжения, где конструкцией котельной не предусмотрена деаэрация.
Тепловая энергетика, Теплоснабжение
18.04.2021 21:01:55«КАМАЗ» и «Силовые машины» сообщили о намерении производить газопоршневые электростанции178
Два российских производственных гиганта – «Силовые машины» и «КАМАЗ» заключили меморандум о сотрудничестве в области производства блочно-модульных газопоршневых электростанций (ГПЭС) на базе двигателей КАМАЗ, KAMAZ-Baudouin.
Энергооборудование, Электростанция, Распределенные источники энергии, Микрогенерация
18.04.2021 14:41:46Газовая турбина «Силовых машин» получила статус инновационного энергетического оборудования196
Газовая турбина большой мощности ГТЭ-170.1 производства «Силовых машин» первой в России получила статус инновационного энергетического оборудования. Соответствующий документ выдан Министерством промышленности и торговли Российской Федерации по результатам проведенной проверки.
Турбины, Инновации, Энергооборудование, Модернизация в энергетике
-
14.01.2015 Владимир КРАСНОВЭлектротехническое созвездие
2229
Мероприятие: XVII международная выставка «Электрооборудование для энергетики, электротехники и электроники; энерго- и ресурсосберегающие технологии; бытовая электротехника» («Электро-2008»).
Организатор: ЦВК «Экспоцентр».
Место проведения: Россия, Москва.
Состоялось: 9‑13 июня 2008 года.Электростанция, Кабель, МРСК, Сети, Трансформаторы, Кабельная арматура, Машиностроение, Провод, Электротехника
-
12.05.2018 05:55:14Цифровизация: от концепции – к практическим решениям
26409
Круглый стол «Цифровые технологии в управлении энергетическими системами», организованный «Энергетикой и промышленностью России» в рамках Российского международного энергетического форума, мы стремились сориентировать на предельно конкретные вопросы. В начале мероприятия модератор – главный редактор «ЭПР» Валерий Пресняков отметил, что участникам предоставляется возможность рассказать о своих практических решениях, так или иначе нацелен...
Инновации
12.06.2018 19:59:26 Славяна РУМЯНЦЕВАЦифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до «умных» сетей24689
Никогда прежде мир не был так тесно связан и настолько «оцифрован», как сегодня. Дигитализация уже превратилась в неотъемлемую часть настоящего.
Цифровизация, Smart Grid, Инновации, Турбины
19.06.2018 13:52:08 Павел ШАЦКИЙ, первый заместитель генерального директора ООО «Газпром энергохолдинг»ДПМ-2: драйвер роста или обуза для потребителей?22218
Философский вопрос о первичности «курицы или яйца» в случае с перспективами российской энергетики звучит так: стимулировать ли инвестиции в энергетику с целью технологического прорыва в целом ряде секторов экономики или сдерживать тарифы, чтобы дать фору для развития несырьевым секторам?
Электроэнергетика, Инвестиции
25.11.2019 09:04:52 Славяна РУМЯНЦЕВАКто виноват, что в Японии «запретили» микроволновки15825
Микроволновая печь, как и составляющий ее основу магнетрон, до сих пор имеют множество противников. Масса негативных мифов о СВЧ-печах находят своих почитателей, а фейковые новости о вреде бытовой техники распространяются по всему миру.
Инновации
21.10.2018 06:54:56К обновлению с КОММодом: роли и декорации очередной модернизации15040
ДПМ-2, ДПМ-штрих и, наконец, новое, пока неизвестное широкой отраслевой публике понятие – КОММод, обозначают одну программу, цели и суть которой заключаются в модернизации генерирующих мощностей отечественной энергетики. Все просто и сложно одновременно, поскольку профессиональное сообщество разделилось на тех, кто ждет от грядущей программы прорывных результатов, и на тех, кто осторожно заявляет о назревших рисках.
Модернизация в энергетике