Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Надстройка котельных газотурбинными установками

(по материалам периодической печати)

С.В.Кузнецов, редактор журнала «Новости теплоснабжения»

В последнее время все большее внимание уделяется применению в энергетике газовых турбин малой и средней мощности. Одно из направлений их использования – это переоборудование котельных в мини-ТЭЦ.

В рамках федеральной целевой программы по энергосбережению создание мини-ТЭЦ рассматривается кк эффективное решение проблем электро- и теплоснабжения в масштабе небольших регионов, городов, поселков, промышленных предприятий и т.п.

Совместная работа газотурбинных установок с водогрейными и паровыми котлами в котельных позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд, что в свою очередь повышает надежность теплоснабжения потребителей, а так же снизить удельные расходы топлива на единицу получаемой тепловой и электрической энергии.  

При широкомасштабной реконструкции котельных с размещением в них газотурбинных установок (ГТУ) их суммарная установленная электрическая мощность только в котельных единичной теплопроизводительностью более 50 ГКал/ч в европейской части России (включая Урал) к 2010 г. может достичь 10 – 15 млн кВт [1].

Первая ГТУ-ТЭЦ в России, построенная в 1978 г. в г. Якутск, эксплуатируется и в настоящее время. На ней установлены 6 газотурбинных агрегатов производства НПО «Турбоатом». Тепло выхлопных газов утилизируется в газовых подогревателях сетевой воды (ГПСВ). Суммарная электрическая мощность станции составляет 230 МВт, а максимальная тепловая нагрузка, отпускаемая потребителям, превышает 300 Гкал/ч [2].

Схемные решения установки   ГТУ

Модернизация котельной может производиться двумя способами:

1.  установка отдельных модулей ГТУ с газовыми подогревателями сетевой воды;

2.  надстройка действующих водогрейных или паровых котлов газотурбинными установками.Подпись:

 В первом случае тепловая мощность котельной увеличивается, что целесообразно только при возрастании требуемой тепловой нагрузки. При постоянной работе ГТУ существующая часть котельной должна быть переведена в пиковый режим работы.

Во втором случае необходимо согласование характеристик ГТУ и котлов (расход выхлопных газов ГТУ, расход дымовых газов через котлы, производительность дымососов), при этом котлы реконструируются в котлы-утилизаторы (КУ).

Для котельных характерны три схемы включения ГТУ. Первая (рис. 1а) – это установка газовой турбины таким образом, чтобы выхлопные газы в полном объеме направлялись в горелки котла. При этом для сжигания топлива в котле достаточно   воздуха оставшегося в выхлопных газах. При нехватке окислителя возможно дополнительное подключение дутьевого вентилятора. Вторая схема (рис. 1б) используется когда расход выхлопных газов через ГТУ превышает допустимый расход газа через котел. В этом случае выхлопные газы из турбины направляются в ГПСВ и после него разделяются на две части, одна из которых направляется в горелки котла, а другая - выбрасываться в дымовую трубу. Третья схема (рис. 1в) отличается от второй только тем, что выхлопные газы разделяются на две части сразу же после турбины и только потом направляются в ГПСВ и котел, стоящие в схеме параллельно.

В том случае, когда не требуется увеличение тепловой мощности котельной следует использовать первую схему включения ГТУ, не требующую дополнительных капитальных вложений на сооружение ГПСВ.

Особенности мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ на основе газотурбогенераторов имеют следующие свойства:

• отсутствует непосредственная связь с котлом;

• необходимо применение утилизационного контура;

• высокий уровень шума;

• требуется дополнительное помещение.

Возникают так же проблемы с продажей электрической энергии в электросеть, и с лимитами потребления природного газа, т.к. внедрение ТГУ при сохранении тепловой нагрузки требует дополнительного топлива.

Экономическая эффективность применения ГТУ

Если сравнивать стоимость электроэнергии вырабатываемой на ГТУ (без учета утилизационного теплового контура), то она на 30% и более превышает стоимость электроэнергии, получаемой из централизованного источника [1].

Газовые турбины имеют небольшой КПД (0,22-0,37%), поэтому они должны использоваться только с утилизационными контурами.

Окупаемость модернизации котельной зависит от количества отпускаемой электроэнергии, от тарифов на электроэнергию, капитальных затрат, затрат на эксплуатацию и от числа часов с работы на больших тепловых нагрузках.

Наибольшая эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой.

Из результатов проведенных расчетов [2] следует, что выработка электрической энергии по отношению к тепловой составляет: 250-500 кВт/Гкал в режиме минимальной тепловой нагрузки ГТУ и 100-200 кВт/Гкал - при максимальной..

Выводы

1. При реконструкции действующих котельных необходимо использовать схемы, предусматривающие установку за ГТУ котлов-утилизаторов (водогрейных или паровых).

2. Следует учитывать, что дополнительное производство электрической энергии требует увеличение лимитов на поставку природного газа.

3. Наибольшая экономическая эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе при максимальной электрической нагрузке.

Литература

1. И.А.Смирнов, Л.С.Хрилев. Определение эффективности ввода газотурбинных агрегатов на площадках действующих котельных // Теплоэнергетика. 2000. № 12.

2. П.А.Березинец, Г.Е.Терешина, Л.Б.Вершинин. Варианты газотурбинной надстройки отопительных котельных // Энергетик. 1998. № 8.

3. А.Ильин. Сравнительные характеристики различных вариантов мини-ТЭЦ // Энергосбережение в Поволжье. Июль 2000 г.

4. В.И.Длугосельский, В.Я.Зубков. Надстройка водогрейных котельных газотурбинными установками //Теплоэнергетика. 1999. № 1.

5. А.М.Карасевич, Е.В.Сеннова, А.В.Федяев, О.Н.Федяева. Эффективность развития малых ТЭЦ на базе газотурбинных и дизельных энергоустановок при газификации регионов // Теплоэнергетика. 2000. № 12.