Загрузка...
Учебная работа. Курсовая работа: Газотурбинные установки
Содержание
1. Введение
2. Предыстория
3. Оборудование КГТУ
4. Типовая конструкция ГТУ (ГТД)
5. Схемы и чертежи
Введение
Энергетика больна. Налицо все частое проявление какого-либо заболевания ее износа и старения. "Лампочка Ильича" медленно, но верно снижает накал. Окажется россия во мгле или нет, зависит от того, как скоро и адекватно отреагирует общество, и энергетики в том числе, на состояние энергетической промышленности, которая стоит перед альтернативой: либо медленно умереть и освободить отечественный Рынок для зарубежного продавца электрической и тепловой энергии; либо повернуться лицом к современным технологиям производства, внедрить их, а затем на основе высокой конкурентоспособности обеспечить энергетическую независимость государства. Третьего не дано.
Одним из наиболее перспективных направлений развития энергетики (с технической, экономической и экологической точек зрения) является переоборудование действующих районных котельных в газотурбинные теплоэлектроцентрали (ГТУ-ТЭЦ). Такие ГТУ-ТЭЦ обеспечат:
— вдвое меньший расход топлива на производство электроэнергии;
— приблизят Производство энергии к потребителю и снизят потери на транспорт энергии (в ПЭО "Татэнерго" они составляют 10,4%, а по россии-12,2%);
— повысят гибкость энергосистемы при парировании колебаний в потреблении энергии;
— практически вдвое снизят выбросы вредных веществ в атмосферу по сравнению с существующими ТЭС и котельными.
Неоспоримые достоинства ГТУ-энергетики доказаны в трудах многочисленных отечественных и зарубежных авторов и отражены во всех документах перспективного энергопланирования и энергосбережения. Достоинства ГТУ-энергетики становятся более значимыми, если принять во внимание, что при существующей тенденции по выравниванию российских и мировых цен на энергоносители себестоимость тепловой и электрической энергии в России может в 1,5 раза превысить мировой уровень. А это будет означать крах для отечественной энергетики и промышленности.
Нас настойчиво подталкивают к ГТУ-энергетике форсированные темпы ее внедрения за рубежом и предкритическое состояние отечественной энергетики. ГТУ-технологии стали основой энергетики во всем развитом мире. Мировой выпуск (в переводе на суммарную электрическую мощность) энергетических ГТУ находится на уровне 30-35 млн. кВт в год. энергетические ГТУ активно развиваются и внедряются сейчас в японии, Англии, Германии, Италии, США и других странах.
только в США в 1998 году для модернизации старых и строительства новых электростанций было заказано 200 крупных ГТУ (60 заказчиков) общей мощностью 66 млн. кВт электрической мощности, это соответствует 50% мощности энергетики россии.
Правительством США уже несколько лет назад была поставлена задача начала эксплуатации с 2000 года крупных ПГУ-установок с КПД до 60%. Эта задача активно решается компаниями: «General Electric», «Westing-house» и др. Введены в строй ПГУ с КПД 58,5%.
Строятся ГТУ-ТЭЦ в Калифорнии и Флориде (США) мощностью по 150…200 МВт, в Уэльсе (великобритания) электрической мощностью от 200 до 500 МВт.
В Иране эксплуатируется 174 энергетических ГТУ общей электрической мощностью 8167,8 МВт.
В Италии фирма GE производит микро ГТУ электрической мощностью от 45 до 200 кВт. Фирма
Все Производство фирмы Audi (в Германии) обеспечивают электрической и тепловой энергией два комплекса ГТУ-ТЭЦ марки “Taurus-60” суммарной электрической мощностью 10,4 МВт и тепловой — 16 МВт. Фирмадиапазоне от 1 до 13 МВт марок: "Centaur", "Mercury", "Taurus", "Mars", "Titan" (рис. 1.3). свыше 10 000 газовых турбин эксплуатируются сейчас в 86 странах мира. В 1992 г. в США принята программа ATS (Advanced turbine systems -передовые турбинные системы) финансируемая правительством, так как создание ГТУ-энергетики по затратам сопоставимо лишь с военными авиационными проектами или созданием новой отрасли промышленности. Цели программы: — Разработать надежные и дешевые образцы газотурбинных установок для промышленной выработки электрической и тепловой энергии; — Осуществить отбор наиболее перспективных разработчиков и производителей энергетических ГТУ; — Обеспечить лидирующее положение США в сфере производства энергогенерирующей техники. — Создать условия для прямого контроля энергопроизводящих отраслей промышленности большинства стран мира. Перечисление только основных производителей энергетических ГТУ за рубежом (табл.1) дает представления о масштабах развития данной отрасли энергетики и внимании, уделяемом ей правительствами промышленно развитых стран. Таблица 1. Ведущие разработчики и производители ГТУ на мировом рынке
Фирмавеликобритания) Nuovo Pignone Iskra – Energetica Kawasaki Orend — Mashproekt mitsubishi General Electric Rolls-Royce ABB Power Pr&W (Pratt & Whitney) Westinghouse (Siemence Westinghouse) Почему же был выбран энергоблок с газотурбинной установкой? Газотурбинные установки успешно работают в промышленности, особенно когда требуется совместное Производство тепла, механической энергии и электроэнергии. Газовые турбины позволяют соблюсти жесткие требования по охране окружающей среды. Эти установки способны работать на двух видах топлива — жидком и газообразном. При этом осуществляется постоянная работа на природном газе, а при необходимости, в аварийных ситуациях, производится автоматический переход на дизельное топливо. Потребность в техническом обслуживании у газовых турбин относительно мала. после определенного срока службы, примерно 30000-40000 часов работы, по контракту на полное техническое обслуживание производится смена горячих деталей турбины, включая камеру сгорания. Коэффициент работоспособности газовых турбин очень высок и при полном сервисном обслуживании составляет 95 и более процентов. 1. Предыстория
Строительство и пуск ТЭЦ-1 дали тогда мощный импульс развитию промышленности Казани и ее окрестностей. Первый промышленный ток дал турбогенератор мощностью 10 тысяч киловатт, а в июне 1933 года, когда станция была принята в эксплуатацию, на ней работали уже два турбоагрегата, каждый такой же мощности, и пять котлоагрегатов. В последующие годы станция неоднократно расширялась, модернизировалась и реконструировалась и до сих пор является одной из наиболее экономичных станций по удельному расходу топлива. В последние годы значение первой электроцентрали как производителя электрической энергии заметно снизилось. Казань опять испытывает дефицит энергомощности. К настоящему времени установленная электрическая мощность энергосистемы Татарстана составляет 6986 МВт, тепловая мощность — 15233 Гкал/ч. Последний турбогенератор ТГВ-200 был введен в работу на Набережночелнинской ТЭЦ в 1988 году, что определяет явно выраженный процесс старения генерирующего оборудования. В то же время подъем экономики Республики Татарстан, интенсивная реконструкция центра Казани вызывают рост потребления электрической и тепловой энергии. Увеличивается электродефицитность Казанского энергорайона. Ситуация усугубляется ростом тарифов на энергетическое топливо, на тепловую и электрическую энергию, вырабатываемую на старом неэффективном оборудовании, что стимулирует потребителей искать альтернативные источники энергии. Уже на протяжении нескольких лет ОАО «Татэнерго» ведет целенаправленную работу по снижению затрат на производство тепловой и электрической энергии, с целью обеспечения финансовой устойчивости и прибыльности компании в условиях политики сдерживания тарифов, проводимой правительством российской Федерации. В настоящее время, в структуре затрат энергосистемы основную долю имеет топливная составляющая. Принимая во внимания данный факт, а так же учитывая моральный и физический износ существующего оборудования электростанций и сетей, ОАО «Татэнерго» взяло курс на его коренную модернизацию. В рамках принятой руководством компании в 2003 году программы перспективного развития и технического перевооружения, на Казанской ТЭЦ-1 завершено строительство первого в Татарстане комплекса ГТУ-ТЭЦ мощностью 50 МВт на базе современных газотурбинных технологий. Начало данному проекту было положено в феврале 2004 года. Тогда в ОАО «Татэнерго» был проведен тендер на поставку газотурбинных установок для КТЭЦ-1. В нем приняло участие 13 известных российских и зарубежных фирм. среди них такие известные производители газотурбинной техники, как ГПНПКГ «Зоря-Машпроект», ЗАО «Энергоавиа», «Авиадвигатель» (г. Пермь) и другие. Победителем тендера было признано ОАО «Моторостроитель» (г. Самара) предложившее наиболее оптимальное решение на базе конвертированного авиационного двигателя типа НК-37. В реализации этого проекта осуществляемого в непростых условиях действующего предприятия также участвуют и другие российские предприятия: — ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова (г. Самара) — ОАО «Казанькомпрессормаш" — ОАО «Привод» (г. Лысьва) — Генеральным проектировщиком является РУП «БелНИПИЭнергопром» (г. Минск). В 2006 году за счет средств «Нижнекамскнефтехима» предполагается пуск ГТУ-75 МВт на Нижнекамской ТЭЦ. На днях состоялась торжественная выемка первого ковша с котлована будущего комплекса ГТУ-75 на территории станции. В разворачиваемой на перспективу программе Республики Татарстан по оснащению ГТУ и ГПА котельных городов, а также надстройке ими объектов Татэнерго суммарная мощность вновь вводимых мощностей в Татарстане составит порядка 800 и более МВт. В том числе, в Казани ввод генерирующих мощностей на базе ГТУ составит порядка 200 МВт (из них 100 МВт — за счет средств ОАО «Татэнерго»), что позволит снизить дефицит энергомощности в городе с сегодняшних 450 МВт до 250 МВт. Реализация этих проектов позволит снизить примерно на 11 грамм удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт-ч электроэнергии по всей энергосистеме республики (по итогам 2004 года расход составлял 332 г/кВт-ч). По своей эффективности и экологичности ГТУ должны послужить образцом для строительства новых и модернизации устаревших электростанций республики. Реализация проекта «Казань-50» позволит энергетикам Татарстана поставить на рынок для потребителей центра Казани дешевую энергию, повысить надежность энергоснабжения исторического центра города, снимет с повестки дня возможность конкуренции собственных альтернативных источников предприятий. Введение в эксплуатацию такого важного объекта в год 1000-летия столицы Республики Татарстан явится также важным социальным фактором. Внедрение новых технологий начинается там же, где начиналась большая энергетика Татарстана. ТЭЦ-1, как и 72 года назад, выступает в авангарде прорыва энергодефецитности Казанского энергоузла. 2. Оборудование КГТУ
упрощенная структурная схема газотурбинного энергоблока Казанской ТЭЦ-1 представлена на рис. 1. Проект ГТУ-ТЭЦ Казанской ТЭЦ-1 предусматривает установку двух газотурбинных двигателей НК-37 авиационного типа мощностью по 25МВт каждый, с утилизацией тепла уходящих газов в котлах-утилизаторах. двигатель НК-37 разработан базе серийного двигателя НК 321 для стратегического бомбардировщика ТУ-160. Выбор конкурсной комиссии остановился на этом двигателе благодаря сочетанию в нем высоких термодинамических и газодинамических параметров с большим ресурсом, изначально заложенным в него конструкцию. Двигатели и генераторы будут смонтированы в контейнерах. использование подобных двигателей на электростанциях обусловлено целым достоинств: — Высокий уровень термодинамических и газодинамических параметров, базирующийся на теории и практике создания авиадвигателей; — высокий технический уровень конструирования, обеспечивающий создание ГТД большой мощности высокой надежности и долговечности при малой массе и габаритах узлов; — Возможность использования в качестве газогенераторов ГТУ авиационных двигателей, прошедших доводку в стендовых условиях и на крыле. — Простота эксплуатации, возможность управления и обслуживания минимальным количеством персонала. — Короткое время запуска, останова, выхода на номинальную нагрузку. ГТУ-ТЭЦ «Казань-50» также предусматривает два газодожимных компрессора «ТАКАТ» производства ОАО «Казанькомпрессормаш», располагающихся в отдельно стоящем модуле. Газотурбинные двигатели с генераторами будут смонтированы в контейнерах с высокой степенью заводской готовности на площадке перед котельным отделением первой очереди Казанской ТЭЦ-1, в котором будут установлены два котла-утилизатора ТКУ-13 Таганрогского котельного завода «Красный котельщик». Пар 30ата и горячая вода будут подключены к существующим схемам отпуска пара и горячего водоснабжения. Проект предусматривает возможность использования в тепловой схеме существующей паровой турбины 30ата, что позволит еще более экономично использовать генерирующее оборудование в различных режимах с увеличением электрической мощности еще на 10…15 МВт. На ГТУ-ТЭЦ будет использоваться система водоподготовки Казанской ТЭЦ-1. минимальных затрат потребует и реализация схемы выдачи электрической мощности блоков ГТУ. Так, например, расчеты показали допустимость подключения новых генераторов производства Лысьвинского завода мощностью 25МВт к существующему генераторному распределительному устройству (ГРУ) напряжением 6 кВ, имеющему связь с закрытым распределительным устройством (ЗРУ) 110 кВ. Подключение генераторов будет осуществлено кабельными линиями. Возможность работы в автоматическом режиме позволяют использовать энергетические установки с двигателем НК-37 как в обычном режиме, так и при пиковых режимах выработки электроэнергии, а модульная конструкция газотурбинных электростанций облегчает их транспортировку и монтажные работы. Экономический эффект от оснащения Казанской ТЭЦ-1 современными более экономичными и экологически безопасными установками будет измеряться сотнями тонн сэкономленного топлива, расход которого на Производство электроэнергии снизится более, чем в полтора раза. Так, за счет экономии, которую предполагается достичь после внедрения ГТУ в структуру станции, можно выработать столько энергии, сколько необходимо для круглогодичного снабжения трехсот 180-квартирных домов. Недоиспользованная тепловая энергия после газовой турбины утилизируется в котле и отпускается потребителям в виде пара и горячей воды. Преимущества новой технологии показывают целесообразность работы ГТУ-ТЭЦ «Казань-50» в базовом режиме с разгрузкой в летний период существующих паровых турбин Казанской ТЭЦ-1 с их потерями в конденсаторе. При этом расчетный удельный расход топлива на выработку электроэнергии и тепла составляет соответственно 220…240 г/кВт-ч и 145 кг/Гкал. Результатом оснащения станции ГТУ станет экономия около 60 тыс. т условного топлива в год. 3. Типовая конструкция ГТУ (ГТД)
С типовой конструкцией ГТУ можно ознакомиться на примере газотурбинного двигателя НК-16СТ. Двигатели НК-16-18СТ работают и находятся в серийном производстве с 1996г. НК-16СТ является прототипом разрабатываемого двигателя НК-18СТЭ (ГТУ-18СТЭ) для ГТЭ-18. Конструктивно этот двигатель является одноконтурным, двухвальным со свободной турбиной, которая обеспечивает работу электрогенератора. В качестве основного топлива для НК-16 используется природный газ. К основным элементам конструкции относятся: — воздухозаборное устройство. Оно предназначено для всасывания атмосферного воздуха, его очистки и предварительного сжатия перед входом в компрессор; — входной направляющий аппарат (1) — это кольцо с 12-ю радиальными лопатками, к которым крепится передняя опора (14) ротора четырехступенчатого компрессора низкого давления (КНД) (2); — средняя опора (15), имеющая воздушный канал для охлаждения. В ней совмещены: задняя опора ротора КНД, передняя опора компрессора высокого давления (КВД), корпус центрального привода агрегатов. Воздушный поток, сжатый в КНД, поступает на шестиступенчатый КВД (5). Устойчивость и оптимальный режим работы КВД поддерживается регулируемым направляющим аппаратом (НА) (4). Сжатый до расчетного давления воздух поступает в камеру сгорания (КС) (6) кольцевого типа. В ее состав входят 32 газовые форсунки с завихрителями и 2 воспламенителя факельного типа. Из КС газовоздушная смесь, приобретя максимальную энергию в результате сжигания топлива, устремляется на двухступенчатую турбину турбокомпрессора. 1-ая ступень — турбина высокого давления (7) (ТВД), она является силовым приводом КВД. 2-ая ступень — турбина низкого давления (8) (ТНД), она вращает КНД; — задняя опора (16) заключает в себе опору турбины низкого давления и опору турбины высокого давления. Проставка (9) входит в состав заднего силового пояса крепления двигателя. По каналу из переходных оболочек (10) газовоздушная смесь, отдав часть энергии, запасенной в КС, компрессору посредством ТВД и ТНД, устремляется к свободной, силовой турбине (11). На ней срабатывается от 40% до 50% оставшегося запаса энергии газовоздушного потока. Преобразуя потенциальную и кинетическую энергию потока в механическую работу, СТ обеспечивает работу электрогенератора, передавая ему вращение через фланец (13) и муфту. Вал СТ опирается на переднюю, охлаждаемую опору (17) и заднюю опору (18). Газовоздушный поток, выйдя из СТ, попадает в газосборное устройство (улитку), где он разворачивается и направляется в систему утилизации тепла. кроме перечисленных основных элементов конструкции, работу газотурбинного двигателя обеспечивают системы: — топливопитания и регулирования; — автоматического контроля и управления; — маслосистема; — система запуска; — система пожаротушения. 4. Схемы и чертежи
ITA (Италия)
RUS (россия)
JP (Япония)
UKR (Украина)
JP (Япония)
USA (США)
GB (великобритания)
SW (Швеция)
USA (США)
USA (США)
