Исследование и оптимизация технико-экономических решений при проектировании и эксплуатации газотурбинных ТЭЦ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Куликов, Павел Федорович

• Куликов, Павел Федорович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куликов, Павел Федорович

Список использованных сокращений и условных 5 обозначений

Введение

1 Технические решения по структуре тепловых схем 8 газотурбинных ТЭЦ. Обзор и анализ выполненных проектов. Постановка задачи исследования.

1.1 Характеристики российского теплоэнергетического 8 оборудования, применяемого на ГТУ ТЭЦ и сравнение с зарубежными аналогами.

1.2 Типы тепловых схем ГТУ-ТЭЦ и их анализ

1.3 Особенности режимов работы и регулирования 25 нагрузки на ГТУ-ТЭЦ

1.4 Показатели тепловой экономичности ГТУ-ТЭЦ

1.5 Постановка задачи исследования

2 Методические основы определения показателей 41 ГТУ-ТЭЦ при сравнении различных вариантов тепловых схем

2.1 Определение показателей тепловой экономичности 41 ГТУ-ТЭЦ в годовом разрезе

2.2 Сравнение тепловой экономичности различных 45 вариантов ГТУ-ТЭЦ

2.3 Использование «приведенных» показателей при 53 сравнении тепловой экономичности различных вариантов ГТУ-ТЭЦ

2.4 Исследование влияния показателей тепловой экономичности энергоустановки на приведенные показатели ГТУ-ТЭЦ

2.5 Сравнение приведенных показателей тепловой 67 экономичности ГТУ-ТЭЦ в исследуемом и «базовом» вариантах

2.6 Выводы по главе

3 Использование приведенных показателей тепловой 73 экономичности при выборе оптимальных технических решений в условиях проектирования ГТУ-ТЭЦ

3.1 К выбору возможных технических решений при 73 разработке тепловых схем ГТУ-ТЭЦ

3.2 Выбор оптимальной схемы отпуска тепла 78 отопительной ГТУ-ТЭЦ

3.3 Сравнение и выбор оптимальной схемы отпуска тепла 87 промышленной ГТУ-ТЭЦ

3.4 Выводы по главе

4 Использование диаграммы режимов работы ГТУ-ТЭЦ 96 на стадии ее проектирования

4.1 Основы построения диаграмм режимов работы ГТУ- 96 ТЭЦ

4.2 Пример построения и использования диаграммы 102 режимов ГТУ-ТЭЦ

4.3 Поправочные коэффициенты при использовании 108 диаграммы режимов ГТУ-ТЭЦ

4.4 Выводы по главе

5 Оптимизация режимов теплоснабжения на ГТУ-ТЭЦ.

5.1 Основные положения методики технико- 113 экономического сравнения вариантов теплоснабжения на ГТУ-ТЭЦ.

5.2 Сравнение различных вариантов теплоснабжения 116 методом «базового варианта».

5.3 Пример практического исследования сравнения 119 различных вариантов теплоснабжения. Анализ расчетных и эксплуатационных зависимостей

5.4 Выводы по главе 127 Выводы по работе 128 Список использованных источников 130 Приложения

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГТУ газотурбинная установка

ГТУ-ТЭЦ газотурбинная установка - теплоэлектроцентраль

КЭС конденсационная электростанция

ТЭС тепловая электрическая станция

ТЭЦ теплоэлектроцентраль

ПТУ паротурбинная установка

ПГУ парогазовая установка

КУ котел-утилизатор

ГВТО газоводяной теплообменник

ПВК пиковый водогрейный котел

К компрессор

КС камера сгорания

ГТ газовая турбина

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и оптимизация технико-экономических решений при проектировании и эксплуатации газотурбинных ТЭЦ»

Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии нашла широкое применение на тепловых электростанциях Российской Федерации. Теплоэлектроцентрали работают по паросиловому теплофикационному циклу Ренкина как на докритических, так и на сверхкритических параметрах пара. Это позволяет экономить значительное количество топлива, но ограничивает выработку электрической энергии. [1,2]

За прошедшие десятилетия широкое применение получил новый тип теплового двигателя - энергетические газотурбинные установки. В настоящее время на электростанциях России и ряда стран СНГ эксплуатируется более ста ГТУ единичной мощностью свыше 10 МВт. В большинстве развитых стран строительство и ввод в эксплуатацию газотурбинных установок происходит возрастающими темпами. Основными зарубежными производителями таких ГТУ являются фирмы "Genera! Electric", "Westinghouse", "Siemens", ABB, GEC-Alstom, "Allison", "Solar", "Mitsubishi", "Rolls-Royce" и др. Мощность производимых ими установок составляет от 1 до 300 МВт при начальных параметрах газа 1,5^-3 МПа и 1100-^1450 °С. КПД производства электроэнергии брутто доходит до 34ч-39 %. [3-И 5]

Вследствие особенности термодинамического цикла Брайтона, энергетические ГТУ характеризуются высокими температурами выхлопных газов за газовыми турбинами, которые составляют 550^-640 °С. Данные обстоятельства делает целесообразным утилизацию этой теплоты в схемах парогазовых установок или газотурбинных теплоэлектроцентралей (ГТУ-ТЭЦ). Последние бывают отопительными, промышленными или комбинированными с одновременным отпуском технологического пара и горячей сетевой воды. [13]

Проектирование ГТУ-ТЭЦ имеет свои особенности, которые связаны с переменными параметрами рабочего тела ГТУ. Под действием окружающего воздуха изменяется мощность на клеммах генератора, температура и количество выхлопных газов ГТУ, их тепловой потенциал. Снижение электрической нагрузки ГТУ желательно проводить только в пределах действия входного направляющего аппарата (ВНА) и поворотных направляющих аппаратов (ПНА) первых ступеней осевого компрессора.

Различные типы ГТУ по разному реагируют как на изменение электрической нагрузки, так и на параметры окружающего (наружного) воздуха и это предъявляет дополнительные требования к проектированию ГТУ-ТЭЦ. Федеральная целевая программа «Топливо и энергия» наметила коренную структурную перестройку энергетики России, в частности путем строительства экономичных газотурбинных ТЭЦ. Критериями выбора оптимального технического решения являются их финансово-экономические показатели. Учитываются также климатические условия районов предполагаемой застройки ГТУ-ТЭЦ. [16-5-21]

Настоящая работа посвящена анализу теории и практики проектирования газотурбинных ТЭЦ и разработке перспективных, высокоэкономичных и надежных технических решений.

Автор выражает благодарность сотрудникам института Мосэнергопроект, АО МОСЭНЕРГО, и НИЛ «ГТУ и ПГУ ТЭС» Московского энергетического института (к. т. н. Дорофееву С. Н., к. т. н. Цаневу С. В.) за советы и помощь в работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Куликов, Павел Федорович

Выводы по работе

1. В работе показано, что использование абсолютных показателей тепловой экономичности при сравнении различных вариантов теплоснабжения является не достаточным. Разработана методика сравнения различных вариантов теплоснабжения на основе применения «приведенных» показателей тепловой экономичности.

2. Сравнение «приведенных» показателей тепловой экономичности для различных методов определения тепловой экономичности показывает, что их качественное изменение показателей одинаково для всех рассмотренных методов разделения топлива на ТЭЦ. Поэтому не имеет значения, какой из рассматриваемых методов выбран в качестве основного при сравнении различных вариантов ГТУ-ТЭЦ.

3. Рассмотрены и определены основные положения выбора состава тепловой схемы ГТУ-ТЭЦ и числа энергетических ГТУ, на этапе их проектирования, исходя из стремления максимальной утилизации теплоты выхлопных газов. Проведен практический анализ по определению «приведенных» показателей тепловой экономичности отопительных и промышленных ГТУ-ТЭЦ и их сравнение в годовом разрезе на основе разработанной методики.

4. Разработана методика построения диаграммы режимов ГТУ-ТЭЦ. Проведен анализ принципов построения таких диаграмм, рассмотрены варианты их использования на стадии проектирования и эксплуатации ГТУ-ТЭЦ.

5. Разработана методика сравнения различных вариантов отпуска тепловой энергии при пониженных нагрузках. Проведен анализ полученной методики на основе опыта проектирования и эксплуатации ГТУ-ТЭЦ в г. Электросталь.

6. При наличии различных способов производства и отпуска тепловой энергии (оборудование установлено и действует), комбинированная выработка выгоднее, с экономической точки зрения, по сравнению с раздельной. При работе оборудования на пониженных нагрузках выигрыш в эффективности комбинированной выработке несколько ниже. При отсутствии в полном объеме запланированных источников сбыта тепловой энергии, строительство энергоустановок с комбинированным производством энергии может оказаться менее выгодным, чем строительство котельных, из-за значительных капиталовложений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куликов, Павел Федорович, 2000 год

1. Е.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат, 1982.

2. Е.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. М.: Изд. МЭИ, 1999.

3. Ольховский Г. Г. Газовые турбины и парогазовые установки за рубежом. ///Теплоэнергетика. 1988. № 11. с. 70-75.

4. Столярова С.Ф., Кузнецов А.Л., Тихомиров Б.А. Целесообразные направления повышения экономичности ГТУ. // Теплоэнергетика. 1989. № 7. с. 68-70.

5. Совершенствование ГТУ для электростанций / Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г., Механиков А.И. и др. // Теплоэнергетика. 1991. №6. с. 66-74.

6. Щуровский В. А. Новое поколение ГТУ для магистральных газопроводов//Теплоэнергетика. 1996. №4. 12-14.

7. Газовые турбины в электроэнергетике // Теплоэнергетика. 1996. № 4. С. 2-11.

8. Becker В., Termuehlen Н. First V84.3 tests show promise // Modern Power System 1993. № 5. c. 53-57.

9. Ольховский Г. Г. Разработки перспективных энергетических ГТУ//Теплоэнергетика. 1996. №4. С. 66-75.

10. Коллинз С. Газотурбинные электростанции в США // Мировая электроэнергетика. 1995. № 4. с. 24-29.

11. Результаты тепловых испытаний и опыт наладки головной газотурбинной установки ГТЭ-150 на ГРЭС-3 Мосэнерго / Ольховский Г. Г., Золотогоров М. С. , Механиков А. И. И др. // Теплоэнергетика. 1996. № 4. С. 15-22.

12. Свейнекэмп Р. Газотурбинные и парогазовые установки для производства электроэнергии // Мировая электроэнергетика. 1996. № 2. с. 13-18.

13. Джиовондо К. Э. Освоение перспективной газотурбинной установки // Мировая электроэнергетика. 1998. № 2. с. 34-36.

14. Свейнекэмп Р. Газотурбинные и парогазовые установки для производства электроэнергии // Мировая электроэнергетика. 1999. № 1-2. с. 16-23.

15. Ольховский Г. Г. Газотурбинные и парогазовые установки за рубежом //Теплоэнергетика. 1996. № 1. С. 71-80.

16. Соколов Е.Я. Развитие теплофикации в России // Теплоэнергетика. 1993. №. С. 2-7

17. Развитие теплофикации в рыночных условиях с учетом формирования электрического и топливно-энергетического балансов страны. / Хрилев Л. С., Воробьев М.С., Кутовой Г.П., Рафиков Л.П. //Теплоэнергетика. 1994. № 12. С. 2-9.

18. Новая энергетическая политика России. М:. Энергоатомиздат, 1995.

19. Использование ГТУ в системах централизованного теплоснабжения / Варварский В.С., Длугосельский В.И., Грибов В.Б., Барочин Б.Л. //Теплоэнергетика. 1990. № 1. с. 63-66.

20. Длугосельский В. И., Барочин Б.Л. Парогазовые технологии в теплофикации. // Тяжелое машиностроение. 1994. №4. с. 2-9.

21. Направления реконструкции теплофикационных электростанций /Вол М. А., Смирнов И. А., Хрилев Л. С., Старостенко В. И., Устинов В. М. // Теплоэнергетика. 1992. № 12. е.

22. Полищук В.Л. Вопросы развития энергетического энергетического газотурбостроения и создания перспективных газотурбинных систем нового поколения // Теплоэнергетика. 1993. № 12. с. 42-48.

23. Ольховский Г. Г. Применение газовых турбин в энергетике России // Мировая электроэнергетика. 1995. № 2. С. 18-22.

24. Перспективы применения ГТУ в теплоэнергетике // Теплоэнергетика. 1992. № 9. С. 2 9.

25. Орлов В. Н., Фишбейн Б. Д. Результаты испытаний газотурбинных конвертированных двигателей авиационного типа НК-36СТ и НК-37 // Теплоэнергетика. 1996. № 4. С. 23-26.

26. Ольховский Г. Г. Газотурбинные и парогазовые установки в России // Теплоэнергетика. 1999. № 1. с. 2+9.

27. Копсов А. Я. Некоторые аспекты применения газотурбинных технологий в энергетике России // Газотурбинные технологии. 2000. № 1. с. 2+4.

28. Лестер С. Предупреждение коррозии котлов- утилизаторов. // Мировая электроэнергетика. 1997. № 1. С. 36-38.

29. Серебряников Н.И., Кузнецов Е.К. Задачи и первые итоги работы московской энергетики в условиях перехода к рынку // Теплоэнергетика. 1994. № 8. С. 2-8.

30. Серебряников Н.И., Сандлер Н.М., Васютинский В. Ю. Энергетическая программа развития Московского региона до 2010 г. // Электрические станции. 1997. Специальный номер. С. 19-26.

31. Серебряников Н. И. Работа системы МОСЭНЕРГО в новых условиях//Теплоэнергетика. 1998. №2. С.

32. Испытания блока дожигающих устройств ГТ-25-700 на Якутской ГРЭС / Акулов В.А., Бутовский A.C., Жемчугова В.И. и др. // Теплоэнергетика. 1981. № 6. с. 48-51.

33. Пуск ПГУ-ТЭЦ в г. Электростали // Электрические станции. 1999. №8. с. 71-73.

34. Газотурбинные и парогазовые установки / Серебряников Н. И., Осыка А. С., Тажиев Э. И. и др. // Электрические станции. 1997. Специальный номер. С. 53-59.

35. Цанев C.B., Буров В. Д., Дорофеев С. Н., Выбор оптимальной схемы отпуска теплоты на ГТУ-ТЭЦ // В кн. Тезисы докладов международной научно-технической конференции "VIII Бенардосовские чтения". Иваново. 1997.

36. Выбор оптимальных решений регулирования отпуска теплоты на газотурбинных ТЭЦ. / С. В. Цанев , В.Д. Буров , С. Н. Дорофеев и др. // Вестник МЭИ, 1998. №1. с.19^23.

37. Дорофеев С. Н. Исследование и оптимизация применения газотурбинных ТЭЦ в энергетике: Автореф. дис. к-та техн. наук. //М„ 1998., 20 с.

38. Рыжов А. В. Эффективность и надежность работы блок-ТЭЦ на базе ГТУ в системах комплексного снабжения. Автореф. дис. к-та техн. наук. // Саратов, 1998., 20 с.

39. Хлебалин Ю. М., Николаев Ю. Е., Андреев Д. А. Оптимизация электрической мощности ГТУ при реконструкции котельных в малые ТЭЦ // Промышленная энергетика. 1998. № 9. с. 28-J-32.

40. Андреев Д. А. Эффективность газотурбинных и парогазовых ТЭЦ малой мощности. Автореф. дис. к-та техн. наук. // Саратов, 1999., 19 с.

41. Замоторин Р. В. Эффективность и надежность работы блок-ТЭЦ на базе ГТУ в системах комплексного снабжения. Автореф. дис. к-та техн. наук. // Саратов, 2000., 20 с.

42. К вопросу определения энергетических показателей ГТУ-ТЭЦ /Горюнов И.Т., Цанев C.B., Буров В.Д., Дорофеев С.Н. // Электрические станции. 1996. №9. С. 2-6.

43. Энергетические показатели высокоманевренных парогазовых теплоэлектроцентралей с дожиганием топлива / Горюнов И. Т., Цанев С. В., Буров В. Д., Долин Р. Ю.// Электрические станции. 1997. №2. с. 12-И 5

44. Расчет показателей тепловых схем и элементов газотурбинных и парогазовых установок. / Цанев C.B., Буров В. Д., Дорофеев С. Н. и др.// М.: Изд-во МЭИ, 2000., 72 с.

45. Е. Я. Соколов, В. А. Мартынов. Методы расчета основных энергетических показателей паротурбинных, газотурбинных и парогазовых теплофикационных установок. М.: Издательство МЭИ, 1997.

46. Качан А. Д., Смирнов В.А., Баркат Кхиер, Hyp Ахмад. Условия повышения термодинамической эффективности утилизационных ГТУ// Теплоэнергетика. 1992. № 12. С. 38-48.

47. Читашвили Г. П. Расчет показателей тепловой экономичности и удельных расходов топлива на газотурбинных блок-ТЭЦ. // Теплоэнергетика. 1996. № 6. С. 14-И 6.

48. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия / Пер. С польского. Под ред. В. М. Бродянского. М.: Энергия, 1968.

49. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. М.: Высшая школа, 1977

50. Бродянский В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973.

51. Пустовалов Ю.В. К дискуссии о методах распределения затрат на ТЭЦ // Теплоэнергетика. 1992. № 9. С. 48-55.

52. РД 34.08.552-95. Методические указания по составлению отчета электростанции и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования. М.: СПО ОРГРЭС. 1995. 124 с.

53. Работа ТЭЦ в объединенных энергосистемах. М.: Энергия. 1976.216 с.

54. Соколов Е.Я., Мартынов В.А. Энергетические характеристики газотурбинных теплофикационных установок // Теплоэнергетика. 1994. № 12. с. 11-16.

55. Оценка влияния степени утилизации выхлопных газов ГТУ на энергетические показатели газотурбинных ТЭЦ / Цанев C.B., Буров В. Д., Дорофеев С. Н, Ногин В. И. // Труды ИГЭУ. Иваново. 1997. С. 43-46.

56. Ковылянский Я.А., Громов Б.Н. Основные направления развития теплоснабжения в России // Теплоэнергетика. 1992. № 11. С. 8-15.

57. Кучеров Ю.Н., Руденко Ю.Н. Электроэнергетика России: оценка ситуации и предложения // Известия РАН. Энергетика. 1993. № 6. С. 6-12.

58. Серебряников Н.И. Мосэнерго на пороге XXI века // Электрические станции. 1997. Специальный номер. С. 4-7.

59. Хрилев Л.С. Основные направления и эффективность развития теплофикации//Теплоэнергетика. 1998. №4. С.2-12

60. Проценко В. П. К обоснованию новой концепции централизованного теплоснабжения // Энергосбережение и водоподготовка. 1999. № 1. с. 4+20.

61. Щеглов А. Г, Иглова Л. В. Развитие и техническое перевооружение электроэнергетики России на основе строительства промышленных, коммунальных и сельских электростанций малой и средней мощности // Энергетическое строительство. 1992. № 12. с. 47+51.

62. Когенерационные установки с газовыми двигателями внутреннего сгорания / Цанев С. В., Буров В. Д., Макаревич В. В. и др. // Вестник МЭИ. 2000. № 1. с. 19*22

63. Никитин А. А. Децентрализованные источники энергии на основе поршневых двигателей производства «Вяртсила ИСД Корпорейшн» // Нефтегазовая вертикаль. 2000. № 9. с. 120*122.

64. Экономичность использования ГТУ-ТЭЦ при модернизации оборудования / Цой А. Д., Иванов А. П., Клевцов А. В. и др.// Вестник МЭИ. 2000. № 4. с. 40*42.

65. Вопросы выбора оптимального типа газотурбинных установок в составе ГТУ-ТЭЦ . / Ногин В.И., Тажиев Э. И., Цанев C.B. и др. // Энергосбережение и водоподготовка № 2, 1997 с.8-11.

66. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования, офиц. изд. М. 1994. 80 с.

67. Практические рекомендации по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике ( с типовыми примерами). Утв. распоряжением РАО «ЕЭС России» от 4.02.97 г.

68. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов, офиц. изд. М. Экономика. 2000. 421 с.

69. Теплоэнергетика и теплотехника: общие вопросы. Справочник Под общ. ред. А. В. Клименко и В. М. Зорина. М. Изд-во МЭИ. 1999. 528 с.

70. Крутиков П. А., Смолкин Ю. В. Технико-экономический подход к проектированию энергоустановок в условиях перехода к рыночным экономическим отношениям. // Тяжелое машиностроение. 1997. № 9. с. 4*6.

71. Использование приведенных энергетических показателей газотурбинных ТЭЦ при оптимизации их тепловых схем / С. В. Цанев, В. Д. Буров, С. Н. Дорофеев, П. Ф. Куликов // Энергосбережение и водоподготовка. -1999 -№ 1 -с. 73-81

72. Анализ схем утилизации теплоты уходящих газов за ГТ-100-750 и ГТЭ-150 на ГРЭС № 3 МОСЭНЕРГО. / Салов В. Ю„ Чухин И. М., Осыка А. С., Ремезов А. Н.// Труды ИГЭУ, выпуск 1. Иваново. 1997. с. 47-51.

73. Снижение вредных выбросов и повышение экономичности ГТЭ-150 путем использования уходящих газов в котле-утилизаторе. / Великороссов В. В., Соколов В. Г., Салов Ю. В., Чухин И. М. // МНП Конференция «Экология энергетики -2000». МЭИ. 2000. с. 124-127.

74. Дьяков А.Ф., Попырин Л.С., Фаворский О.Н. Перспективные направления применения газотурбинных и парогазовых установок в энергетике России. // Теплоэнергетика. 1997. № 2. С. 59-64

75. Применение диаграммы режимов работы ГТУ-ТЭЦ на стадии их проектирования и эксплуатации /П. Ф. Куликов, С. В. Цанев,

76. B. Д. Буров, С. Н. Дорофеев // Международная научно-техническая конференция "IX Бенардосовские чтения" : Тез. докл. -Иваново. -1999. -с. 135.

77. Построение и применение диаграммы режимов работы ГТУ-ТЭЦ на стадии их проектирования и эксплуатации / П.Ф. Куликов, В.Д. Буров, С. Н. Дорофеев, С. В. Цанев // Проблемы энергетики. 2000. №9-10. С.

78. Тепловые схемы ТЭС и АЭС / В. М. Боровков, О. И. Демидов,

79. C. А. Казаров и др. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение. 1995. 392 с.

80. Боровков В. М., Барамохина А. В. Перевод отопительных и промышленных котельных в режим работы ТЭЦ на базепарогазовой технологии. Научно-техн. Ведомости СПбГТУ. 1998. №4. с. 69-75

81. Особов В. А., Особое И. В. Инвестиционная привлекательность проектов газотурбинных и парогазовых энергетических установок// Газотурбинные установки. 2000. № 1. с. 5+10

82. Роберт Тауд. Тенденции развития в энергетике. // Газотурбинные технологии. 1999. № 3. с. 22+26.