Особенности выбора газовых турбин при реконструкции

Развитие энергетики страны до настоящего времени шло в основном за счет ввода новых газотурбинных агрегатов, имеющих более высокие начальные параметры и большую единичную мощность. Повышение начальных параметров позволяло совершенствовать термодинамический цикл и снижать удельный расход топлива. Этот этап продолжался приблизительно до начала семидесятых годов, когда оборудование вышло на сверхкритические параметры.

Вторым путем повышения экономичности было широкое развитие теплофикации. Совершенствование оборудования шло аналогично общему развитию энергетики страны.

Большинство КС с существующим оборудованием морально и физически устарели и требуют реконструкции или модернизации. При этом реконструкция должна сопровождаться увеличением уровня загрузки в течение всего, ростом конкурентоспособности реконструируемого или модернизируемого оборудования. Обеспечить эти условия можно повышением параметров в паротурбинном цикле, или путем замены на парогазовую установку, или путем газотурбинной надстройки существующей паротурбинной части, если оборудование имеет достаточный ресурс.

В этом случае для станций, работающих на газовом топливе, наиболее эффективным способом реконструкции является надстройка существующей газовой части паротурбинной установкой. Этот вариант обеспечивает существенное увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении при минимальных капиталовложениях.

Такая реконструкция может производиться несколькими способами:

надстройка с котлами-утилизаторами (бинарного типа или по параллельной схеме);

надстройка с вытеснением системы регенерации;

надстройка со сбросом газов в котел.

Выбор варианта реконструкции в каждом конкретном случае должен определяться исходя из реальных условий эксплуатации и обеспечения экономической эффективности проекта.

Реконструкция с вытеснением системы регенерации или со сбросом газов в котел является менее эффективной с точки зрения электрического кпд станции (42-44% и 46-48% соответственно). Эти варианты существенно уступают при прочих равных условиях парогазовым установкам с котлами-утилизаторами (ПГУ с КУ), электрический кпд которых может достигать 60% при работе по конденсационному циклу. В силу более низкой эффективности, а также сложности реконструкции варианты 2 и 3 не нашли широкого применения.

Среди всех возможных тепловых схем парогазовая установка с котлами-утилизаторами - наиболее перспективная. Она отличается простотой и высокой эффективностью производства электрической и тепловой энергии. Такой вариант реконструкции может использоваться как при введении паровой турбины в состав ПГУ в виде моноблока или дубль-блока (две ГТУ и одна паровая турбина), так и при работе на станции с поперечными связями. В этом случае пар с котла-утилизатора поступает в общестанционную магистраль без привязки к конкретной паровой турбине, в качестве критериев подбора оборудования можно назвать следующие:

котлы-утилизаторы должны производить достаточное количество пара с соответствующими параметрами;

параметры газов за газовой турбиной должны обеспечивать возможность генерации пара с необходимыми параметрами в течение всего года, желательно без дожигания топлива в котле-утилизаторе;

использование существующих паровых турбин в схеме ПГУ предполагает отключение регенеративных отборов. При этом расход острого пара на паровую турбину и мощность самой турбины, при сохранении уровня тепловой нагрузки и параметров регулируемых отборов, уменьшается приблизительно на 20-25%.

Особое влияние на выбор типа ГТУ оказывает температура уходящих газов за газовой турбиной, причем важна не столько сама температура уходящих газов, сколько ее изменение в процессе эксплуатации в зависимости от температуры наружного воздуха. На рис. 1, 2 представлены зависимости изменения температуры уходящих газов за газовыми турбинами соответственно для GTX-100 (Siemens)и SWIFTPAC 50 FT8-3 (Pratt & Whitney). Анализ этих характеристик показывает, что у GTX-100 температура уходящих газов во всем диапазоне рабочих температур наружного воздуха позволяет получать пар в котле-утилизаторе с давлением 40,0 кг/см², температурой 440 °С. В то же время у SWIFTPAC 50 FT8-3 температура уходящих газов при снижении температуры наружного воздуха до -40 °С падает до 358 °С. В этом случае не удается обеспечить необходимые параметры пара за котлом-утилизатором без дожига дополнительного топлива, что приводит к снижению эффективности такой надстройки. Более того, необходимость дожига дополнительного топлива за ГТУ возникает и при плюсовых температурах наружного воздуха, тогда в средней полосе России необходимо будет работать с дожигом топлива в течение пяти и более месяцев в году.