понедельник, 20 мая 2013 г.

НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБОРУДОВАНИЮ ТЭЦ

Теплоэлектроцентрали считаются самыми экономичными источниками тепловой и электрической энергии с точки зрения использования топлива. Коэффициент использования тепла топлива на них может превышать 90%. Очевидно также положительное влияние ТЭЦ на глобальные выбросы в атмосферу.

типичная схема парогазовые ТЭЦ

Рис. 1. Типичная схема парогазовой ТЭЦ:
1 - централизованное теплоснабжение зданий; 2 - технологический пар или пар для централизованного теплоснабжения; 3 - пар для нефтехимии, промышленной сушки, стерилизации и т.д.; 4 - паровая турбина; 5 - электрогенератор; 6 - электропотребление; 7- газовая турбина; 8 - котёл-утилизатор

Правительства многих стран учитывают названные обстоятельства, предоставляя владельцам ТЭЦ «углеродные кредиты» и другие льготы. Существенны преимущества ТЭЦ и перед конденсационными тепловыми электростанциями (ТЭС). Наиболее наглядно регулируются эти преимущества такими показателями эффективности ТЭС и ТЭЦ: коэффициент использования тепла топлива при раздельном производстве тепла и электроэнергии превышает 50%; коэффициент использования тепла топлива при комбинированном производстве тепла и электроэнергии достигает 75 %.

Технологический пар

Промышленность использует большие количества тепла. Оно нужно не только для отопления офисов и предприятий, но и для промышленных процессов в бумажной промышленности, при производстве саха-
ра, для сушки, в химической и нефтехимической промышленности и т.д.

В отличие от отопления зданий, где теплопотребление зависит от сезонных изменений погоды, потребности в технологическом паре вполне предсказуемы. Однако, для промышленных процессов, зависящих от сельского хозяйства, (например, производство сахара), сезонные потребности в тепле связаны с цикличностью урожаев, особенно если переработка географически близка к местам выращивания продукции.

Отопление и горячее водоснабжение

Отопление зданий - широко распространённая сфера использования тепла ТЭЦ. Это тепло потребляют жилые дома, офисы, торговые комплексы и другие объекты. Тепловые сети наиболее популярны в промышленно развитых странах, преимущественно с прохладным климатом, особенно если потребители расположены близко к промышленным зонам. ТЭЦ могут снабжать потребителей и холодом, используя процессы испарения.

Централизованное тепло- и холодоснабжение наиболее часто реализуются в тех случаях, когда разработчик занимается не только жилищным строительством, но и энергоснабжением. Системы холодо-снабжения создаются и при расширении районов, которые уже имеют централизованное теплоснабжение. Поскольку у теплоносителя для централизованного тепло-и холодоснабжения уровень температуры менее высок, чем в системе промышленного потребления, здесь используются большие количества сбросного тепла, значительно повышающие коэффициент использования тепла топлива.

Рассмотрим типичную парогазовую ТЭЦ, схема которой приведена на рис. 1. Потребление пара и тепла часто зависит от времени года, нужд промышленности и сельского хозяйства. Колебания потребления создают трудности для проектировщиков ТЭЦ, которые должны удовлетворять различные потребности в тепле на отопление, в электроэнергии и в технологическом паре. Помимо высокой эффективности ТЭЦ важно, чтобы они были недороги и имели достаточную эксплуатационную гибкость, которая позволяла бы ТЭЦ справляться с колебаниями нагрузки.

Далее представлены описания пяти ТЭЦ малой и большой мощности.

 

Примеры ТЭЦ ТЭЦ Vuosaari В

Финляндия считается мировым лидером по использованию ТЭЦ. На них в 2007 г. приходилось 65 % всей мощности ТЭС, 74% отпуска тепла для отопления и 29% вырабатываемой электроэнергии. В 2004 г. ТЭЦ сократили выбросы С02 Финляндии на 8 млн т.

Vuosaari B

Рис. 2. Принципиальная схема ТЭЦ Vuosaari В:
1 - ЦВД; 2 - ЦСД; 3 - саморасцепляющаяся муфта; 4 - ЦНД 48 МВт; 5 - электрогенератор 172 МВт; 6- электрогенератор 163 МВт; 7 - ГТУ Siemens V.94.3; 8 - котёл-утилизатор; 9 - аккумулятор горячей воды 25 тыс. м3; 10- около 100 °С, 11- централизованное теплоснабжение 400 МДж/с

Вуосаари - восточный район г. Хельсинки, отличающийся быстрым ростом населения, с числом жителей около 35 тыс. чел. Централизованное теплоснабжение удовлетворяет почти на 90% потребности района в тепловой энергии. Электрическая мощность ТЭЦ Vuosaari В равна 470 МВт, тепловая -400 МДж/с. На ней работает ПГУ с двумя ГТУ Siemens V94.3 и паровой турбиной ABB Stal (сейчас Siemens Fingspang). Принципиальная схема ТЭЦ показана на рис. 2.

Vuosaari B

Рис. 3. Общий вид и схема ПГУ: 1 - ЦВД 425 МВт; 2 - саморасцепляющаяся муфта; 3- ЦНД 97 МВт; 4 - электрогенератор с частотой вращения 60 мин-1

ТЭЦ оснащена теплоаккумулятором большой ёмкости. Если пиковая электрическая мощность не нужна, ЦНД отключается саморасцепляющейся муфтой и весь пар низкого давления используется для подогрева воды, которая собирается в теплоак-кумуляторе. Муфта размещена между цилиндрами низкого и среднего давления (ЦНД и ЦСД). При совпадении пиков электрической и тепловой нагрузок покрытие пиков таких нагрузок для ТЭЦ не представляет трудностей. В этом случае муфта вновь соединяет валы НД и СД.

ТЭЦ Vuosaari В - одна из наиболее адаптивных ТЭЦ в мире и представляет собой пример гибкости.

разрез и схема муфты

Рис. 4. Разрез и схема размещения муфты: 1 - вход; 2 - рассоединена; 3 - соединена; 4 - выход

ТЭЦ Hwaseong

В Южной Корее 60 % всех домашних хозяйств получают тепло от Korea District Heating Company (KHDC) по двухтрубной теплосети протяжённостью 1164 км. В 2006 г. ТЭЦ страны позволили сократить выбросы С02 на 1740 т.

Город Хвасеонг расположен на юго-западе страны примерно в 40 км к западу от Сеула. Плоское побережье и открытость района сибирским ветрам обусловливают низкие зимние температуры.

Парогазовая ТЭЦ Hwaseong состоит из двух ГТУ Mitsubishi Heavy Industries (MHI)
MW501F, котла-утилизатора и паровой турбины MHI. Между ЦВД мощностью425 МВт и двухпоточным ЦНД мощностью 97,4 МВт размещена саморасцепляющаяся муфта.

Общий вид и схема ТЭЦ Lappeenranta

Рис. 5. Общий вид и схема ТЭЦ Lappeenranta:
1 - теплофикационная паровая турбина Siemens SST500; 2 - саморасцепяющаяся муфта; 3 - конденсационная паровая турбина Siemens SST800; 4 – электрогенератор

На рис. 3 представлены общий вид и схема ПГУ.

ТЭЦ может отпускать в теплосеть 410 МДж/с горячей воды (472,1 т/ч) с давлением 0,46 МПа и температурой 292 "С. Используется полужёсткая саморасцепляющаяся муфта. Ее разрез и схема размещения показаны на рис. 4.

 

ТЭЦ Lappeenranta (Финляндия)

ТЭЦ работает на отходах деревообрабатывающей и бумажной промышленности.

Город Лаппенранта с 60 тыс. жителей расположен в юго-восточной части Финляндии в 30 км от границы с Россией. Новая строящаяся ТЭЦ принадлежит компании Kaukaan Voima (KauVo). На общем валу этой ТЭЦ размещаются теплофикационная и конденсационная паровые турбины с саморасцепляющейся муфтой между ними. На рис. 5 приведены их общий вид и схема ТЭЦ.

Двухпоточная теплофикационная турбина будет работать 8 тыс. ч в год. Конденсационная турбина может развивать мощность 95 МВт, отпуская 30 МДж/с пара, или -125 МВт мощности без использования отбора. Давление пара на входе в неё 11,2 МПа. Мощность противодавленче-ской турбины 20 МВт. Вал обеих турбин опирается на четыре подшипника. Муфта поставляется в виде отдельного блока (рис. 6).

Созданы муфты четырёх типоразмеров с массой от 340 до 4200 кг. Блок муфты можно демонтировать, после чего ремонтировать или полностью заменить теплофикационную турбину.

 

разрез вала с муфтой

Рис. 6. Разрез участка вала с муфтой и её блок

Общий вид и схема соединения турбин паротурбинной части

Рис. 7. Общий вид и схема соединения турбин паротурбинной части:
1 - противодавленческая паровая турбина Siemens (КК&К) AFA4; 2 - противодавленческая паровая турбина Siemens (КК&К) AFA6; 3 – электрогенератор.

Разрез и общий вид муфты

Рис. 8. Разрез и общий вид муфты: 1 - вход; 2- рассоединена; 3 - выход; 4 - соединена

муфта станция

Рис. 9. Схема ТЭЦ Ruesselheim:
1 - ГТУ GE Fr.6FA; 2 - котёл-утилизатор; 3 - паровая турбина GHH; 4 - редуктор Renk; 5 - электрогенератор 112,5 МВт; 6 - саморасцепляющаяся муфта; 7 - теплообменники; 8 - технологический пар 88 МДж/с; 9-электрическая нагрузка

ТЭЦ Plauen (Германия)

Город Плауэн, имеющий примерно 68 тыс. жителей, расположен в Саксонии.
Длина трасс системы централизованного теплоснабжения города 50 км. К системе присоединены 13,4 тыс. хозяйств, городская больница, здания администрации и крупные промышленные предприятия. Общее теплопотребление достигает 150 МДж/с.

Теплоснабжающая компания Waerme-versorgung Plauen (WVP) владеет тремя газовыми станциями: Hammerstrasse, See-strasse и Mammengebiet. На ТЭЦ Hammerstrasse работает энергоблок мощностью 1,5 МВт с двумя паровыми турбинами. Его общий вид и схема соединения турбин показаны на рис. 7.

Обе турбины - противодавленческого типа компании Kuehnle, Корр & Kausch (сейчас Siemens Frankenthal). В теплосеть отпускается до бОт/ч пара с параметрами 0,57 МПа, 240 °С. Мощность турбины AFA4 -0,32, AFA6 - 1 МВт.

Две саморасцепляющиеся муфты обеспечивают высокую эксплуатационную гибкость ТЭЦ. Конструкция муфт допускает радиальную расцентровку и увеличение осевого зазора благодаря двум гибким диафрагмам - по одной с каждого конца муфты. Со стороны входного вала муфты размещены два шариковых подшипника. Разрез и общий вид муфты показаны на рис. 8. Выпускаются муфты четырёх типоразмеров массой от 76 до 444 кг.

Парогазовая ТЭЦ Ruessetheim (Германия)

На ТЭЦ автомобильного завода Opel работают ГТУ 6FA и теплофикационная паровая турбина MAN Turbo, служащие приводом общего электрогенератор (рис. 9). Паровая турбина присоединена через саморасцепляющуюся муфту. Электрическая мощность ТЭЦ 112,5 МВт, тепловая -88 МДж/с. Коэффициент использования тепла топлива 88 %.

 

По докладу конференции PowerGen Europe 2009 САЛАМОВ А. А., инженер, Теплоэлектропроект Salamov@tep-m.ru