Газотурбинные установки (стр. 2 из 2)

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 рядом 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