• Скачать в формате PDF

Д.Д. Сулимов – ОАО «Авиадвигатель»
Д.А. Капралов – ООО «Турбомашины»

В марте текущего года началась промышленная эксплуатация газотурбинной электростанции ГТЭС-16ПА в составе Пермской ТЭЦ-13 дивизиона КЭС-Холдинга «Генерация Урала». Модернизация ТЭЦ проведена в рамках инвестпроекта «Гранат», входящего в инвестиционную программу ЗАО КЭС «Диадема».

Введенная в эксплуатацию 50 лет назад ТЭЦ-13 должна была обеспечивать электроэнергией предприятие «Камкабель» и близлежащий жилой поселок. Со временем количество потребителей станции существенно увеличилось.

В настоящее время от бесперебойной работы ТЭЦ зависит не только электроснабжение крупнейшего в России производителя кабельно-проводниковой продукции, но и подача тепла расположенному рядом жилому микрорайону Гайва г. Перми.

В связи с этим руководство КЭС-Холдинга «Генерация Урала» приняло решение о реконструкции ТЭЦ путем создания современной ГТУ-ТЭС на базе ГТЭС-16ПА мощностью 16,3 МВт. Применение современного оборудования позволило увеличить электрическую мощность станции почти в два раза и расширить возможности гарантированного энергоснабжения потребителей. Генеральным проектировщиком станции выступил институт «УралВНИПИЭнергопром».

Особенности конструкции ГТЭС

ГТЭС-16ПА – это первая действующая электростанция разработки ОАО «Авиадвигатель» в данном диапазоне мощности. При ее проектировании были реализованы передовые технологии и учтен богатый опыт, накопленный при создании и эксплуатации газовых турбин промышленного назначения. В конструкции ГТЭС использована газотурбинная установка с двигателем ПС-90ЭУ-16А, в разработке которого принимала участие фирма Pratt & Whitney.

Главным конструктивным отличием ПС-90ЭУ-16А от созданных ранее двигателей промышленного назначения является четырехступенчатая силовая турбина с номинальной частотой вращения 3000 об/мин. Такое решение позволяет отказаться от использования дорогостоящего редуктора, снизить эксплуатационные затраты заказчика и повысить надежность ГТУ в целом.

В состав ГТЭС входят следующие блоки:

•    блок двигателя;
•    блок выходного устройства;
•    блок генератора;
•    блоки маслообеспечения двигателя и генератора;
•    блок вентиляции генератора;
•    воздухоочистительное устройство (ВОУ);
•    блок управления;
•    электротехнический блок.

Блок двигателя состоит из входной камеры, отсека двигателя и предназначен для размещения элементов газотурбинной установки. В отсеке двигателя размещаются газотурбинная установка; оборудование системы обогрева отсеков ГТЭС; системы освещения, контроля загазованности; автоматическая система пожаротушения, а также трубопроводные коммуникации.
Выходной вал турбины является приводом синхронного турбогенератора Т-16-2РУХЛ3 производства ООО «Электротяжмаш-Привод». Выработка тепловой энергии осуществляется за счет использования тепла выхлопных газов в водогрейном котле-утилизаторе. Коэффициент использования теплоты сгорания топлива составляет 84,7%.

Котел-утилизатор КУВ К-20-150Н изготовлен предприятием «Энергомашстрой» (г. Белгород). Дожимная компрессорная станция поставлена компанией «Казанькомпрессормаш».

ГТЭС-16ПА имеет традиционную для ОАО «Авиадвигатель» блочную конструкцию. Оборудование и системы станции размещены в отдельных контейнерах в соответствии с функциональным назначением. Такой подход позволяет существенно уменьшить время и затраты на транспортировку, сборку, монтаж и ввод оборудования в эксплуатацию. Блоки электростанции смонтированы на открытой площадке на подготовленном фундаменте – железобетонных монолитных ростверках на сборных сваях.

Технические решения ГТУ-ТЭС

Станция объединяет газотурбинную установку ГТЭС-16ПА с котлом-утилизатором, а также блоки с электротехническим оборудованием, средствами АСУ ТП, КИП и А. Основное оборудование размещается в центре промплощадки, вблизи существующего главного корпуса. Неподалеку расположен пункт подготовки газа (ППГ) с дожимной компрессорной установкой.

Работа энергоустановки реализуется по следующей схеме. Атмосферный воздух для ГТУ поступает через шумоглушитель в воздухозаборное устройство. Пройдя через трехступенчатый блок воздухоочистки, цикловой воздух полностью соответствует предъявляемым к нему требованиям.

Далее воздух через входную камеру блока двигателя поступает на вход компрессора, где сжимается до требуемых параметров и направляется в трубчато-кольцевую камеру сгорания. Туда же поступает топливо. Продукты сгорания из КС направляются в турбину, где, расширяясь, производят механическую работу, используемую для привода компрессора и электрического генератора. Отработавшие газы поступают через газоотвод в котел-утилизатор.

Охлаждение ГТД осуществляется системой приточно-вытяжной вентиляции, охлаждение масла привода и генератора – в агрегатах воздушного охлаждения (АВОМ). Поскольку охлаждение оборудования ГТЭС-16ПА и газодожимного компрессора – воздушное, без использования воды, сохранена существующая оборотная система технического водоснабжения, без реконструкции.

Мероприятия по звукоизоляции обеспечивают уровень шума в соответствии с действующими санитарными нормами.

Котел-утилизатор К-20-150Н, примененный в составе ГТУ-ТЭС, – водотрубный, противоточный, горизонтальный. Блок котла имеет каркас с газоплотной обшивкой. Между котлом и дымовой трубой расположен шумоглушитель, предназначенный для снижения уровня шума.

Продукты сгорания из газотурбинной установки попадают в горячий газовый короб, затем в блок котла, омывают пакет змеевиков и выходят из котла через холодный газовый короб, шумоглушитель и дымовую трубу. Подогреваемая вода подается во входной коллектор блока котла, проходит по змеевикам и направляется в выходной коллектор блока, из которого отводится по трубопроводу и подается потребителю.

Подача сетевой воды в котел-утилизатор производится от существующих сетевых насосов. Для поддержания требуемых параметров теплосети на них установлен частотный преобразователь (на всю группу насосов).

Необходимая температура сетевой воды на входе в котел-утилизатор обеспечивается за счет применения двух рециркуляционных насосов НКУ-90М (с одним частотным преобразователем на оба насоса).

Для поддержания необходимой температуры прямой сетевой воды к ней подмешивается после котла-утилизатора обратная сетевая вода, подаваемая по трубопроводу с узлом регулирования.
На максимальном зимнем режиме тепловые нагрузки обеспечиваются за счет котла-утилизатора, существующих паровых и водогрейных котлов; при средних значениях зимних температур – за счет котла-утилизатора, частичной загрузки паровых и водогрейных котлов.

В летнем режиме работы станции тепловые нагрузки потребителей покрываются за счет загрузки КУ и двух паровых котлов.

В аварийном режиме покрытие тепловых нагрузок обеспечивается за счет полной загрузки котлов-утилизаторов, остающихся в работе паровых котлов ТЭЦ, и частичной загрузки водогрейных котлов.

Компоновочные решения ГТЭС

Базовой сборочной единицей электростанции является блок двигателя, состоящий из входной камеры (с металлической защитной сеткой входного устройства) и отсека двигателя. В отсеке размещаются входное устройство, закрепленный на силовой раме газотурбинный двигатель ПС-90ЭУ-16А, выходное устройство с компенсатором, трансмиссия «двигатель-генератор».

К блоку двигателя присоединено комплексное воздухоочистительное устройство, система вентиляции, КУ и дымовая труба.

Непосредственно к задней стенке блока двигателя примыкает блок генератора, на крыше которого установлен блок охлаждения. Слева от блоков двигателя и генератора размещаются система маслообеспечения генератора, АВОМ, блок АСУ ТП; справа – блоки электротехнических устройств и маслообеспечения двигателя.

На ТЭЦ дополнительно построен корпус электротехнических устройств и средств АСУ ТП (двухэтажное здание 8,5х12 м), а также помещения для датчиков КИП и блока газового оборудования.

Кроме основного оборудования, в главном корпусе на месте существующих летних сетевых насосов установлены рециркуляционные насосы НКУ-90М.

Газоснабжение

Топливом для ГТЭС-16ПА является природный газ. Расход газа на номинальном режиме в ГТУ – 4826 м³/ч, давление – 2,8...3,2 МПа. Природный газ подается на ТЭЦ-13 по газопроводу с давлением 1,2 МПа. Перед подачей в двигатель газ проходит через ППГ, где осуществляются его очистка, учет расхода и компримирование. Новости игровой индустрии: найден единственный проверенный сайт казино с моментальными выплатами и очень ценными призами (дорогие автомобили). Azino777 отличный сайт для игры игр в онлайн-рулетку, так же более 200 игр есть на ваш выбор. Сайту azino777 более 8 лет, ежедневные выплаты более 3 000 000 рублей. Мы рекомендуем данное казино.

Блочный дожимной компрессор ТАКАТ 9/13-33,5 обеспечивает необходимую производительность и требуемое давление – до 3,35 МПа. Дожимная установка, состоящая из блока компрессора, концевого охладителя, воздушного охладителя масла, размещается на общей фундаментной плите. ДКС оборудована системой автоматизации с дистанционным управлением, не требующей постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Электрическая схема ГТУ-ТЭС

В составе ГТЭС-16ПА используется турбогенератор Т-16-2Р УХЛ3.1 с воздушным охлаждением, напряжением 6,3кВ. Возбуждение генератора осуществляется от бесщеточной диодной системы с цифровым управлением. Для подключения генератора установлено распредустройство 6,3кВ. Выдача мощности в систему осуществляется через повышающий трансформатор ТРДН-25000/110-У1 напряжением 110/6,3 кВ на шины ОРУ-110 кВ.

Все электротехническое оборудование установлено на первом этаже здания электротехнических устройств и средств АСУ ТП.

Силовой трансформатор, выключатель ВЭБ-11011-40-2500, разъединители РГНП-16-110/2000 располагаются на территории ячейки №13 ОРУ-110 кВ.

Система управления электростанции

АСУ ТП станции построена на базе микропроцессорной техники. В качестве программно-технических средств используется система Simatic PCS7 производства Siemens. АСУ ТП обеспечивает централизованное управление всем оборудованием ГТЭС из помещения главного щита ТЭЦ. Система управления имеет трехуровневую иерархическую структуру:

•    нижний (полевой) уровень – датчики технологических параметров, электроприводы исполнительных механизмов, кабели;
•    средний (контроллерный) уровень;
•    верхний (операторский) уровень, состоящий из отдельных автоматизированных рабочих мест обслуживающего персонала.

Верхний уровень строится на базе станций управления с системой WinCC. Предусмотренные средства аварийного управления обеспечивают экстренный останов основного оборудования путем прямого воздействия на исполнительные механизмы, минуя ПТК.

Средний уровень реализован на базе программируемого логического контроллера Simatic S7-400, станций ввода-вывода ЕТ 200М и агрегатных САУ электростанции и дожимного компрессора. Локальная САУ станции связана с системой Simatic PCS7 по шине Ethernet; САУ компрессора – с системой PCS7 по протоколу Modbus. Принципиальные электрические схемы выполнены для реализации на НКУ с элементной базой Siemens.

В здании электротехнических устройств в помещении средств АСУ размещаются шкаф контроллера ПТК ГТЭС с операторской панелью, шкафы САУ дожимного компрессора, АРМ оператора ГТЭС.

Итоги и перспективы

Благодаря реконструкции установленная электрическая мощность ТЭЦ-13 увеличилась почти вдвое – с 18 до 34 МВт. Тепловая мощность оборудования – 22,3 МВт. Параметры установки позволяют эксплуатировать ее до 8000 часов в год и обеспечить покрытие базовых (летних) тепловых нагрузок по горячему водоснабжению с максимально возможной выработкой электроэнергии. Эффективность использования тепла топлива ГТУ-ТЭС составляет 84,7%.

ГТЭС-16ПА, предназначенная для выработки переменного тока при автономной или параллельной работе с другими станциями, может использоваться в качестве основного или резервного источника электроэнергии и для покрытия пиковых нагрузок. Это повышает энергобезопасность объектов, позволяя при аварийном отключении потребителей от сети автоматически переходить на локальную нагрузку. ГТЭС входит в состав теплоэлектростанции и подключается к общей энергосистеме большой мощности.

Инвестиционная привлекательность создания ГТУ-ТЭС на базе ГТЭС-16ПА обусловлена преимуществами новой установки ОАО «Авиадвигатель». В 2009 г. в Перми изготовлен и поставлен заказчику аналогичный энергоблок, который начнет эксплуатироваться в текущем году в составе ГТУ-ТЭС в г. Сибае – промышленном центре и основном транспортном узле зауральского региона Башкортостана.

ОАО «Авиадвигатель», ведущее конструкторское бюро по разработке газотурбинных двигателей авиационного и промышленного назначения, входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации – 100%-й специализированной дочерней компании ОПК «Оборонпром» по управлению двигателестроительными активами.
ОАО «ОПК «Оборонпром» – многопрофильная машин строительная группа компаний, созданная в 2002 году, – входит в состав ГК «Российские технологии». Основные направления деятельности: вертолетостроение, двигателестроение и др. Прибыль предприятий корпорации в 2009 году превысила 130 млрд рублей.