A.H. Золотухин, С.В. Медведев – ООО «Сименс»
А.Г. Большаков – ЗАО «Энергопро»

Реализация проекта по строительству газотурбинной электростанции на одном из крупнейших химических предприятий Республики Беларусь началась в 2007 году. Комплектную поставку ГТЭС для ОАО «Гродно Азот» осуществляет компания Siemens. Локальное управление проектом обеспечивает белорусский партнер Siemens – ЗАО «Энергопро».

ОАО «Гродно Азот» входит в концерн «Белнефтехим» и является ведущим предприятием химической промышленности Белоруссии. Основная выпускаемая продукция – азот, аммиак, капролактам, карбамид, различные кислоты, а также биотопливо, азотные удобрения и др.
Концерном разработана и поэтапно реализуется программа создания и развития собственных генерирующих мощностей. Проекты реализуются в рамках государственной программы, утвержденной правительством Республики Беларусь.
Для выбора поставщика оборудования электростанции для ОАО «Гродно Азот» предприятием был объявлен тендер, в котором выиграла компания Siemens, предложившая комплексное решение и имеющая большой опыт в реализации подобных проектов. Генпроектировщиком выступил Гродненский научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза.
В зону ответственности Siemens входит разработка проекта электростанции, изготовление и поставка оборудования, шефмонтаж и пусконаладка, сопровождение строительства ГТЭС на всех его этапах, а также обучение персонала и ввод станции в эксплуатацию. При проектировании объекта за основу была взята концепция стандартной электростанции Siemens SSC-300 Cogen.
Строительство осуществляется в две очереди, в состав каждой из них входят два газотурбогенератора. Общая электрическая мощность ГТЭС составит 30 МВт. Выбор более дорогого варианта – с установкой четырех энергоблоков вместо, например, двух такой же суммарной мощности – обусловлен высокой степенью опасности химического производства и требованиями надежности и гибкости производства энергии.
Строительство ГТЭС осуществляется за счет собственных средств ОАО «Гродно Азот». Проект реализуется с участием ЗАО «Энергопро» – официального партнера Siemens в Республике Беларусь. Фирма выполняет функции локального управления проектом – это координация взаимодействия с заказчиком, генеральным проектировщиком, с государственными органами и органами по сертификации, вопросы доставки.
С точки зрения безопасности химического производства, на предприятии необходимо иметь два источника пара. Надежное снабжение паром является жизненно важным, так как данное химическое производство характеризуется непрерывностью технологического процесса. Один из источников пара – собственная паровая котельная, вторым источником является Гродненская ТЭЦ-2. Ввод когенерационной электростанции позволит вывести из эксплуатации часть котлов и сократить количество покупаемой энергии.
Поскольку энергетическая составляющая в себестоимости выпускаемой продукции предприятия достаточно велика, ввод данной ГТЭС в эксплуатацию приведет к снижению производственных затрат.
В рамках реализации первой очереди компания Siemens в декабре 2007 г. выполнила поставку всего комплекта оборудования когенерационной электростанции на базе двух газотурбинных установок SGT-300 единичной мощностью 7,9 МВт.
Оборудование электростанции размещено в легкосборном здании. Предусмотрена возможность автономной работы как газовых турбин, так и котлов-утилизаторов. Для увеличения паропроизводительности котлы-утилизаторы снабжены системой дожига. Топливом для системы дожига может быть как природный газ, так и метанол – побочный продукт основного производственного процесса предприятия. В случае автономной работы газовых турбин выхлопные газы, не доходя до котлов-утилизаторов, направляются в байпасные выхлопные трубы.
Во время автономной работы котлов-утилизаторов необходимый для сжигания природного газа воздух подается в котлы нагнетательными вентиляторами. Для уменьшения температуры выхлопных газов в конструкции котла-утилизатора предусмотрен газоводяной подогреватель (ГВП). Сетевая вода, нагреваемая в ГВП, используется для нужд отопления и горячего водоснабжения предприятия. Режим работы станции – в параллель с сетью.

Газотурбинный энергоблок SGT-300

SGT-300 – одновальный промышленный газотурбинный двигатель открытого цикла, с приводом агрегата на стороне компрессора. Применение новейших технологий, конструкций и материалов позволило создать двигатель, близкий по характеристикам к авиапроизводной ГТУ, но сохранить при этом преимущества агрегата промышленного типа.
В двигателе применен осевой околозвуковой 10-ступенчатый компрессор. Разъемный корпус компрессора облегчает диагностику его компонентов. Ротор – дискового типа. Диски, имеющие хертовое соединение, стянуты центральным болтом.
Максимальный КПД компрессора и его надежную работу на различных режимах обеспечивают четыре ряда регулируемых направляющих аппаратов. Привод лопаток - гидравлический, в качестве рабочего тела используется смазочное масло. Кожух воздухозаборника имеет стандартную конструкцию, предусматривающую его вертикальное расположение. На фланце кожуха находится компенсатор, предназначенный для компенсации температурных расширений. Глушитель, установленный на линии забора воздуха, снижает уровень шума до 80 дБ(А).
Для восстановления эффективности работы компрессора, снижающейся во время эксплуатации из-за загрязнения его проточной части, и удаления накопившихся на его элементах отложений предусмотрена система промывки. Она включает в себя всю трубную обвязку с разбрызгивающими соплами, размещенную в кожухе воздухозаборника турбины.
Камера сгорания с системой сухого подавления выбросов (DLE – Dry Low Emission) – осевая, трубчатого типа. КС состоит из шести жаровых труб, имеющих двухстенную конструкцию. Они снабжены системой горелок для подготовки обедненной топливной смеси, что позволяет снизить температуру пламени и, соответственно, уровень выбросов NOx.
Для зажигания используется пилотная горелка, расположенная во входной части жаровой трубы. Розжиг осуществляется с помощью искровых электродов (по одному на каждую жаровую трубу). Конструкция крепления компонентов КС допускает их свободное температурное расширение. Это минимизирует температурные напряжения и увеличивает срок службы камеры сгорания.
Турбина двигателя – осевая, околозвуковая, двухступенчатая. Первая ступень имеет конвективно-пленочное охлаждение, вторая – неохлаждаемая. Для компенсации перемещений, вызванных температурным расширением, на диффузоре выхлопных газов турбины установлен высокотемпературный компенсатор.
Все основное и вспомогательное оборудование газотурбинного агрегата размещено на единой опорной раме, в которую встроен бак смазочного масла.
Система смазочного масла обеспечивает маслом двигатель, редуктор и генератор. Основной масляный насос работает от привода главного редуктора. При запуске и останове двигателя масло подается вспомогательным насосом с приводом от электродвигателя переменного тока. На случай отказа сети переменного тока агрегат оборудован аварийным насосом, двигатель которого питается от аккумуляторных батарей.
Пусковой двигатель мощностью 90 кВт (переменного тока, с регулируемой скоростью) соединяется с главным редуктором посредством самовыключающейся обгонной муфты.
Звукотеплоизолирующий кожух, закрывающий двигатель и редуктор, крепится к опорной раме. Для облегчения проведения технического обслуживания двигателя и редуктора внутри кожуха предусмотрена кран-балка. Система воздушной вентиляции кожуха на входе и выходе снабжена глушителями. Кожух оборудован углекислотной системой пожаротушения.
Газотурбинный двигатель, ротор которого вращается с частотой 14010 об/мин, через понижающий редуктор соединен с синхронным четырехполюсным генератором типа «Альфа», расположенным на одной опорной раме с двигателем. Частота вращения ротора генератора – 1500 об/мин. Генератор имеет замкнутую воздушную систему охлаждения.
При нормальном режиме эксплуатации уровень шума от работающего газотурбинного оборудования не превышает 80 дБ(А), а уровень выбросов составляет менее 50 мг/м³ для NOx и менее 100 мг/м³ для СО (при 15 % О₂).

Система управления

Шкаф управления газотурбинным агрегатом с операторскими средствами управления и индикаторами состояния агрегата размещается в помещении щитовой. Система управления позволяет осуществлять пуск и останов агрегата нажатием одной кнопки.
Она включает в себя модуль управления топливной системой, частотой вращения газовой турбины, систему пожаротушения и газообнаружения, модуль управления промывкой компрессора (холодной/горячей).
Кроме функций управления, данная система контролирует текущее состояние агрегата. Она осуществляет мониторинг вибрации энергоблока, температуры внутри газового тракта турбины, температуры подшипников, состояния генератора и контроль корректности функционирования элементов КИП.
Вся получаемая с датчиков информация выводится на жидкокристаллический дисплей. Данные могут быть представлены в виде цифровой информации, графиков, а также в виде мнемосхем. На дисплей выводятся также различного рода предупреждения и извещения. Операторский интерфейс выполнен на русском языке.
В шкафу управления газотурбинным агрегатом предусмотрены интерфейсы для его соединения с пультом управления газодожимными компрессорами и пультом управления котлом-утилизатором.
АСУ ТП электростанции выполнена на базе системы SIMATIC. Она реализует функции отображения информации на операторских станциях, дистанционный контроль и управление технологическими процессами, настройки компонентов системы, протоколирование и архивирование данных.
Средства АСУ ТП позволяют осуществлять ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление оборудованием электростанции и обеспечивать контроль его параметров. В случае необходимости система управления может быть модернизирована или расширена.

Система утилизации тепла

В состав оборудования первой очереди ГТЭС входят два горизонтальных одноходовых одноконтурных жаротрубных котла-утилизатора с естественной циркуляцией (производства OMNICAL Kessel- und Apparatebau GmbH). Паровой котел спроектирован и изготовлен в соответствии с действующими европейскими нормами и стандартами. Он имеет блочное исполнение, что свело к минимуму объем и сроки монтажных работ. Все детали корпуса парового котла являются самонесущими и размещаются на фундаментах.
Испаритель котла выполнен полностью герметичным. Он состоит из барабана с жаровыми трубами и топки с экранированными стенками. Верхний и нижний коллекторы экранных труб соединены с барабаном испарителя по паровой и водяной части специальными трубами. Вырабатываемый пар проходит через сепарационные устройства, которые расположены в барабане. Топка с экранированными стенками изолирует пламя газовых горелок и служит, в основном, для утилизации теплового излучения факела.
Барабан с жаровыми трубами выполняет функцию конвективного испарителя, в котором дымовые газы проходят через трубы (один ход), при этом пар циркулирует снаружи. Уровень воды – одинаковый для экранных стенок и узла жаровых труб – всегда поддерживается выше уровня всех жаровых труб. Жаровые трубы приварены к трубным доскам барабана.
Испаритель прошел гидравлические испытания на прочность и плотность в заводских условиях. Испаритель (топка и барабан с жаровыми трубами) собран в один узел на заводе и доставлен на станцию одним блоком.
Пароперегреватель состоит из пучка труб и кожуха. Он располагается по потоку дымовых газов сразу за испарителем. Пар из испарителя проходит через трубы, а дымовые газы – по межтрубному пространству. Далее по потоку дымовых газов расположен экономайзер. Он включает в себя пучок оребренных труб, по которым проходит питательная вода, и герметичный кожух – по нему проходят дымовые газы, обтекая оребренные трубы снаружи. Чтобы поддерживать температуру выхлопных дымовых газов ниже установленного предела, в секции позади экономайзера предусмотрен охладитель дымовых газов. Охлаждающей средой является проходящая по трубам сетевая вода.
Паропровод, расположенный после пароперегревателя, оснащен редукционно-охладительной установкой для регулирования температуры пара. Регулирование осуществляется путем впрыскивания питательной воды.
Система байпасирования выхлопных газов обеспечивает автономный режим работы газовой турбины. Система встроена в газоход между газовой турбиной и котлом. Высота дымовой трубы байпаса составляет 15 метров.
Газоход между выходом парового котла-утилизатора и дымовой трубой состоит из круглых труб, изготовленных из углеродистой стали. Трубы имеют соответствующие гибкие соединения, чтобы компенсировать температурные деформации. Дымовая труба представляет собой самонесущую стальную конструкцию высотой 40 метров. Станция оснащена общей для двух котлов системой мониторинга вредных выбросов – NOx, СО, СО₂. Измерения выполняются в оперативном режиме.
Система нагнетательной вентиляции позволяет паровому котлу работать в автономном режиме (при выключенной ГТУ), подавая воздух, необходимый для сжигания природного газа. В ее состав входит воздухозаборник, нагнетательный вентилятор, необходимые заслонки и воздуховоды от вентилятора до входного воздуховода горелок.
Все кожухи и трубопроводы энергоблока имеют теплоизоляцию, которая обеспечивает соблюдение норм и требований по нагреву поверхностей.

Заключение

В ноябре текущего года были проведены завершающие испытания ГТЭС. Цель данных испытаний – подтверждение соответствия фактических параметров электростанции заявленным в спецификации параметрам, а также гарантированным техническим характеристикам. До проведения завершающих испытаний станция уже некоторое время эксплуатировалась персоналом предприятия под руководством и контролем специалистов Siemens.
Проведенные испытания полностью подтвердили все заявленные параметры электростанции. В настоящее время уже заключен и находится на стадии исполнения контракт на поставку оборудования для второй очереди электростанции. По компоновочным решениям она будет аналогична первой очереди. Ввод в эксплуатацию второй очереди запланирован на 2010 год.
Собственная когенерационная электростанция, спроектированная и поставленная компанией Siemens, позволит ОАО «Гродно Азот» увеличить надежность энергоснабжения для обеспечения основного производственного процесса и снизить себестоимость производимой продукции.