11.09.2014 Газета «Мегаватт», № 3 (7) 2014 июль–сентябрь
В этом году ЗАВЕРШИЛАСЬ ре конструкция ТЭЦ -9 в Пер ми, для которой Таганрогский котлостроительный завод «Красный котельщик» впервые изготовил котёл-утилизатор, оснащённый специальным дожигающим устройством. Новая установка позволила Пермской ТЭЦ -9 увеличить электрическую мощность на 165 МВ т (на 36%).
Первый проект
О значимости события говорит тот факт, что на торжественной церемонии открытия станции присутствовали губернатор Пермского края Виктор Басаргин, генеральный директор ЗАО «КЭС Холдинг» Борис Вайнзихер, председатель наблюдательного совета ЗАО «КЭС» Евгений Ольховик, депутаты краевого Законодательного собрания. По словам Виктора Басаргина, новая газотурбинная установка позволит обеспечить электричеством дополнительно 75 тыс. квартир, более 130 школ и 260 детских садов. То есть проект дал возможность увеличить объёмы жилищного, промышленного и социального строительства. ТЭЦ-9 — основной источник тепла для левобережной части Перми и крупнейших промышленных предприятий. До реконструкции эта часть города испытывала существенный дефицит электроэнергии, и модернизация станции позволила значительно его сократить.
Реконструкция Пермской ТЭЦ-9, принадлежащей КЭС Холдингу, началась в 2010 году. Была поставлена задача увеличить мощность и КПД станции. На тот момент её тепловая мощность составляла 1494,8 Гкал/ч, электрическая — 410 МВт. Проект предусматривал строительство газотурбинной надстройки с газотурбинной установкой (ГТУ) мощностью 165 МВт и котла-утилизатора (КУ) суммарной паропроизводительностью 230 т/час. Данный проект КЭС Холдинга получил название «Аметист». Примечательно, что в ходе реконструкции была сделана ставка на отечественное оборудование, рассказал директор по сбыту ПГУ ОАО «ЭМАльянс» Павел Коваленко. Все основные узлы произведены компаниями, входящими в группу компаний «Силовые машины». Предприятие изготовило газовую турбину ГТЭ-160 и генератор мощностью 180 МВт, а «Красный котельщик» — котёл-утилизатор с дожигающим устройством, спроектированный барнаульским предприятием ОАО «ИЦ «ЭМАльянс — БСКБ КУ» по лицензии американской компании Nooter/Eriksen. ОАО «Тольяттинский трансформатор» стало поставщиком основного блочного трансформатора мощностью 225 МВт, а также основного и резервного трансформаторов для собственных нужд. Заказчик проанализировал несколько вариантов газотурбинных установок производства фирм Ansaldo, Siemens и «Силовые машины». Предпочтение было отдано «Силовым машинам», так как при одинаковых технических характеристиках установки этого предприятия уже имеют большой положительный опыт использования в России, к тому же сервисное обслуживание данной ГТУ также будет осуществляться российскими специалистами.
Поперечные связи
Большинство ТЭЦ в нашей стране строилось в советские годы, много десятилетий назад. Например, Пермская ТЭЦ-9 была введена в эксплуатацию в 1957 году. Так что сегодня эти станции устарели и требуют реконструкции. При этом сама реконструкция должна сопровождаться увеличением уровня загрузки в течение всего года с повышением выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
Есть несколько способов достижения этих целей: повышение параметров и КПД в паротурбинном цикле, строительство парогазовых установок или газотурбинных надстроек существующей паротурбинной части. Последний вариант оптимален, если оборудование ТЭЦ имеет достаточный ресурс. Надстройка паротурбинной части газовой турбиной с котлом-утилизатором обеспечивает существенное увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении при минимальных денежных затратах. Наиболее эффективный способ реконструкции в данном случае — надстройка с паровыми котлами-утилизаторами. Она отличается простотой и высокой эффективностью производства электрической и тепловой энергии. При работе на станции с поперечными связями пар из котла-утилизатора поступает в общестанционную магистраль без привязки к конкретной паровой турбине. Большинство российских ТЭЦ ра- ботают именно по схеме с общим паропроводом. Такие станции вырабатывают более 60% электроэнергии в стране.
Вписаться в обстановку
Газотурбинная надстройка, которая была установлена на Пермской ТЭЦ-9, состоит из ГТУ и котла-утилизатора. Котёл использует тепло дымовых газов ГТУ для выработки пара. На ТЭЦ, действующих по так называемой схеме с поперечными связями, перегретый пар подаётся в общий коллектор и далее — на существующие паровые турбины.
«Специфика реконструкции заключалась в том, чтобы спроектировать, изготовить и смонтировать котёл с учётом особенностей действующей ТЭЦ», — рассказал Павел Коваленко.
Во-первых, особого внимания требует температура уходящих газов за газовой турбиной. Причём важна не столько сама температура уходящих газов, сколько её изменение в процессе эксплуатации в зависимости от температуры наружного воздуха. Учитывая российский климат с суровыми зимами, нужно было обеспечить постоянное давление и температуру пара в любое время года при любой мощности ГТУ. Для этого в конструкции котла предусмотрен дополнительный источник тепла, который поддерживает температуру газов на одном уровне: это специальное дожигающее устройство, использующее в качестве топлива природный газ, которое устанавливается во входном газоходе КУ.
Дожигающее устройство представляет собой ряды пилонов, в которых расположены сопла. В котле-утилизаторе Пермской ТЭЦ-9 таких пилонов три, на каждый из них приходится примерно по 100 сопел. Дополнительный кислород для горения не используется, задействован лишь тот, который имеется в дымовых газах от ГТУ. Причём распределить его требуется равномерно. Для этого нужно выровнять турбулизированное поле за газовой турбиной.
Для определения конструкции газораспределительных решёток использовался метод физического моделирования на специально созданных моделях, в которых для наглядности распределения газов использовали дым.
Следующую задачу требовалось решить проектировщикам и изготовителям котла-утилизатора — вписать котёл в компактные габариты главного корпуса. Особенно важно было соблюсти высотные параметры. В этом смысле компактная конструкция котлов-утилизаторов по лицензии Nooter Eriksen является наиболее оптимальной. В её составе — один-два водоопускных стояка большого диаметра с раздачей воды по блокам короткими патрубками и прямые пароотводящие трубы. Они почти не требуют места для трассировки, что позволяет уменьшить высоту котла. Дополнительно уменьшение высоты котла было компенсировано увеличением ширины газохода. Снизить конструкцию удалось также благодаря незначительной высоте несущих балок каркаса. Обеспечить компактность котла по ширине помогло то, что зазоры между блоками модулей составляют всего несколько сантиметров, что уменьшило ширину газохода. Кроме того, дымовую трубу, благодаря особенностям конструкции Nooter/Eriksen, удалось разместить непосредственно за котлом на минимальном расстоянии.
Необходимо было учесть также воднохимические условия ТЭЦ. В качестве химического поглотителя кислорода на Пермской ТЭЦ-9 использовался гидразин. Но его применение для котлов-утилизаторов нежелательно, так как оно заметно ускоряет эрозионно-коррозионный износ труб поверхностей нагрева. Чтобы снизить степень износа, было решено уменьшить скорости сред по водяному и испарительному трактам, а также использовать трубы с содержанием хрома для испарителя низкого давления. Специальных решений потребовало также увеличенная до 90 метров высота дымовой трубы. При такой высоте существует риск возникновения автоколебаний ствола трубы.
Конструкторы решили эту проблему при помощи виброгасителей, исполненных в виде ёмкостей, заполненных раствором этиленгликоля, которые были установлены около оголовка трубы под верхней площадкой. Принцип работы гасителей основан на инерционном запаздывании смещения рабочей жидкости в ёмкостях относительно колебаний ствола дымовой трубы. Труба изолирована снаружи минватой для работы в условиях холодного климата и закрыта декоративной обшивкой, на которую нанесены чередующиеся полосы красного и белого цветов в соответствии с требованиями аэронавигации. Перспективное направление Новую ГТУ со вспомогательным оборудованием и приборами смонтировали осенью 2013 года. Несколько месяцев потребовалось для проверки и наладки механизмов, линий электропередач.
«Ввод такого объекта в эксплуатацию — важный шаг для региона, — считает главный федеральный инспектор по Пермскому краю Олег Веселков. — Этот проект уникален для нашей страны. Так что Пермский край стал регионом-передовиком по внедрению такого рода инноваций. Теперь их можно будет распространить на аналогичные ТЭЦ по всей стране, ведь эффективность проекта доказана». Концерн «Силовые машины» и ОАО «ЭМАльянс»получили благодарности от заказчика за выполненную реконструкцию. В июне 2014 года компаниями успешно пройдены гарантийные испытания с подтверждением всех заявленных гарантийных показателей. Помимо проекта Пермской ТЭЦ-9, в рамках реализации инвестиционной программы «Диадема» КЭС Холдинг также закупил у ОАО «ЭМАльянс» ещё шесть котлов-утилизаторов и четыре газовые турбины у «Силовых машин» для новых энергоблоков. Условия контрактов предусматривают разработку технической документации, комплектное изготовление оборудования и его доставку, шефмонтаж и проведение пуско-наладочных работ. Данное оборудование вошло в состав новых парогазовых установок Кировской ТЭЦ-3, Ижевской ТЭЦ-1, Новоберезниковской ТЭЦ , Владимирской ТЭЦ-2.