автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование влияния системы технического водоснабжения на характеристики парогазовой установки в условиях Республики Кот-д`Ивуар

005057892

Кеке Темиако Сукплу Александр

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО

ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ

КОТ-Д'ИВУАР

Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г * дпр /013

Москва-2013 г.

005057892

Работа выполнена в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре Тепловых электрических станций.

Научный руководитель: кандидат технических наук профессор Цанев Стефан Вичев - профессор кафедры Тепловых электрических станции ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», г. Москва.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Аракелян Эдик Койрунович - профессор кафедры Автоматизированных систем управления технологическими процессами ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», г. Москва.

кандидат технических наук Болонов Владислав Олегович - ведущий специалист управления маркетинга и инноваций ОАО «Московская областная энергосетевая компания» (ОАО «МОЭСК»), г. Москва.

Ведущая организация: «МОСЭНЕРГОПРОЕКТ» Филиала ОАО «ТЭК Мосэнерго», г. Москва.

Защита состоится« 22 » 05 2013г. в 14 час 00 мин. в аудитории МАЗ на заседание диссертационного совета Д 212.157.07 при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национальном исследовательском университете «МЭИ».

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет НИУ МЭИ. Автореферат разослан «......».................2013г.

Учебный секретарь диссертационного совета Д 212.157.07 к.т.н. доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

> Актуальность работы

Интенсивное развитие газотурбостроения в течение последних десятилетий, обусловленное успехами в материаловедении, технологиях проектирования и эксплуатации газотурбинных установок (ЛГУ) и их элементов, привело к росту КПД ГТУ до 45 % и единичной мощности до 380 МВт. Парогазовые установки с котлом-утилизатором (ЛГУ) на основе современных ГТУ являются наиболее совершенными энергетическими установками на газообразном топливе по показателям экономичности и маневренности. По различным оценкам, доля ПГУ в мировой генерации электроэнергии в ближайшем будущем составит до 49 % .

Исследования параметров ПГУ, основанные на показателях номинального режима ГТУ, является недостаточными. Важнейшей особенностью газотурбинных установок является зависимость показателей их работы от параметров наружного воздуха (давление, температура) и относительной мощности установки. Вопрос влияния этих зависимостей на показатели работы ПГУ в целом продолжает изучаться. В ряде работ Российских и зарубежных авторов приводятся результаты испытаний конкретных установок, подтверждающие факт существенного влияния параметров наружного воздуха и загрузки ГТУ на показатели парогазовых блоков. Между тем, сравнение парогазовых энергоблоков по их параметрам в стандартных условиях явно недостаточно, так как не отражает условий работы этих энергоблоков. В силу этих же причин оптимизация схем и параметров паротурбинной части ПГУ, основанная на номинальных параметрах работы ГТУ, не всегда приводит к корректным результатам.

Важной составляющей технологических схем ПГУ с котлами-утилизаторами являются системы технического водоснабжения конденсаторов паровых турбин. В условиях республики Кот-д'Ивуар, ввиду особенностей климатических условий (высокое значение температуры

з

наружного воздуха в течении большей части годового периода), особую актуальность приобретает анализ влияния сочетании с конкретными системами технического водоснабжения на показатели парогазового энергоблока. Диссертант провел подробное расчетное исследование этого влияния с использованием лицензионного программного комплекса "Thermoflow". Определены габариты площадок на территории ТЭС "Azito" для четырех различных систем технического водоснабжения.

> Целью диссертации

Целью диссертации является совершенствование выбора тепловых схем и параметров ШУ с КУ на основе исследований влияния систем технического водоснабжения и их характеристик в условиях республики Кот-д'Ивуар (Африка). Рассматриваются разные типы таких систем, учитываются влияние изменения температуры охлаждающей воды на показатели экономичности ПГУ.

> Задачи диссертации:

•выбор технологических схем ПГУ с КУ. Проведено исследования вариантов схем ПГУ с одним и двумя контурами пара в котле - утилизаторе. Расчет таких схем и анализ результатов приведены в главе II;

•расчет тепловой схемы ПГУ при изменение температуры охлаждающей воды конденсаторов;

•исследование различных типов систем технического водоснабжения ПГУ с котлом утилизатором;

•расчетное исследование с использованием комплекса «THERMO FLOW» показателей 111 У с котлом утилизатором при применении различных систем технического водоснабжения энергоблока.

> Достоверность научных результатов:

Результаты диссертационной работы, рассчитаны с использованием программного комплекса «THERMOFLOW» и контролем точности расчетов.

В методике используются проверенные практикой математические зависимости и алгоритмы, которые апробированы на отдельных задачах, встречающихся в области комбинированных установок. Достоверность обеспечивается путем сравнения численных результатов с опубликованными расчетными результатами.

> Научная новизна работы

Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что впервые в Кот-д'Ивуар (Африка), для обеспечения высокой тепловой и коммерческой эффективности проектируется расширения электростанций «А21Т0» парогазовом циклом с учетом также меняющихся характеристик системы конденсации пара.

При расширении станции «А21Т0» блоком типа ПГУ-450, исследуется влияние различных систем технического водоснабжения на характеристики ПГУ в условиях республики Кот-д'Ивуар. Учитываются высокие среднегодовые температуры наружного воздуха и рассмотрены четыре типа систем технического водоснабжения: Прямоточная система, сухая градирня, Градирня Геллера-Форго (Контактный конденсатор с сухой градирней) и система с мокрый воздушный конденсатор. Их влияния на показатели экономичности ПГУ с КУ.

Установленная электрическая мощность расширяемой части ТЭС А21ТО предусмотрена путем применения парогазового блока типа 450 МВт. В целях обеспечения надежности электроснабжения внешних потребителей парогазовый блок предусматривается с конфигурацией основного оборудования 2ГТ+2КУ+1ПТ.

> Практическая ценность работы:

Результаты выполненной диссертационной работы имеют значительную ценность для дальнейшего развитиях электроэнергетики в республике Кот-д'Ивуар. Даны развернутые рекомендации предлагающие использования в первую очередь на ТЭС «АгНо» парогазового энергоблока с

5

двухконтурным паровым котлом. Для этой цели целесообразно воспользоваться установленной ГТУ фирмы ALSTOM GT 13 Е2.

Автор учел климатические особенности местоположения указанной ТЭС и оптимизировал выбор системы технического водоснабжения и конденсатора паровой турбины ПГУ с использованием программного комплекса «THERMOFLOW». Для всех участвующих в оптимизации систем водоснабжения рассчитаны их технико-экономические показатели, построены планы площадок размещения, подчитаны занимаемые площади и габариты на ТЭС.

> Апробация работы и публикации Результаты работы докладывались на седьмой региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (с международным участием) «ЭНЕРГИЯ - 2012» (2012г., Иваново); Специализированная научно-практическая конференция молодых специалистов - Москва ОАО «ВТИ» 2012г.; научном семинаре кафедре ТЭС НИУ «МЭИ» в 2012г.; заседание кафедры ТЭС НИУ «МЭИ» в 2013г..

По результатам работы имеется 2 публикации в журнале из перечня ВАК России.

> Структура и объём диссертации

Работа состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе и списка использованной литературы. Содержание работы изложено на 144 страницах машинописного текста, 59 рисунки и 17 таблицы. Список литературы содержит 58 наименований.

Краткое содержание работы

Во введение рассмотрены перспективы развития электроэнергетики в республике Кот-д'Ивуар путем применения парогазовых установок с котлом - утилизатором (ПГУ с КУ).

В первой главе приведены особенности энергетики, основные источники производства электроэнергии и наличие первичных энергетических ресурсов в республике Кот-д'Ивуар. А также, даны характеристики существующей тепловой электрической станций «Azito», обзор систем технического водоснабжения и задачи диссертационной работы.

Основными источниками производства электроэнергии в республике Кот-д'Ивуар являются теплоэлектростанции (ТЭС) и гидростанции (ГЭС):

•электроэнергии вырабатывалось на ТЭС — 68% .

•электроэнергии вырабатывалось на ГЭС - 32%.

Общая установленная мощность составляла 1110 МВт. Установленная мощность тепловых электростанции (ТЭС) составляет 755 МВт.

Проведен обзор систем технического водоснабжения в схемах ПГУ и выделены для дальнейшего исследования прямоточная и оборотная система теплоснабжения с различными техническими решениями возможными для применения в условиях ТЭС «AZITO».

Проектирование систем водоснабжения и выбор экономически обоснованных решений осуществляют с учетом годичного изменения температуры воды в источнике водоснабжения, а также возможных изменений нагрузки турбоагрегатов в течение суток и года.

Проектированию электростанций и их систем водоснабжения предшествуют климатологические, топографические, гидрологические, геологические и другие исследования; при проектировании используются данные соответствующих многолетних наблюдений.

По результатам первой главы сформулированы основные задачи и цели исследования.

Во второй главе проведен анализ возможных схем для расширения ТЭС «AZITO» на базе парогазовых технологий. Расчетным путем доказано, что для увеличения мощности энергоблока наиболее эффективным энергоустановкой является ПГУ в виде парогазового блока с котлом-

утилизатором. Рассмотрена специфика тепловой схемы такой ПГУ.

7

Проведен также сравнительный анализ работы ПГУ с одноконтурными и двухконтурными КУ Расчетным путем с использованием лицензионного программного комплекс "Thermoflow" доказана эффективность применения ПГУ с КУ двух давлений для расширения ТЭС «AZITO». Электрический КПД брутто для двухконтурной схемы составляет - 50,32 % против 48,9% для одноконтурной схемы, а себестоимость производства электроэнергии 0,0514 USD/kBt*4 против 0,0519 USD /кВт*ч соответственно, для условий ТЭС «AZITO».

Основные результаты расчета показателей тепловых схем двух типов ПГУ - одноконтурной и двухконтурной на базе GT13E2 (Alstom) при 100% нагрузке блока с использованием программный комплекса "Thermoflow" приведены в табл. 1. и на рис. 1 и 2.

Таблица 1.

Результаты расчета тепловой схемы ПГУ КЭС при температуры наружного воздуха 30 °С с прямоточной системой технического водоснабжения____,___

Параметр Разм. С одноконтурным КУ С двух-контурным КУ

Температура наружного воздуха, °С 30 30

Показатели ПГУ

Электрическая мощность блока брутто МВт 430,361 448,423

мощность ГТУ МВт 147,058 147,058

мощность ПТУ МВт 136,246 154,308

Электрическая мощность блока нетто МВт 419,061 436,067

Расход топлива на ПГУ кг/с 18,534 18,534

Общий расход электроэнергии на СН МВт 11,3 12,356

Электрический КПД брутто % 50,17 52,28

Электрический КПД нетто % 48,86 50,84

Рис. 1. Тепловая схема одноконтурного энергоблока ПГУ-450 на базе ОТ13Е2 (АЫот) при температуре наружного воздуха +30 °С и 100% нагрузки ЛГУ.

43.77 Т 149.7 М

Рис. 2. Тепловая схема двухконтурного энергоблока ПГУ-450 на базе GT13E2 (Aistom) при температуре наружного воздуха +30 °С и 100% нагрузки ЛГУ.

Stop Valve - Стопорный клапан; Р -Давление в Бар; Т - Температура в °С; М- Расход в кг/с; RH - Влажность; Ambient - Наружный воздух/tо HRSG - в КУ; HP - Высокое давление-, НРБ - Барабан высокого давления; IP - Низкое давление; IPB - Барабан низкого давления; kW - Мощность в кВт, Natural gas - Природный газ.

154308 KW

БИр Vntve

NalunVoas

Учитывая значительный тепловой и финансово-экономический эффект от использования ПГУ с КУ двух давлений, а также увеличивающийся спрос на электроэнергию в Кот-д'Ивуар для расширения ТЭС «AZITO» был выбран блок типа ПГУ 450 МВт, на базе существующих газовых турбин GT13E2 фирмы Альстом.

В третьей главе Проведен анализ влияния температуры воды на входе в конденсатор на показатели ПГУ с котлом-утилизатором. Рассмотрены водяные и воздушные системы технического водоснабжения (TBC).

Проведено исследование влияния температуры наружного воздуха на изменение температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор для условий республики Кот-д'Ивуара. Расчеты показали, что с ростом температуры наружного воздуха будет повышаться и температура воды на входе в конденсатор. Результаты приведены в табл. 2:

таблица 2.

Результаты расчета показатели ПГУ при температурах наружного воздуха 25,30 и 35 °С с прямоточной системой технического водоснабжения_

Наименование Обозначение Разм. № расчета

1 2 3

Температура наружного воздуха tm °С 25 30 35

Температура воды на входе в конденсаторе Ui °С 17 22 27

Мощность ГТУ N? кВт 152 147 142

КПДГТУ % 36,5 36,17 35,84

Давление в конденсаторе Рк кПа 5,786 6,814 8,427

Электрическая мощность паровой турбины N3 ■"от МВт 154,819 151,504 147,399

Электрический КПД брутто ПГУ ^ПГУ % 52,26 51,94 51,43

Электрическая мощность брутто ПГУ Jvnry МВт 459,004 445,632 431,623

Мощность ПГУ нетто с учетом ЦН дгЭ.ВДН) Jvnry МВт 457,791 444,435 430,45

Условный электрический КПД нетто с учетом ЦН % 38,359 37,968 37,441

Расчетным путем показано влияние температуры воды на входе в конденсатор на величину давления и показателей ПГУ с КУ (рис. 4- 7).

ю

Рис. 4. Изменение электрического КПД брутто (т) в зависимости от температуры

охлаждающего воды А,/)

1 1

1

г 1

Г Т.

I ,

1 1

] ,

j j 1 I

н Й

г

.1 ..

| 1

450 ' Г?

ч • |

—н ^

1

ю г> 1

[

(

— т ^

435 - —— ч

1 ч

г__ „ _д___ _______ ¥

430 - —— -- 1

15 17 19 21 23 25 27 29

1*1 > ^

Рис. 5. Изменение электрической мощности брутто (Ч^пп^ в зависимости от температуры охлаждающего воды ^,1) 11

Когда температура воды на входе в конденсатор увеличивается электрический КПД брутто ?7пг? и электрическая мощность брутто N уменьшаются.

■Э.бр ПТУ

Рис. 6. Изменение электрической мощности нетто с учетом ЦН ) в зависимости

от температуры охлаждающего воды (¡¡¡)

Рис. 7. Изменение электрического КПД нетто с учетом ЦН (в зависимости от температуры охлаждающего воды (1в1)

Так как мощность ПТУ нетто с учетом циркуляционных насосов связана с электрической мощности брутто N^J, графики изменения в

зависимости от ts! и изменения ^(цн) в зависимости от t„, (Рис. 6 и 7) будут похожи на соответственного графики изменения N^ в зависимости от ?„/ и изменения в зависимости от t„i (Рис. 4 и 5). При увеличении

температуры воды на вход конденсатора te!, сокращается мощность ПГУ нетто с учетом расхода электроэнергии циркуляционными насосами Nj^j,®4 и условный электрический КПД нетто с учетом циркуляционных насосов

В четвёртой главе исследованы варианты тепловых схем для технического водоснабжения (TBC) ТЭС "AZITO".

В настоящей главе проведено расчетное исследование четырех наиболее часто используемых систем технического водоснабжения:

- Прямоточная система технического водоснабжения блока

- Сухая градирня

- Градирня Геллера-Форго (Контактный конденсатор с сухой градирней)

- Мокрый воздушный конденсатор

Проведено исследования влияния температуры окружающего воздуха при различных системах TBC. Во всех случаях КПД снижается с ростом tm, а также сравнительный анализ показывает, что по показателям тепловой экономичности наиболее предпочтительными вариантами являются -прямоточная система и система с мокрым воздушньм конденсатором, который может быть альтернативой при отсутствии или запрете на использования прямотока.

Сравнение финансово-экономических показателей с использованием модуля «РЕАСЕ» программного комплекса Thermoflow представлено в табл.3.

Таблица 3.

Сравнение финансово-экономических показателей с использованием модуля «PEACE» программного комплекса Thermoflow ___

Показатель Разм. Прямоток Геллера Мокрая Сухая

Годовой отпуск электроэнергии 10Л6 кВт. ч 3 420 3 230 3 330 3 220

Годовое потребление топлива Тыс. Дж LHV 25 030 25 030 25 030 25 030

Годовое потребление воды Млн.л. 0,2857 0,2886 0,4663 0,2886

Суммарные капиталовложения Tbic.USD 380 227 406 142 385 937 417 392

Удельные капиталовложения тыс-USD / кВт 899,9 1017,6 938,7 1049,7

Первоначальный собственный капитал Tbic.USD 114 068 121 843 115 781 125 218

Суммарный чистый денежный поток Тыс .USD 811982 596 560 687 434 575 212

Коэффициент рентабельности инвестиций (ROI) % 12,989 9,930 11,406 9,483

• Коэффициент рентабельности собственного капитала (ROE) % 22,071 14,878 18,291 13,866

Период окупаемости собственного капитала Лет 5,287 8,084 6,49 8,687

Чистый дисконтированный доход (NPV) Tbic.USD 64 537 -1 151 30 111 -10 987

Себестоимость производства электроэнергии USD/кВт. ч 0,0514 0,0551 0,0533 0,0556

Сравнительные данные показателей тепловой экономичности (электрическая мощность блока ПГУ (нетто), расход электроэнергии на собственные нужды, КПД блока ПГУ при различных системах технического

охлаждения приведен для температуры наружного воздуха +30 °С на гистограммах (рис.8 —10).

438 і

4оо -

н 4о4 -СО 5 432 -2 430 -« 428 -£ 426 -л 424 - о 422 - 0 | 420 - 1 418

Ч I и I I Прямоточная Градирня Мокрый Сухая градирня система Геллера-Форго воздушный конденсатор Системы технического охлаждения

Рис.8. Электрическая мощность блока ПГУ (нетто) при различных системах технического охлаждения

51 -і г? о 50,5 - £ X £ 50 -с: С£ * 49,5 - >3 Ж и о £ 49 а 6 ш 1 1

1

Прямоточная Градирня Мокрый Сухая градирня система Геллера-Форго воздушный конденсатор Системы технического охлаждения

Рис. 9. Электрический КПД блока ПГУ при различных системах технического охлаждения

Градирня Мокрый Сухая градирня

Геллера-Форго воздушный конденсатор

системы технического охлаждения_

Рис. 10. Расход электроэнергии на собственные нужды при различных системах технического охлаждения

Расчеты показывают, что минимальную площадь застройки электростанции обеспечивает вариант с прямоточной системой на речной воде и вариант с мокрым воздушным конденсатором.

Анализ капитальных вложений и финансово-экономические показатели свидетельствует, что наиболее низкие капитальные затраты обеспечиваются в варианте с прямоточной системой и с мокрым воздушным конденсатором.

Оценочный план размещения основного оборудования на площадке ПГУ с прямоточной системой технического водоснабжения приведен на рис.11. В диссертационной работе приведены аналогичные оценочные планы для остальных трех систем технического водоснабжения.

С учетом расположения ТЭС принята прямоточная система циркуляционного речного водоснабжения для ТЭС "АЯТО".

Суммарные капиталовложения в ПГУ ТЭЦ по отдельным статьям выполнено в соответствии с базой данных на основании расчетов тепловых схем в программном комплексе ТЬегтойсуу.

Lx —-------->

Рис.11. Вид площадки размещения ПГУ с прямоточной системой TBC (корпус и стены машинного зала на виде не указаны).

Общая площадь - 2,4 Га, Длина - 221 м, Ширина -108 м.

I - Газовая турбина, 2 - КУ, 3 - Паровая турбина, 6 - Открытое распределительное устройство, 7 - Администрация, цеха и склад, 10- Резервуар обессоленной воды,

II - Резервуар сырой воды, 12 - Резервуар химической нейтрализованной воды,

15-Дороги, 16 - Парковка, 18 - Питательный насос, 21 - Противопожарный резервуар, 25 - Трансформатор ГТ, 26 - Трансформатор ПТ,

4,5,8,9,13,14,17,19,20,22,23,24 - Обозначения в данной схеме не используются._

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

По диссертационной работе можно сделать следующие выводы:

1. В результате анализа различных тепловых схем действующих и проектируемых ПГУ для реконструкции ТЭС "AZITO" выделены основные варианты данных схем.

2. Проведен анализ работы ПГУ с одноконтурными и двухконтурными КУ. Расчетным путем доказана эффективность использования ПГУ с КУ двух давлений. Электрический КПД брутто для двухконтурной схемы составляет - 50,32 % против 48,9% - одноконтурной схемы, а себестоимость производства электроэнергии 0,0514 USD/kBt*4 против 0,0519 USD /кВт*ч соответственно, для условий ТЭС «AZITO».

3. Выбраны варианты тепловых схем для технического водоснабжения ТЭС "AZITO"

4. Проведено исследования влияния температуры окружающего воздуха при различных системах TBC. Так при изменении температуры наружного воздуха от t„a=25 °С до tHB=35°C, происходит снижения электрического КПД нетто и брутто. Во всех случаях КПД ПГУ снижается с ростом Температура наружного воздуха.

5. Сравнительный анализ на базе расчетов с использованием комплекса "THERMOFLOW" показывали, что по показателям тепловой экономичности наиболее предпочтительными вариантами являются -прямоточная система и система с мокрым воздушным конденсатором, который может быть альтернативой при отсутствии или запрете на использования прямотока. Так при переходе, например, с прямоточной системы водоснабжения к системе с градирнями Геллера, номинальная мощность ТЭС уменьшается на величину 24 МВт (см. табл.2).

6. Расчеты показывают, что минимальную площадь застройки обеспечивает вариант с прямоточной системой и с мокрым воздушным конденсатором.

7. Анализ капитальных вложений и финансово-экономические показатели который автор получил с использованием комплекса "THERMOFLOW" свидетельствуют, что наиболее низкие капитальные затраты обеспечиваются в варианте с прямоточной системой и с мокрым воздушным конденсатором.

Публикации по теме диссертации

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Кеке Т.С.А., Эсмел Г., Цанев С. В., Буров В.Д. Проблема развития энергетики в государстве Кот-д'Ивуар // Энергосбережение и водоподготовка - 2011, с. 71 - 73;

2. Кеке Т.С.А., Эсмел Г., Цапев C.B., Буров В.Д. Сравнение характеристик ПТУ с одним и двумя контурами в котле-утилизаторе для условий республики Кот-д'Ивуар // Энергосбережение и водоподготовка. - 2012, с. 57-61;

3. Кеке Т.С.А., Цанев С. В. Влияние температуры воды и источников технического водоснабжения на паротурбинШх установках ПТУ с котлом-утилизатором. Расчетное исследование. // ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА // Региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭНЕРГИЯ - 2012» Материалы конференции. В 7 т. Т. 1 -Иваново: ФГБОУ ВПО Ивановский Государственный Энергетический Университет им. В.И. Ленина, 2012 -7-8 е.;

4. Кеке Т.С.А., Цанев С. В. Влияние температуры воды на входе конденсатор на показатели экономичность ПГУ в условиях Кот-д'Ивуаре (Африка). // Ярославский энергетический форум - «Молодёжные идеи и проекты, направленные на повышение энергоэффективности и энергосбережения», Ярославль - 2012, с. 16-19;

19

5. Кеке Т.С.А., Цанев С. В. Исследование влияния системы технического водоснабжения на характеристики парогазовой установки в условиях Кот-д'Ивуаре (Африка). // Современные технологии в энергетике -основа повышения надежности и безопасности оборудования ТЭС: Сб. докл. // Специализированная научно-практическая конференция молодых специалистов, посвященная 125-летию со дня рождения Л.К. Рамзина. -М.: ОАО «ВТИ», 2012. - 200-212 е.;

6. Кеке Т.С.А., Цанев С. В. Влияние температуры воды на входе конденсатор на показатели экономичность ПГУ в условиях Кот-д'Ивуаре (Африка) // Радиоэлектроника, электроника и энергетика: XIX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.В.4 т. Т. 4 М.: Издательский дом МЭИ, 2013 -130 е.;

7. Кеке Т.С.А., Орлов Г. Г. Расширение ТЭС "АгГГО" республики Кот-д'Ивуар (западная Африка) // Тезисы докладов региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов - Иваново: ГОУ ВПО Ивановский Государ. Энергетический Университет. 2009,16-17 е..

Подписано в почать • зак. ЮЦ Тир. ¡00 П.л.

Полиграфический центр МЭИ

Красноказарменная ул.,д.13

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

04201356377 На правах рукописи

Кеке Темиако Сукплу Александр

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО

ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ

КОТ-Д'ИВУАР

Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их

энергетические системы и агрегаты

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор С.В. Цанев

Москва - 2013 г.

СОДЕЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ......................................6

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................8

ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИКА В РЕСПУБЛИКЕ КОТ-Д'ИВУАР.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИННОЙ РАБОТЫ.......13

1.1. Энергетика в республике Кот-д'Ивуар...........................................13

1.1.1. Краткое описание республики "Кот-д'Ивуар"...................13

1.1.2. Наличие первичных энергетических ресурсов

топлива в республике "Кот-д'Ивуар".............................14

1.1.3. Электроэнергия в республике"Кот-д'Ивуар"....................16

1.1.4. Описание ТЭС "АгГГО"..............................................17

1.1.4.1. Характеристика района строительства

ТЭС "АгГГО"............................................17

1.1.4.2. Характеристики существующей

ТЭС 'А^ГГО"..............................................18

1.2. Актуальность создания парогазовых блоков в республике Кот-д'Ивуар............................................................................20

1.3. Обзор системы технического водоснабжения в

Схемах ПГУ...........................................................................22

1.3.1. Прямоточная система водоснабжения.............................22

1.3.2. оборотная система водоснабжения.................................26

1.3.3. оборотная система водоснабжения с искусственными охладителями-градирнями..........................................30

1.4. Постановка задачи и цели исследования........................................33

ГЛАВА 2. ВЫБОР ТИПА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ПГУ С КУ ДЛЯ

ЭНЕРГЕТИКИ РЕСПУБЛИКИ КОТ-Д'ИВУАРА.......................35

2.1. Специфика тепловой схемы ПГУ с котлом утилизатором...................35

2.1.1. Утилизационные ПГУ (ПГУ с КУ)..........................................36

2.1.2. ПГУ с котлом утилизатором (КУ) одного давления......................37

2.1.3. ПГУ с двухконтурным КУ.....................................................39

2.2. Выбор типа тепловой схемы ПГУ с КУ и системы технического водоснабжения для энергетики республики Кот-д'Ивуар..........42

2.2.1. Выбор типа тепловой схемы ПГУ с КУ для расширения

ТЭС "А71ТО" в республике Кот-д'Ивуар.................................42

2.2.1.1. Сравнение характеристик ПГУ с одним и двумя контурами в котле утилизаторе...................................42

2.2.1.2. Предлагаемая тепловая схема ПГУ с КУ для расширения ТЭС "АгГГО" в республике Кот-д'Ивуар..........................51

2.3. Выводы по второй главе.............................................................52

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ НА ВХОДЕ В КОНДЕНСАТОР НА ПОКАЗАТЕЛИ ПГУ С КУ. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ..........................................54

3.1. Влияние температуры воды и источников технического водоснабжения

на паротурбинных установок ПГУ с котлом-утилизатором...................54

3.1.1. Водяные системы охлаждения..........................................54

3.1.2. Воздушные эмиссии.......................................................55

3.2. Расчетная часть........................................................................56

3.2.1. Расчет состава и энтальпии продуктов сгорания газообразного топлива....................................................56

3.2.2. Расчет давления в конденсаторе ПТ (Рк)...............................59

3.2.3. Расчет показатели ПГУ при гнв = 32°С для условия республики Кот-д'Ивуар..................................................61

3.3. Показатели ГТУ в зависимости от гнв.............................................75

3.4. Показатели ПГУ в зависимости от гВ1.............................................76

3.5. Выводы по третьей главе............................................................81

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА «ТНЕЯМОЕЬОХУ» ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПГУ С КУ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГОБЛОКА........82

4.1. Климат республики Кот-д'Ивуар и характеристики источники охлаждающей воды ТЭС «А21ТО».................................................82

4.1.1. Климат республики Кот-д'Ивуара.............................................82

4.1.2. характеристики источники охлаждающей воды ТЭС «А21Т0».........83

4.2. Варианты исследуемых схем..........................................................84

4.2.1. Схема 1. Прямоточная система технического

водоснабжения блока..........................................................84

4.2.2. Схема 2. Сухая градирня........................................................85

4.2.3. Схема 3. Градирня Геллера-Форго (Контактный конденсатор

с сухой градирней).............................................................86

4.2.4. Схема 4. Мокрый воздушный конденсатор (Градирня

комбинированного типа)......................................................89

4.3. Расчетные исследования.............................................................92

4.3.1. Расчет тепловой схемы ПГУ с КУ и технического водоснабжения конденсатора паровой турбины с прямоточной системой...............94

4.3.2. Расчет тепловой схемы ПГУ с КУ и технического водоснабжения конденсатора паровой турбины с градирней Геллера-Форго

(Контактный конденсатор с сухой градирней).........................100

4.3.3. Расчет тепловой схемы ПГУ с КУ и технического водоснабжения конденсатора паровой турбины с мокрым воздушным конденсатором....................................................................106

4.3.4. Расчет тепловой схемы ПГУ с КУ и технического водоснабжения конденсатора паровой турбины с сухой градирней......................112

4.4. Сравнительный технико - экономический анализ систем технического водоснабжения........................................................................118

4.5. План размещения основного оборудования на площадке ПГУ при различной системе технического водоснабжения.............................121

4.6. Применение системы технического водоснабжения для расширения ТЭС "АгГГО" в республике Кот-д'Ивуар..................................................129

4.6.1. Общее описание.................................................................129

4.6.2. Схема водоснабжения...........................................................130

4.6.3. Характеристика сооружений..................................................131

4.7. Выводы по четвертой главе........................................................134

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.........................................................136

Список использованной литературы....................................................138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ABO - Аппарат воздушного охлаждения

АЭС - Атомная электростанция

ВД - Высокое давление

ВПУ - Водоподготовительная установка

ГПК - Газовый подогреватель конденсата

ГТУ - Газотурбинная установка

ГЭС - Гидроэлектростанция

ГРЭС - Государственная районная электростанция

ЕЦ - Естественная циркуляция

Д - Деаэратор

ДК - Дожимной компрессор топливного газа

ДПВ - Деаэратор питательный воды

ИС — Испарительная поверхность котла-утилизатора

КПД - Коэффициент полезного действия

КН - Конденсатный насос

КПУ - Конденсатор пара уплотнений

КУ - Котел-утилизатор

КС - Камера сгорания

НД - Низкое давление

ПГУ - Парогазовая установка

ПГУ-КЭС - Парогазовая установка конденсационного типа

ПГУ-ТЭЦ - Парогазовая установка теплофикационного типа

ПЕ - Пароперегревательная поверхность котла-утилизатора

ПН - Питательный насос

ПП - Промежуточный перегрев пара

ПСУ - Паросиловая установка

ПТУ - Паротурбинная установка

ПТС - Принципиальная тепловая схема

С - Сепаратор

СД - Среднее давление

СК - Стопорный клапан

СН - Собственные нужды установки

СП - Сетевой подогреватель

РК - Регулирующий клапан

РН - Насос рециркуляции

ТВС - Техническое водоснабжение

ТЭС - Тепловая электростанция

ТЭЦ - Теплоэлектроцентраль

ЦВД - Цилиндр высокого давления паротурбинной установки ЦН - Циркуляционный насос

ЦНД - Цилиндр низкого давления паротурбинной установки

ЦСД - Цилиндр среднего давления паротурбинной установки

ЧВД - Часть высокого давлений

ЧСД - Часть среднего давлений

ЧНД - Часть низкого давлений

ЭГ - Электрогенератор

ЭК - Экономайзерная поверхность котла-утилизатора

ВВЕДЕНИЕ

Электроэнергия - не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле -естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

•Почему же электрификация так важна для развития экономики?

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного) машинным. Подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу.

Уровень культуры человечества определяется во многом созданием и использованием источников энергии, которая многократно увеличивает возможности людей. В развитых странах в расчете на одного жителя приходится более 10 кВт.ч энергии всех видов, что в 100 раз больше мускульной мощности человека.

История развития человечества неразрывно связана с использованием энергетических ресурсов. Практически единственным источников является космическая энергия, которую Земля получает в виде солнечного излучения от своеобразного реактора - Солнца, находящегося на безопасном для всего живого расстоянии.

В настоящее время более 90 % всех энергетических ресурсов потребляемых человечеством, приходится на долю органического топлива, т.е. на отложенные запасы солнечной энергии. К другим существующим ресурсам можно отнести ядерное топливо, reo- и гидротермальную энергию недр и океана, приливную энергию, гидроресурсы суши, биомассу, что в большинстве случаев также есть результат солнечной активности.

Традиционными энергетическими ресурсами считают органическое топливо, гидроресурсы суши, ядерное топливо, а альтернативными - солнечное излучение, энергию ветра, гидротермальную энергию, энергию приливов и волн, биомассу.

На сегодняшний день известны запасы около 150.109 т нефти, 150.109 м3 12

природного газа, 1.10 т каменных и бурых углей. Использование всех этих

запасов для получения энергии эквивалентно 1.1012 т условного топлива и

составляет 1/60 доли солнечной единицы. Следует отметить, что запасы

органического топлива постоянно корректируется в сторону увеличения - в

первом приближении на порядок. Запасы растительной биомассы в сухом виде,

12

по данным различных источников, составляют до 2.10 т, что приближается к энергетическом потенциалу известных запасов нефти, природного газа и угля в месте взятых.

В любой стране энергетика является базовой отраслью экономики. От ее состояния и уровня развития зависят соответствующие темпы роста других отраслей хозяйства, стабильность их работы и энерговооруженность.

Во всем мире прогресс в теплоэнергетике связывают с решением задач по повышению эффективности, экологичности, снижению материале- и капиталоемкости, повышению надежности и эксплуатационных свойств энергетических установок тепловых электростанций.

Электрическая станция - совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для преобразования энергии первичных её источников в электрическую энергию, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают: тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо; гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды запруженных рек; атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию; иные электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.

В нашей стране республике Кот-д'Ивуар производится и потребляется значительное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается двумя основными типами электростанций: тепловыми, и гидроэлектростанциями. В Кот-д'Ивуар около 70% энергии производится на тепловых электростанциях.

Одним из признанных направлений по реализации поставленных задач является широкое внедрение в энергетику комбинированных парогазовых установок (ПГУ). В энергетическом секторе, использующем в качестве топлива природный газ или жидкое топливо, приоритет использования парогазовых установок хорошо известен.

Электроэнергетика как базовая отрасль хозяйства страны во многом определяет здоровье национальной экономики.

Главная забота государства республики Кот-д'Ивуар, руководства компании «А21ТО - Энергия» и её сотрудников - совершенствование хозяйственной деятельности. Одним из важнейших направлений этой работы является снижение издержек производства с помощью новых технических решений и технологий.

Структура топливного баланса Республики Кот-д'Ивуар в которой природный газ занимает более 50 %, создаёт благоприятные условия для широкого использования в указанных целях газовых турбин.

Применение парогазовых установок, таких, как ПГУ-325 или ПГУ-450, разработанных на базе реального оборудования, позволит уменьшить удельные расходы топлива на 25 ^ 30% по сравнению с наиболее совершенными паровыми энергоблоками сверхкритического давления.

На обычных ПГУ, при полной нагрузке в конденсационном режиме, электроэнергия производится с КПД около 51 - 53% - более высоким, чем на крупных конденсационных энергоблоках.

Схемные решения ПГУ могут быть различными в зависимости от конкретных условий, в частности, соотношения тепловых и электрических нагрузок.

В нашей республике электростанции предназначены для электроснабжения собственных нужд Кот-д'Ивуар пропиленовой и полипропиленовой компании «AZITO» и выдачи избытков электроэнергии в энергосистему Кот-д'Ивуар.

Для обеспечения высокой тепловой и коммерческой эффективности электростанция проектируется для работы по парогазовому циклу.

Установленная электрическая мощность расширяемой части ТЭС AZITO предусмотрена путем применения парогазового блока 450 МВт. В целях обеспечения надежности электроснабжения внешних потребителей парогазовый блок предусматривается с конфигурацией основного оборудования 2ГТ+2КУ+1ПТ.

В диссертационной работе автором рассмотрено влияние системы технического водоснабжения на характеристики парогазовой установки в условиях республики Кот-д'Ивуар (Африка).

Цель работы - прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, проанализировать наиболее выгодные в нынешнее время системы технического водоснабжения на характеристики парогазовой установки в условиях республики Кот-д'Ивуар (Африка), для получения электроэнергии и дать необходимые рекомендации.

Работа на данном этапе выполнена под руководством кандидата технических наук, профессора кафедра ТЭС Национальный исследовательский университет (НИУ) МЭИ Цанева C.B., которому автор выражает глубокую благодарность. Автор также выражает благодарность научному руководителю НИЛ НИУ МЭИ (ТУ) «ГТУ и ПГУ ТЭС» заведующему кафедрой ТЭС к.т.н. профессору Бурову В.Д. за ценные замечания, советы и консультации при выполнении диссертационной работы. Автор благодарит коллектив НИЛ НИУ МЭИ (ТУ) «ГТУ и ПГУ ТЭС» за сотрудничество и помощь в процессе

оформления данной работы, а также аспирантов кафедры Тепловых электростанций НИУ МЭИ (ТУ) за оказанную поддержку и содействие при создании расчетных средств. Автор работы благодарит сотрудников кафедры Тепловых электростанций НИУ МЭИ (ТУ) за ряд сделанных важных замечаний и полезных рекомендаций.

ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИКА В РЕСПУБЛИКЕ КОТ-Д'ИВУАР.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИННОЙ РАБОТЫ.

1.1. Энергетика в республике Кот-д'Ивуара 1.1.1. Краткое описание республики "Кот-д'Ивуар"

Расположенный в тропиках Западной Африки, республика Кот-д'Ивуар занимает площадь 322,462 км2. Границы: на юге она граничит с Атлантическим океаном, на востоке с Ганой, на севере с Буркина-Фасо и Мали, и на западе с Гвинеей и Либерией. Страна находится под влиянием двух типов воздушных масс: влажных экваториальных муссонов и сухого тропического воздуха, который называется "Harmattan ", с влажностью 65-90%.

В Кот-д'Ивуар существуют четыре основных климатических зоны, а именно: экваториальный климат (или климат Attiean), полувлажный тропический климат (или климат Baoulean), сухой тропический климат (или Судано-гвинейский климат), влажный тропический климат и горный климат.

На рис. 1.1 приведено географическое расположение страны на континенте Африка.

North Atlantic Ocean <t 1 3g 1 • ) 1 1 1 EUROPE ^ Mcdiiciianeon S'u wortdatlas

« 1 1 EAST

13'su • - - : - 1 ГЯО'/С or слиы«

corejivom* aFrica Arabian

сГ South Atlantic Ocean 2JÎVs N - w • e -s X 5 2 S x > « z t '......'W ih Lake Vtcxona —Г ~ iqvjATo« Indian Ocean A t*o#vc or K^fl CAГЯ1СОКЫ ЮОО ггм

оскгкрьсклр«.« хич О* ЮОО km

Рис. 1.1: Ггографическое положение государство республики Кот-д 'Ивуар.

В географии страны преобладают три типа растительности: южную часть, прибрежные бассейны и зону Судана на севере, занимают саванны. Между этими регионами, с востока на запад, преимущественно вдоль рек, распространяется лесная зона, с плотными кустарниковыми и лесными массивами. На юге республики Кот-д'Ивуар простираются равнины с болотистыми местностями и редкими холмами, не превышающими 200 метров в выс