Содержание к диссертации
Введение 5
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ЭКСГАУСТЕРНОЙА і
ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С «ВОЗДУШНЫМ» котлом
(ЭГТУСВК) 8
-
Актуальность создания ЭГТУ с ВК 8
-
Тепловые схемы ГТУ с внешним сжиганием угля 17
-
Технологическая готовность ГТУ 20
-
Технологическая готовность воздушных котлов .....29
, 1.5. Выводы и задачи исследования 32
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 35
2.1. Расчет тепловых схем ЭГТУ с ВК и определение показателей
тепловой эффективности 35
2.1.1.Определение внутреннего КПД турбины 35
-
Определение удельных расходов топлива по выработке электро-и теплоэнергии (физический метод) 38
-
Определение удельных расходов топлива по выработке электро- и теплоэнергии (эксергетический метод) 38
2.2. Тепловой расчет «воздушного» котла на твердом топливе
и определение конструктивно- компоновочных параметров 39
-
Расчет топки котла 41
-
Расчет радиационно-конвективного подогревателя 45
-
Расчет водяного экономайзера 47
-
Методика расчета трубчатого воздухоподогревателя 48
2.2.5 Особенности расчета ЭГТУ - ТЭЦ с применением камеры
сгорания 50
2.3.Технико-экономический критерий эффективности 51
2.3.1. Расчет технико-экономических показателей оценки
эффективности энергоблока 51
2.3.2.Эксплуатационные издержки 54
* 2.3.3.Топливные издержки 54
2.3.4. Издержки на эксплуатационный и ремонтный персонал,
I издержки на ремонт 54
2.3.5.3атраты в экологическую инфраструктуру.. 55
-
Затраты в резервные энергоблоки 56
-
Технико-экономический критерий эффективности ...60
2.4. Оценка капиталовложений в ЭГТУ-ТЭЦ 61
-
Стоимость ГТУ .......61
-
Капиталовложения в ТВП1,2 и в «воздушный» котел 62
t 2.4.3. Капиталовложения в технические системы и сопутствующее
оборудование 63
2.5. Выводы 65
ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКСГАУСТЕРНОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
С «ВОЗДУШНЫМ» КОТЛОМ. 66
3.1. Анализ показателей тепловой экономичности 66
3.1.1.Результаты расчета оптимального внутреннего КПД турбины
и параметров рабочего тела в характерных точках процесса 66
3.1.2. Результаты расчета удельных расходов топлива по выработке
электро- и теплоэнергии (физический и эксергетический метод)...69
3.2. Исследование конструктивно-компоновочных
характеристик «воздушного» котла 60
-
Оценка капиталовложений в ЭГТУ с ВК 79
-
Выводы 81
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКСНЫЙ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭГТУ 83
-
Оптимальные технико-экономические параметры ЭГТУ с ВК 83
-
Влияние единичной мощности энергоблока на критерий экономической эффективности 86
-
Общие затраты и капиталовложения ЭГТУ-ТЭЦ при оптимальных технико-экономических показателях работы 88
-
Влияние внешних факторов на оптимальные параметры
работы энергоблока и на критерий экономической эффективности 94
-
Влияние стоимости топлива 94
-
Влияние стоимости отпускаемой энергии .96
-
Влияние стоимости поверхностей нагрева «воздушного» котла..97
-
Влияние фоновой концентрации в ареале функционирования... 100
-
Влияние ставки дисконтирования 101
4.5. Тепловая схема ЭГТУ - ТЭЦ с применением дополнительной
камеры сгорания 101
4.6 Выводы 104
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .' ....107
ПРИЛОЖЕНИЕ 117
Введение к работе
Одно из перспективных направлений повышения надежности и эффективности электро- и теплоснабжения Сибири связано с созданием и внедрением парогазовых и газотурбинных установок [88,89,59,63,34]. Здесь важнейшими задачами являются: создание высокоэкономичных, надежных, экологически перспективных и в тоже время обеспечивающих быстрый возврат вложенных средств парогазовых и газотурбинных установок, и внедрение их на строящихся и реконструируемых электростанциях [91,54,55].
В настоящее время энергетики многих экономически развитых стран активно рассматривают вопрос о переводе газовых турбин, сочетающих в себе высокую надежность, малые габариты и достаточно высокий КПД, на внешнее сжигание [92, 7, 16, 59], т. е использование в качестве основного сырья твердого топлива. Уголь, запасы которого особенно велики в сибирском регионе [14], играет роль стратегического базового топлива для России, на основе которого выстраивается долговременная концепция развития электроэнергетики [7]. Нефть и газ, как энергетическое топливо, становится все менее и менее доступным для энергетики. Это связано, в первую очередь, с тем, что это сырье является валютообразующим (экспорт нефти для России составляет около 50% от добычи, газа - примерно 40%) [85,47]. Снижение использования нефтепродуктов в качестве энергетического топлива происходит вследствие увеличения глубины переработки нефти с получением большего количества продуктов легких фракций (бензин, керосин, масла и др.). Наконец, запасы этого сырья при нынешнем потреблении ограничены (50 лет) [55,75, 81], потому использование угля - это тенденция, характерная не только для российской, но и для всей мировой энергетики.
Разработка и внедрение теплофикационных газотурбинных установок на твердом топливе является одним из ключевых вопросов развития теплоэнергетики. В рамках этого направления рассматриваются некоторые новые схемы теплофикационных ГТУ [89, 35], одной из которых является ГТУ с непрямым (внешним) сжиганием угля [92] с использованием эксгаустера (ЭГТУ) [30, 78]. Подобная идея (ГТУ с ВК) уже нашла свою реализацию в ряде российских и зарубежных проектов [39] и уже планируется в ближайшее время построить несколько подобных энергоблоков с тем, чтобы отработать все технические вопросы, связанные с серийным выпуском оборудования для газотурбинных энергоблоков на твердом топливе.
Согласно этому направлению в данной работе исследуется эксгаустерная газотурбинная ТЭС, работающая на твердом топливе. Работа состоит из 4 глав:
Первая глава посвящена обзору литературы, в которой обосновывается актуальность и рассматриваются проблемы и предпосылки создания подобных ЭГТУ, а также возможные схемы ГТУ с ВК и технологическая готовность отдельных компонентов установки.
Во второй главе приводится и обсуждается схема и цикл ЭГТУ ТЭЦ с внешним сжиганием. Изложена разработанная методика расчета ЭГТУ-ТЭЦ. В частности для ГТУ с перерасширением рабочего тела в газовой турбине получены аналитические выражения для оптимальных значений различных показателей работы энергоблока. Разработана методика и математическая модель расчета пылеугольного «воздушного» котла.
В третьей главе представлены результаты исследования ЭГТУ с ВК для энергоблоков мощностью 25 ... 50МВт. Показано, что при термодинамически оптимальных параметрах ЭГТУ с внешним сжиганием имеет высокую тепловую экономичность даже при относительно невысоких температурах рабочего тела перед турбиной. Выполнен расчет «воздушного» котла и, применительно к нему, определены компоновка, расходные и термодинамические характеристики. Выявлены основные особенности конструкции и характера работы «воздушного» котла.
В четвертой главе представлены результаты технико-экономчических исследований по определению показателей работы, при которых эксплуатация
7 энергоблока на базе ЭГТУ с «воздушным» котлом будет наиболее оптимальной с точки зрения эффективности вложения денежных средств с учетом всего сопутствующего комплекса издержек и затрат по созданию и функционированию энергокомпании. В заключении даны результаты исследования и рекомендации по созданию ЭГТУ-ТЭЦ.
Результаты работы докладывались на семинарах: проблемной лаборатории НГТУ (Новосибирск, 2003...2005 гг.), региональной научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «НАУКА, ТЕХНИКА, ИННОВАЦИИ» (Новосибирск, 2002...2005 гг.), десятой всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ» (Томск, 2004г.), KORUS-2005, наука и технологии (Новосибирск, 2005 г.), инжиринговой компании по энергоаудиту, проектировании, наладке ЗАО «СибКОТЭС», международной научно-практической конференции «ИННОВАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА» (Новосибирск, ИТ СО РАН, 2005г.).
Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 8 печатных изданиях: из них 4 научных статей, 4 тезисы и конференции.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (95 наименований) и приложения. Основной текст изложен на 116 страницах, содержит 31 рисунок, 21 таблицу.
