Глава 1. Литературный обзор

Энергоэкономическая эффективность применения авиационных двигателей на ТЭС

 

Специальность: 5А520104

«Тепловые электрические станции»

 

 

Диссертация

на соискание степени магистра теплоэнергетики

 

 

Работа рассмотрена и                                                                            Научный руководитель

допускается к защите                                                                            доц. Родимкин С.Е.

                                                                                                                 _________________

Зав. кафедрой «Тепловые                                                                     Научный консультант

электрические станции»                                                                      проф. Соколова Л.А.

доц. Алимов Х.А.                                                                                  _________________

____________________

«___»__________2003 г.

 

 

Ташкент – 2003

СОДЕРЖАНИЕ

 

Общая характеристика работы.......................................................................... 3

Введение.............................................................................................................. 5

Глава 1. Литературный обзор............................................................................ 9

1.1. Конвертация авиационных газотурбинных двигателей для энергетических целей........................................................................................................... 9

1.2. Электростанции на базе АГТД в странах СНГ............................... 12

1.3. Зарубежные электростанции с авиационными АГТД..................... 18

Глава 2. Тепловой расчет газотурбинной теплоэлектроцентрали на базе АГТД 27

2.1. Описание газотурбинной ТЭЦ на базе АГТД и ее принципиальная тепловая схема......................................................................................... 27

2.2. Тепловой расчет ГТУ на базе двигателя АИ-20............................. 29

2.3. Расчет газо-водяного подогревателя сетевой воды........................ 37

2.4. Тепловой расчет вакуумного деаэратора подпиточной воды тепловой сети.................................................................................................................. 43

2.5. Технико-экономические показатели ГТТЭЦ................................... 44

Глава 3. Станция полного энергоснабжения (теплота, электроэнергия и холод) на базе конвертированного АГТД........................................................................ 46

3.1. Особенности создания источника полного энергоснабжения — теплоэлектрохладоцентрали................................................................... 46

3.2. Расчет тепловых потоков абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машины.................................................................................................... 48

Глава 4. Экономическая часть.......................................................................... 59

Выводы.............................................................................................................. 78

Литература........................................................................................................ 80

Общая характеристика работы

 

Актуальность работы. В настоящее время Узбекистан находится на пути построения правового, демократического государства с рыночной экономикой. В период перехода к рыночным отношениям, усугубившимся разрывом связей с другими республиками бывшего СССР, необходимостью выхода из экономического кризиса, в котором оказался Узбекистан после развала СССР, положение в теплоэнергетике и в энергетической отрасли экономики в целом, характеризуется значительным физическим и моральным износом основного оборудования крупных тепловых электростанций (ТЭС) Узбекистана. Это Ташкентская, Навоийская, Ново-Ангренская, Ангренская и другие ТЭС. Все они были построены еще в советское время и уже отработали от 25 до 40 лет.

В связи с указанными выше причинами качество энергоснабжения отдельных групп потребителей, особенно промышленных с непрерывным процессом производства, ухудшилось, т.к. участились случаи аварийных остановов блоков действующих ТЭС. Это приводит к логичному решению, которое сводится к децентрализации производства энергоресурсов (электроэнергии, теплоты, а в дальнейшем и холода), т.е. расположению небольшого источника энергоснабжения в непосредственной близости от потребителя.

Децентрализация энергоснабжения оказывается выгодной для конечного потребителя, который может быть владельцем независимого источника энергоснабжения.

Одним из способов создания небольшого источника энергоснабжения является конвертация авиационных двигателей и создание на их базе блочных станций заводской готовности. Эффективным оказывается комбинированное производство электроэнергии с выработкой на ее базе тепловой энергии для нужд теплоснабжения.

Тема диссертации является актуальной в силу того, что в ней рассматриваются вопросы создания теплоэлектроцентрали для небольшого населенного пункта на базе турбовинтового двигателя АИ-20, и рассмотрен вариант создания газотурбинной теплоэлектрохладоцентрали для производства всех видов энергии (тепло, холод и электроэнергии) на базе авиационных двигателей. Создание таких установок не требует больших капиталовложений и характеризуется небольшими сроками окупаемости.

Цель работы. Целью работы является обоснование возможности создания теплоэлектроцентрали на базе авиационного газотурбинного двигателя, оценка экономического эффекта от внедрения авиационных двигателей в энергетику, анализ возможных путей дальнейшего развития источников энергоснабжения на базе авиадвигателей в энергетике Узбекистана с учетом социально-экономических факторов нашей республики.

Новизна работы состоит в том, что предлагается новый путь развития генерирующих мощностей в Узбекистане, характеризующийся децентрализацией энергопроизводства путем внедрения локальных источников снабжения потребителй энергоресурсами на базе комбинированной выработки теплоты и электроэнергии с дальнейшим развитием их в источники полного энергоснабжения (теплота, электроэнергия и холод) — теплоэлектрохладоцентрали (ТЭХЦ).

Одним из способов создания децентрализованных источников снабжения энергоресурсами является внедрение в энергетику Узбекистана газотурбинной технологии производства энергии на базе конвертированных авиационных газотурбинных двигателей (АГТД). В работе рассмотрены вопросы создания источника по производству теплоты и электроэнергии на базе АГТД — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а также рассмотрен вариант по созданию на базе АГТД газотурбинной ТЭХЦ. Проведены сравнительные экономические расчеты двух вариантов, выявившие преимущества создания ТЭХЦ, по сравнению с другими вариантами.

Публикации. По теме настоящей магистерской диссертации было опубликовано 2 статьи.

Введение

 

В Узбекистане отрасль энергетики развивается преимущественно по пути увеличения единичной мощности и параметров энергоблоков конденсационных электростанций (КЭС) (Ангренская, Ташкентская, Навоийс­кая, Тахиаташская, Сырдарьинская, Ново-Ангренская и Талимарджанская ТЭС). Ряд крупных промышленных регионов снабжается электрической и тепловой энергией от теплоэлектроцентралей (Ферганская и Мубарекс­кая ТЭЦ, Навоийская ТЭС). Однако самые крупные потребители (комму­нально-бытовые) снабжаются тепловой энергией преимущественно от ра­йонных котельных, а большинство индивидуальных потребителей даже в настоящее время доволь­ствуются печным отоплением. Тем не менее, уровень энергопотребления в республике на душу населения в 3...10 раз ниже, чем в развитых странах.

Об иррациональности сложившейся структуры энергоснабжения сви­детельствуют следующие факты:

— выработка электроэнергии на КЭС сопровождается технологическими потерями низкопотенциальной теплоты (t ≈ 30 °С) в окружающую среду, составляющими более 65 % энергии сжигаемого топлива;

— на нагрев воды до 70...120 °С в котлоагрегатах для отопле­ния и горячего водоснабжения расходуется дефицитный природный газ, сжигаемый с температурой горения ≈ 2000 °С.

Кроме того, электроэнергия, вырабатываемая на КЭС с коэффициентом первичной энергии (КПЭ) 30...35 %, летом в значительных количествах расходуется на бытовые и промышленные кондиционеры, что существенно снижает конечный КПЭ топливоиспользования. Такая система энергоснабжения сложилась вследствие ведомственной разоб­щенности топливно-энергетического комплекса, низких цен на топливо, отсутствия заинтересованности промышленных предприятий и ведомств во внедрении комбинированных производств электрической и тепловой энергии с высоким КПЭ (до 80...90 %).

Повышение эффективности энергетического производства в респуб­лике возможно путем реализации следующих направлений: перевод опре­деленной части конденсационных энергоблоков в теплофикационный ре­жим; использование газовых турбин в составе парогазовых установок, а также в качестве надстройки районных котельных; создание и внед­рение автономных (локальных) установок комбинированного производс­тва электрической, тепловой энергии и холода — ТЭХЦ (микро и макро); внедрение энергоуста­новок, использующих нетрадиционные источники энергии и др.

Переход на рыночные отношения и резкое увеличение цен на энер­гетическое топливо позволяет считать комбинированное производство тепловой и электрической энергии, а в дальнейшем и холода, в Узбекистане как одно из перспективных нап­равлений.

В широком плане необходима государственная система мер, сти­мулирующих ведомства и предприятия проводить энергосберегающую по­литику. При проектировании и строительстве новых предприятий следу­ет предусматривать одновременно и строительство при них автономных энергоустановок для комплексного самообеспечения электрической, тепловой энергией и холодом. Излишки электроэнергии можно было бы направить в объединенную энергосистему по выгодным предприятию ценам. Увеличение потребления энергии можно допускать только при создании энергосберегающих предприятий, т.е. без увели­чения потребления топлива. Для такого суждения есть объективные предпосылки.

Повышение эффективности использования энер­гетического топлива в Узбекистане должно идти за счет повсеместного внедрения комбинированного производства тепловой, электрической энергии и холода путем строительства малых и средних ТЭЦ и ТЭХЦ. Целесооб­разно максимальное использование газовых турбин промышленного типа, а также конвертированных газотурбинных авиационных двигателей, отработавшие газы которых с температурой 400...550 °С можно утилизировать для получе­ния тепловой энергии и холода. В целях предотвращения коррозии ме­талла и накипеобразования в теплопроводах и на поверхностях нагрева оборудования следует внедрять безотходные технологии водоподготов­ки, например, с использованием высокоэффективных поверхностно-ак­тивных веществ.

Уровень теплового потребления в республике Узбекистан соизме­рим с потерями энергии в термодинамическом цикле действующих КЭС, что свидетельствует о наличии объективных предпосылок к резкому увеличению комбинированного производства тепловой и электрической энергии в энергоустановках различной единичной мощности от десят­ков киловатт до сотен мегаватт. Однако организация комбинированного производства на крупных ТЭС, как правило, проблематична в связи с их удаленностью от больших городов и промышленных объектов с высо­ким уровнем теплопотребления. небольшие энергоустановки для комби­нированного производства тепловой, электрической энергии, а в ряде случаев и холода, могут создаваться в небольших поселках, на про­мышленных предприятиях, в агропромышленных комплексах и даже в от­дельно стоящих жилых и общественных зданиях. Поэтому энергоустанов­ки средней и малой мощности весьма перспективны для комбинированно­го производства энергии.

Использование новой для Узбекистана технологии производства электрической и тепловой энергии на базе конвертированных авиационных двигателей является особенно актуальным для небольших населенных пунктов сельского типа. Ведь, как отметил И.А. Каримов в своей работе "Прогресс дехканского хозяйства — путь к изобилию", "есть у нас отдаленные кишлаки, которые не обеспечены питьевой водой, теплом, электричеством… Чтобы сделать их благоустроенными, государство должно выделить средства из централизованных фондов. Эта работа и стала бы нашей первой целью".[1] Благодаря созданию подобного независимого источника снабжения электроэнергией и теплотой появятся возможности по созданию, во-первых, новых рабочих мест, во-вторых, будут осваиваться новые подходы в области генерирующих источников энергии, в-третьих, качественно повысится уровень жизни населения, из-за появления собственного источника снабжения электричеством и теплом, в-четвертых, будут созданы условия для увеличения производительности труда в сельском хозяйстве. Кроме того, Президент И.А. Каримов в своей работе "Прогресс дехканского хозяйства — путь к изобилию" отметил, что "в сельском хозяйстве кроются безграничные возможности для увеличения производства продукции, повышения его эффективности"[2].

Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод, что для Узбекистана, с его большим количеством удаленных от центров производства энергоресурсов населенных пунктов, особенно в сельской местности, где проживает около 60 % населения [Л. 3], эффективным оказывается локальное производство всех видов энергетических ресурсов (электрической и тепловой энергии, а также холода), а осуществляться оно может на базе конвертированных авиационных двигателей, что позволяет снизить удельные капиталовложения в подобные установки и тем самым значительно снизить срок окупаемости денежных средств (от 1 года до 3 — 5 лет).

Глава 1. Литературный обзор