газотурбинные установки, достоинства

Парогазовые установки –
особенности их работы при
участии в регулировании
частоты и мощности
Хибин Александр Александрович
Руководитель направления парогазовых и паротурбинных технологий
Санкт-Петербург 23 Сентября 2014 года
Газотурбинные установки – плюсы и минусы
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ, ДОСТОИНСТВА:
БЫСТРЫЙ РАЗВОРОТ И ВЫХОД НА ГЕНЕРАЦИЮ
МОЩНОСТИ
ВЫСОКАЯ МАНЕВРЕННОСТЬ
НЕБОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
ВОЗМОЖНОСТЬ МОНТАЖА БЕЗ СТРОИТЕЛЬСТВА
КАПИТАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ (КОНТЕЙНЕРНОЕ
ИСПОЛНЕНИЕ)
ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ, НЕДОСТАТКИ:
НИЗКИЙ К.П.Д. (ПОРЯДКА 30%)
КОРОТКИЕ МЕЖРЕМОНТНЫЕ ПРОМЕЖУТКИ.
ТОЛЬКО ОДИН ИЛИ ДВА ВИДА ТОПЛИВА (ГАЗ, ДИЗ.
ТОПЛИВО).
ВЫСОКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЧИСТОТЕ ВОЗДУХА
ГОСПОДСТВО ИНОСТРАННЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
ТУРБОАГРЕГАТОВ
Высокая температура уходящих газов на выходе ГТУ подвинула
разработчиков на разработку установки комбинированного цикла –
парогазовую установку.
•
•
•
•
СОСТАВ ПГУ:
ГТУ
КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР
ПАРОВАЯ ТУРБИНА
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ (ОБЩЕБЛОЧНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ)
ИЗЛИШКИ ТЕПЛА УТИЛИЗИРУЕТ ПАРОВАЯ
ТУРБИНА, ПРЕВРАЩАЯ ЕЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ
ПГУ ПОЛУЧИЛИ ШИРОКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ,
КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ В НИХ
РАЗНООБРАЗНА, ТИПЫ УСТАНОВОК ПРЕДСТАВЛЯЮТ
БОЛЬШОЕ МНОЖЕСТВО
К.П.Д. ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
САМЫЙ ВЫСОКИЙ СРЕДИ ТЕПЛОВЫХ
ЭНЕРГОБЛОКОВ, НО ВМЕСТЕ С ЭТИМ
УСТАНОВКИ ИМЕЮТ ВЫСОКУЮ
ТЕХНИЧЕСКУЮ СЛОЖНОСТЬ
Основные технологические особенности ПГУ
В СОСТАВЕ ОДНОГО
ЭНЕРГОБЛОКА НЕ ОДИН, А
ДВА ИЛИ ТРИ ГЕНЕРАТОРА
МОЩНОСТЬ ГАЗОВЫХ
ТУРБИН СИЛЬНО ЗАВИСИТ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА
ДЛЯ СИСТЕМНОГО ОПЕРАТОРА ОНИ ВЫГЛЯДЯТ КАК ОДИН ИСТОЧНИК
(СУММАРНОЙ) ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ – РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ НА ПГУ
ПРОИЗВОДИТСЯ ЕДИНЫМ БЛОЧНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ.
ЗИМОЙ БЛОК МОЖЕТ НЕСТИ МОЩНОСТЬ, БОЛЬШУЮ ЧЕМ НОМИНАЛЬНАЯ,
ЛЕТОМ - НАГРУЗКА БУДЕТ СУЩЕСТВЕННО НИЖЕ НОМИНАЛА. НА НАГРУЗКУ
БЛОКА ВЛИЯЮТ И СУТОЧНЫЕ ПЕРЕПАДЫ ТЕМПЕРАТУР
ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ НАДО УЧИТЫВАТЬ ПРИ РАСЧЕТАХ КОРИДОРА
НАГРУЗОК И ЗАПАСА ПО МОЩНОСТИ ДЛЯ РАБОТЫ УСТАНОВКИ В РЕЖИМЕ
РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ. ЛУЧШЕ, ЧТОБЫ ЭТО БЫЛ ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
(В РЕЖИМЕ ON-LINE)
ТУРБИНА ПАССИВНА, ЕЕ МОЩНОСТЬ НА ГЕНЕРАТОРЕ ЗАВИСИТ ОТ МОЩНОСТИ
ГЕНЕРАТОРОВ ГАЗОВЫХ ТУРБИН.
ГЛАВНАЯ ЗАДАЧА ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ – МАКСИМАЛЬНАЯ
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛА
РАБОТАЕТ С ПОЛНОСТЬЮ ОТКРЫТЫМИ РЕГУЛИРУЮЩИМИ КЛАПАНАМИ В
РЕЖИМЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО ДАВЛЕНИЯ ПАРА.
ПОПЫТКА ПРИВЛЕЧЕНИЯ К РЕГУЛИРОВАНИЮ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ СЕТИ
РЕЗКО СНИЖАЕТ К.П.Д. БЛОКА, ТАК КАК ТУРБИНЕ ПРИДЕТСЯ ДРОССЕЛИРОВАТЬ
ПАР
• РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ПГУ ПРОИЗВОДИТСЯ ПОСРЕДСТВОМ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТОЛЬКО
НА ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ
• ПАРОВАЯ ТУРБИНА МЕНЯЕТ НАГРУЗКУ ПО ФАКТУ ИЗМЕНЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ГЕНЕРИРУЕМОГО ПАРА В
КОТЛАХ-УТИЛИЗАТОРАХ, С ТЕМПОМ СООТВЕТСТВУЮЩИМ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ КОТЛА НА ИЗМЕНЕНИЕ
НАГРУЗКИ НА ГТУ (ВРЕМЯ ОТКЛИКА ПРИМЕРНО 3 – 6 МИНУТ)
• РАБОТА ПГУ В РЕЖИМЕ НОРМИРОВАННОГО ПЕРВИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ – ФАКТИЧЕСКИ УЧАСТВУЮТ
ТОЛЬКО ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ
Работа в режиме первичного регулирования
СТРУКТУРА РЕГУЛЯТОРА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ:
• КОРРЕКТОРЫ ЧАСТОТЫ «СИДЯТ» В КОНТРОЛЛЕРАХ (САУ) ГАЗОВЫХ
ТУРБИН
• НА ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ КОРРЕКТОР ЧАСТОТЫ НЕ РЕАЛИЗУЕТСЯ, РАБОТАЕТ
ТОЛЬКО РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ УЧАСТИЯ В ОПРЧ.
• РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ПОЛУЧАЕТ ИНФОРМАЦИЮ ОТ КОРРЕКТОРОВ ГТУ
ОБ ИХ СРАБАТЫВАНИИ, ВЕЛИЧИНЕ ПРОИЗВЕДЕННОЙ КОРРЕКЦИИ
МОЩНОСТИ И УЧИТЫВАЕТ ЕЕ В СВОЕЙ РАБОТЕ
КОРРЕКТОРЫ
ЧАСТОТЫ НАСТРОЕНЫ
НА РАБОТУ, ИСХОДЯ
ИЗ НОМИНАЛЬНОЙ
МОЩНОСТИ ТОЛЬКО
СВОИХ МАШИН
СУММАРНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ
СРАБАТЫВАНИЯ КОРРЕКТОРОВ
ЧАСТОТЫ ПО ВЕЛИЧИНЕ МОЩНОСТИ
БУДЕТ МЕНЬШЕ ТРЕБУЕМОГО
ЗНАЧЕНИЯ, РАСЧИТЫВАЕМОГО ИЗ
МОЩНОСТИ ВСЕЙ ПГУ
СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ НАГРУЗКИ
НА ЭТОМ ЭТАПЕ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ РЕГУЛЯТОРОВ
ЧАСТОТЫ ГАЗОВЫХ ТУРБИН В
СОСТАВЕ ПГУ
ОСТАТОК НЕ ВЗЯТОЙ МОЩНОСТИ
ПРОИЗВОДИТСЯ РЕГУЛЯТОРОМ
МОЩНОСТИ БЛОКА ПГУ
ПОСРЕДСТВОМ УВЕЛИЧЕНИЯ
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ НАГРУЗКИ
НА ЭТОМ ЭТАПЕ ЗАВИСИТ ОТ
БЫСТРОДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРОВ
МОЩНОСТИ ГТУ ПРИ ИХ РАБОТЕ В
ШТАТНОМ РЕЖИМЕ
ПО МЕРЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ГЕНЕРИРУЕМОГО КОТЛАМИУТИЛИЗАТОРАМИ ПАРА МЕНЯЕТСЯ
НАГРУЗКА НА ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ
РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ БЛОКА
КОРРЕКТИРУЕТ СУММАРНУЮ
НАГРУЗКУ БЛОКА, ИЗМЕНЯЯ
ЗАДАНИЕ ДЛЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
Но у ПГУ есть еще «Подводные» камни…
Локальные автоматические системы управления
(ЛСАУ) – иногда вреда больше чем пользы
ПЕРЕЧЕНЬ СИСТЕМ, ИМЕЮЩИХ ЛСАУ
ЧАЩЕ ВСЕГО:
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ СТРЕМИТСЯ
РЕАЛИЗОВАТЬ КОНТРОЛЬ И
УПРАВЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЕМ НА
СВОИХ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВАХ (ЛСАУ).
ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП РЕАЛИЗАЦИИ
ЛСАУ – АВТОНОМНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ.
ОСНОВНОЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА
ПРОЦЕССОМ - СО СВОИХ
СОБСТВЕННЫХ ДИСПЛЕЕВ ИЛИ
МОНИТОРОВ
•
•
•
•
•
•
•
•
ПОСТ ПОДГОТОВКИ ГАЗА
ДОЖИМНЫЕ КОМПРЕССОРНЫЕ СТАНЦИИ
ДОЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА КОТЛОВУТИЛИЗАТОРОВ
СИСТЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ
ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ГРАДИРНИ
ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ
КОМПЛЕКСНЫЕ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ
НАСОСЫ ПЕРЕМЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Основная проблема –отсутствие концепции
по интеграции систем в единую АСУ ТП
Чаще всего проектировщик идет путем наименьшего
сопротивления или полагается на опыт поставщиков САУ
Как результат, интеграция систем минимальна, или
отсутствует полностью
Управление подсистемами энергоблока производится с
мониторов разных систем на БЩУ или требуется
периодический контроль за работой системы
оперативным персоналом по месту
Возможности контроля и управления динамическими
процессами энергоблока ограничены
РЕЗУЛЬТАТ ТАКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ«ПОЛУЧИТЬ ЭНЕРГОБЛОК РОССЫПЬЮ»
ГТУ – наиболее острые проблемы
ПАРК ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК, РАБОТАЮЩИХ НА ТЕРРИТОРИИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ - ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И
ВОЗМОЖНОСТИ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ
СУЩЕСТВЕННО ОТЛИЧАЮТСЯ МЕЖДУ СОБОЙ
БОЛЬШИНСТВО ГАЗОВЫХ ТУРБИН В СОСТАВЕ ПАРОГАЗОВЫХ
УСТАНОВОК – ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ВСЕ ОНИ
ПОСТАВЛЯЮТСЯ СО СВОЕЙ СОБСТВЕННОЙ СИСТЕМОЙ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПРОИЗВОДИТЕЛИ НЕ ЗАДУМЫВАЮТСЯ О НЕОБХОДИМОСТИ
РЕАЛИЗАЦИИ НЕОБХОДИМОГО НАБОРА КОМАНД УПРАВЛЕНИЯ И
СИГНАЛОВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИХ ТУРБИН В СОСТАВЕ ПАРОГАЗОВОЙ
УСТАНОВКИ
ТУРБИНА ПРЕДЛАГАЕТСЯ С ЛОГИКОЙ УПРАВЛЕНИЯ,
СООТВЕТСВУЮЩАЯ СТАНДАРТАМ ИНОСТРАННЫХ
ГОСУДАРСТВ. ВСТРЕЧАЮТСЯ ТУРБИНЫ, У КОТОРЫХ
КОРРЕКТОРЫ ЧАСТОТЫ НЕ РЕАЛИЗОВАНЫ
ПТ – наиболее острые проблемы
ВСТРЕЧАЮТСЯ ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И
ИНОСТРАННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ТРЕНД НАСТОЯЩЕГО ВРЕМЕНИ –
ПОСТАВКА ТУРБИНЫ СО СВОЕЙ САУ
ЗА 15 ЛЕТ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭНЕРГОБЛОКОВ НИ ВСТРЕТИЛОСЬ НИ
ОДНОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, У КОТОРОЙ ЛОГИКА УПРАВЛЕНИЯ
УЧИТЫВАЛА ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТУРБИНЫ В СОСТАВЕ ПГУ
В СОБСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВ СИГНАЛОВ И
КОМАНД УПРАВЛЕНИЯ НЕ ДОСТАТОЧЕН ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ В
ЕДИНУЮ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ. ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ
КРАЙНЕ ОГРАНИЧЕНЫ И ОРИЕНТИРОВАНЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ
ТУРБИН В СОСТАВЕ ПАРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ
ВСТРЕЧАЮТСЯ ТУРБИНЫ, У КОТОРЫХ РАСХОДНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРУЮЩИХ БОЛЬШЕ, ЧЕМ ТОГО
ТРЕБУЕТСЯ ДЛЯ ЭНЕРГОБЛОКА. ЭТО МОЖНО БЫЛО БЫ
ЧАСТИЧНО КОМПЕНСИРОВАТЬ, НО ИЗ-ЗА ОГРАНИЧЕННОСТИ В
ФУНКЦИЯХ УПРАВЛЕНИЯ, ПРЕДОСТАВЛЕННЫХ ПОСТАВЩИКОМ
ТУРБИНЫ, ЭТО СТАНОВИТСЯ НЕ ВОЗМОЖНЫМ
Тепловая схема блока – желание проектировщика
сэкономить или упростить
НЕТ БАЙПАСА ГАЗОХОДА КОТЛА
ОТСУТСТВУЮТ ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ МАНЕВРЕННОСТЬ БЛОКА, ЕГО ПУСКИ
СТАНОВЯТСЯ ДЛИННЫМИ, А СКОРОСТИ ПЕРЕХОДА С
ОДНОГО РЕЖИМА НА ДРУГОЙ СНИЖАЮТСЯ
ПРОЕКТИРОВЩИК РАЗРАБАТЫВАЕТ
ТЕПЛОВУЮ СХЕМУ С ПОДХОДАМИ
ДЛЯ КЛАССИЧЕСКИХ
ПАРОТУРБИННЫХ БЛОКОВ, ЧАСТЬ
ОСОБЕННОСТЕЙ ПГУ НЕ
УЧИТЫВАЕТСЯ
ИЗ СХЕМЫ УБИРАЕТСЯ КИП, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ
АВТОМАТИЗАЦИИ ВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УЗЛЫ НЕ РАССЧИТАНЫ НА БЫСТРО
МЕНЯЮЩИЕСЯ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
УЧТЕНЫ НЕ ВСЕ «КОМБИНАЦИИ» ПЕРЕХОДА С ОДНОГО
РЕЖИМА РАБОТЫ БЛОКА НА ДРУГОЙ, ПРОСЧИТАНЫ НЕ
ВСЕ СОЧЕТАНИЯ РАБОТАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
УБРАНЫ ВПРЫСКИ В
ПАРОПРОВОДАХ
ПРОДУВКА В АТМОСФЕРУ
УСТАНОВЛЕНА НЕ В ТОМ МЕСТЕ
ОТСУТСТВУЮТ НЕОБХОДИМЫЕ
ДРЕНАЖИ
КОЛЛЕКТОРА ПАРОПРОВОДОВ
СОЕДИНЕНЫ НЕ ВЕРНО
КОНДЕНСАТНО-ПИТАТЕЛЬНЫЙ
ТРАКТ НЕ СПОСОБЕН
КОМПЕНСИРОВАТЬ «УДАРНЫЕ»
ИЗМЕНЕНИЯ РАСХОДОВ
• ЧАСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРИХОДИТСЯ ДЕЛАТЬ «НА РУКАХ»
• ТЕРЯЕТСЯ МАНЕВРЕННОСТЬ УСТАНОВКИ, ОСОБЕННО ПРИ ПУСКАХ ЭНЕРГОБЛОКА
• СНИЖАЕТСЯ «СВОБОДА МАНЕВРА» ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДИСПЕТЧЕРСКОГО
ГРАФИКА И КОМПЕНСАЦИИ ПОТЕРЬ, СВЯЗАННЫХ С ЗАДЕРЖКАМИ ПУСКОВ БЛОКА
• ОТСУТСТВУЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ БЫСТРОГО ПУСКА БЛОКА ПРИ АВАРИЙНЫХ
ОСТАНОВАХ
Стандарты НПРЧ и АВРЧМ – это только то, чего нужно
достичь…Но сейчас не хватает понимания как это сделать…
МОЖЕТ БЫТЬ ТАК?:
ТРЕБУЕТСЯ РАЗРАБОТКА СТАНДАРТА ПО КОМПЛЕКСУ ТЕХНИЧЕСКИХ
МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЯЗАТЕЛЬНЫХ К ИСПОЛНЕНИЮ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ТЕПЛОВЫХ СХЕМ БЛОКА ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
НЕОБХОДИМО РАЗРАБОТАТЬ ПЕРЕЧЕНЬ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ЛСАУ В ЕДИНУЮ АСУ ТП
ТРЕБОВАНИЯ СТАНДАРТА ДОЛЖНЫ ПОПАДАТЬ В ТТ ДЛЯ ПОСТАВЩИКОВ
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В РФ УЖЕ СУЩЕСТВУЕТ ОПЫТ УДАЧНЫХ РЕАЛИЗАЦИЙ ПГУ, ЕСТЬ И
ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. ЕГО НАДО СИСТЕМАТИЗИРОВАТЬ, ОПРЕДЕЛИТЬ
НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ