Турбина-левиафан: GE добавляет энергии
Именно поэтому возникла идея резкого (почти в 2 раза) наращивания мощности КТЭЦ-3. Рядом с действующей ТЭЦ, было воздвигнуто новое производственное помещение. «Оно примерно в 5 раз меньше старого корпуса, - говорит Антон Маслов, руководитель отдела управления проектами GE Power в России/СНГ, - однако с помощью нового оборудования, установленного здесь, выработка электроэнергии увеличится практически втрое». Как это стало возможным? Все дело в том, что новая очередь ТЭЦ-3 строится на основе технологий XXI века. Место паросиловых установок здесь займет одна-единственная газовая турбина. Впрочем, это не простая турбина, а самая большая и самая эффективная газотурбинная установка из существующих на сегодня в мире. Это турбина 9HА.01 производства завода GE во французском Бельфоре».
Для примера – небольшое сравнение. Казань – город-миллионник. И вот в таком большом городе 9HA.01 способна за счет выдаваемых ей 389 МВт покрыть потребность в электричестве всех здешних домохозяйств (без учета предприятий и учреждений). Всего одна, пусть и огромная машина, может, таким образом, резко нарастить генерирующие мощности региона. Однако достоинства 9HA.01 не только в ее высокой мощности, но и в уникальной эффективности: КПД машины в простом цикле составляет 41,7%, при том что у паровых машин этот показатель составляет около 30-35%. У турбины, поставленной в Татарстан, на сегодня есть лишь одна «сестра-близнец». Она не покидала пределов Франции и установлена на электростанции Бушен. Станция принадлежит компании EDF, однако сама турбина находится пока во владении GE и является своего рода испытательным стендом. Машина работает в парогазовом цикле, то есть отработанные газы нагревают воду в котле-утилизаторе, а оттуда пар устремляется на лопатки паровой турбины, также связанной с электрогенератором. В такой связке вся система демонстрирует рекордный КПД 62,2%. Представители GE надеются, что вскоре этот показатель удастся повысить до 65%, если модифицировать паровую турбину.
На Казанской ТЭЦ-3, правда, таким путем решено было не идти и от установки дополнительной паровой турбины отказались, решив направить пар от котла утилизатора в существующую часть станции для производства дополнительной электроэнергии в комбинированном цикле на действующих паровых турбинах и отпуска пара от них промышленным потребителям и подогрева воды в системе централизованного теплоснабжения города Казань.
Турбина 9HA в разрезе
Большие размеры газотурбинной установки – не самоцель. Проектирование и строительство такой большой и сложной машины представляет дополнительные сложности. Например, для повышения КПД турбины требуется свести до минимума зазор между лопатками и стенками проточной части. Это прецизионная механика, реализовать которую на таких гигантских масштабах очень непросто. С увеличением размера турбины вырастает и время, которое отводится на испытания, предшествующие вводу машины в эксплуатацию. Вместе с тем 9HA.01 способна достаточно быстро набирать и сбрасывать нагрузку, что делает агрегат эффективным инструментом стабилизации сети в регионе.
Значительную роль в выборе сыграл и уникальный КПД установки, достигнутый особой конструкцией камеры сгорания, компрессора, лопаточного аппарата турбины. Кроме того, 9HA.01 отличается низким уровнем выбросов вредных окислов азота (NOX) которые образуются в условиях высоких температур. «Традиционным методом снижения уровня NOX, рассказывает Антон Маслов, - является впрыскивание воды или пара, что обеспечивает понижение температуры газовой смеси. Однако применение такой технологии приводит к появлению агрессивной среды в проточной части, в результате чего снижается ресурс турбины и уменьшаются межремонтные интервалы. Это приводит к экономическим потерям. В 9HA.01 использована технология сухого подавления NOX. Смысл ее в особой конструкции камеры сгорания. Горение происходит не концентрированно, а распределяется по объему камеры таким образом, что общая температура остается слишком низкой для образования большого количества NOX».
Важной частью проекта модернизации КТЭЦ-3 стала доставка газотурбинной установки и генератора с площадки производителя на КТЭЦ-3. Турбина диаметром 6 м и весом 400 т. транспортировалась на барже сначала по морям, а затем по рекам и каналам к Зеленодольску – городу в окрестностях Казани. Именно здесь с нуля был построен причал «ro ro jetty», рассчитанный на разгрузку транспортных судов без крана. Разгрузка осуществлялась с помощью погрузчика, который въезжал прямо на палубу. Так удалось обойтись без сверхмощных кранов, которых в порту Зеленодольска просто нет.
От Зеленодольска до места установки оборудованию GE предстояло преодолеть всего несколько десятков километров, однако этот путь был вовсе непрост и потребовал разработки отдельного логистического проекта. «Если дорога пересекала мост, говорит Антон, - надо было предварительно получить заключение проектного института, о том, что сооружение способно выдержать сотни тонн груза, а при необходимости провести работы по усилению конструкций моста. Другая проблема – эстакады над дорогой, по которым проходят кабели и трубопроводы, принадлежащие, в основном, промышленным предприятиям. Эти сооружения возводились с учетом стандартных автомобильных габаритов, но на транспортировку цилиндрического объекта диаметром 6 м, да еще и поставленного на колесную платформу, рассчитаны не были». В каких-то случаях удавалось найти объезд, в других – приходилось договариваться с предприятиями о временном демонтаже эстакад. Это было непросто с учетом того, что трубопроводы и кабели могли обслуживать производства непрерывного цикла и даже временное их перекрытие могло серьезно сказаться на технологических процессах. Как бы то ни было, логистические проблемы были успешно решены.
В ближайшее время на новой площадке ТЭЦ-3 будет завершен монтаж центральной линии установки (турбина и генератор). Первый розжиг планируется в конце декабря этого года. Еще 3 месяца займут пуско-наладочные работы и отработка всех режимов согласно требованиям системного оператора. Весной 2017 г. 9HA.01 должна начать работу и обеспечить Казань энергией на многие годы вперед.
Фотографии здесь и выше предоставлены пресс-службой ТГК-16
«Этот проект уникальный не только в Татарстане, но и по всей России, - рассказывает Руслан Гиззатуллин, заместитель генерального директора ОАО «ТАИФ» по энергетике и информационным технологиям. – Он крайне необходимый для повышения эффективности Казанской ТЭЦ-3. К окончанию 2016 года планируется обеспечить высокую готовность энергоблока к вводу в эксплуатацию и включению его в электрическую сеть. Решение этой задачи, несомненно, будет способствовать успешной реализации стратегии ОАО «ТГК-16» по обновлению основных фондов в целях обеспечения надежного и бесперебойного энергоснабжения потребителей и позволит сохранить эффективность работы в изменяющихся условиях функционирования рынка энергии и мощности».
Справка о спикере
Антон Маслов окончил Российский Государственный Технологический Университет по специальности машиностроение в 2001 году. Антон обладает многолетним опытом работы на проектах ремонта и долгосрочного сервисного обслуживания индустриальных газовых турбин ведущих энергетических компаний. Он присоединился к GE 2007 году в качестве менеджера проектов по строительству электростанций в России, и спустя шесть лет, в 2013 году, возглавил департамент по управлению проектами GE Power в России/СНГ. С сентября 2016 года Антон Маслов курирует проекты GE Power (включая проекты подразделения Alstom) в регионе.