ОАО «ФосАгро-Череповец»: новые технологии производства

Виктор Поутиайнен – ЗАО «Вапор», С.-Петербург

На череповецкой площадке компании «ФосАгро» построен новый производственный комплекс «Карбамид + ГТЭС». На строительство объекта понадобилось немногим более двух лет. Проект направлен на увеличение объемов выпускаемой продукции и обеспечение энергетической независимости предприятия. ГТЭС производственного комплекса оснащена самым современным оборудованием ведущих мировых компаний: турбина General Electric (США), котел-утилизатор фирмы Vapor Finland (Финляндия), приборы АСУ ТП, станция верхнего уровня управления – Yokogawa Electric (Япония). Электростанция полностью удовлетворяет потребность предприятия в электроэнергии, а нового цеха минеральных удобрений – в паре.

Проектные решения

При проектировании электростанции применены различные решения по размещению оборудования. В основе комплекса – современное легкосборное армированное здание с нормированной площадью остекления, с применением сэндвичпанелей. В нем размещается основное генерирующее оборудование, системы водоподготовки и деаэрации, система управления ГТЭС, диспетчерский зал, РУ10 кВ, автономные энергоисточники и т. д.

Котел-утилизатор с системой дожигающих горелок расположен на площадке в непосредственной близости к главному корпусу. Прочее оборудование станции – ГРП (высокого и низкого давления), дожимной компрессор топливного газа, система контроля выбросов, АВО систем охлаждения – смонтировано в отдельных модулях.

Одна из особенностей проектного решения – соединение закрытой переходной галереей отдельно стоящего административного четырех этажного здания с главным корпусом ГТЭС. Проектирование ГТЭС выполнялось словацкой компанией Istroenergo Group и российским НПП «Энергоперспектива» при общей координации и под руководством Vapor Finland Oy и ЗАО «Вапор».

Основное оборудование ГТЭС

Газовая турбина. Двухвальная турбина LM 2500+G4 DLE (RDMGD) простого цикла состоит из газогенератора и свободной силовой турбины. Мощность с вала силовой турбины передается на электрогенератор с горячей стороны двигателя с помощью гибкого соединения, вал которого проходит через туннель внутри выхлопного коллектора.

Газотурбинная установка является авиапроизводной, с сухой малоэмиссионной камерой сгорания. Выбор в пользу ГТУ был сделан с учетом опыта применения и наработки двигателей данного класса, высокого КПД, низкого уровня выбросов NOx.

Газогенератор включает 17-ступенчатый компрессор со степенью повышения давления 22, с поворотными направляющими лопатками, одиночную кольцевую камеру сгорания с сухой системой подавления выбросов NOx и CO (система DLE), турбину высокого давления, устройства управления и вспомогательное оборудование. Сухая малоэмиссионная камера сгорания с системой предварительного смешения топливовоздушной смеси обеспечивает эмиссию оксидов азота в пределах 25 ррm при со держании 15 % О2.

Силовая турбина – шестиступенчатая, низкого давления, имеет частоту вращения 3600 об/мин., аэродинамически соединена с газогенератором, приводится в движение выхлопными газами газогенератора. Двигатель имеет электрогидравлическую систему запуска.

Основной редуктор. Энергоблок поставляется в комплекте с понижающим редуктором с параллельными валами, обеспечивающем снижение частоты вращения выходного вала силовой турбины до требуемой частоты генератора – c 3600 до 3000 об/мин. Редуктор производится и испытывается по стандартам API с коэффициентом 1,1 и по стандартам AGMA с коэффициентом запаса 1,35.

Электрический генератор. Двухполюсный генератор с водяным охлаждением (10,5 кВ; 50 Гц) способен воспринимать полную нагрузку от газовой турбины при продолжительной непрерывной работе при любой температуре окружающего воздуха в пределах рабочего диапазона. Генератор оборудован бесщеточной системой возбуждения с постоянным магнитом. В поставку входят распределительные коробки нейтрали и фаз.

Корпус энергоблока. Звукоизолированный корпус для отсека турбины обеспечивает снижение шума в среднем до 90 дБ (A) при работе на номинальной нагрузке (на расстоянии 1 м от блока, на открытом пространстве, на высоте 1,5 м от уровня фундамента). Корпус полностью собирается и устанавливается на энерго блоке до проведения испытаний и поставки. Весь отсек турбины имеет принудительную вентиляцию. Для большей надежности предус мотрен резервный вентилятор.

Воздухозаборная система (КВОУ). Газовая турбина оснащена модульной многоступенчатой фильтрационной системой, состоящей из козырьков для защиты от непогоды, входных экранов и окончательного заграждающего фильтра. Воздух для системы вентиляции отсека турбины фильтруется до того же уровня, что и для самой турбины. Отфильтрованный воздух, прежде чем попасть на вход турбины, про ходит через шумоглушитель. Предусмотрена система антиобледенения входной воздушной камеры.

Топливная система. Энергоблок снабжен топливной системой для природного газа. Регулятор расхода топлива имеет электронное управление. Для работы на полной мощности газообразное топливо должно подаваться на вход в топливный модуль под давлением 3586 ±138 кПа. Минимальная температура топлива должна быть на 28 °C выше точки росы. Все необходимые отсечные клапаны, трубопроводы, датчики и соединение между топливным модулем и газовой турбиной входят в объем поставки GE. Дополнительно перед турбиной установлен дуплексный фильтр топливного газа и хроматограф.

Системы смазочного масла. Энергоблок снабжается двумя раздельными масляными системами: система синтетического масла для газовой турбины и минерального масла для основного редуктора и генератора. Бак синтетического масла выполнен из нержавеющей стали, бак минерального масла – из углеродистой стали со специальным окрашиванием. Трубы и элементы клапанов, контактирующие с маслом, сделаны из нержавеющей стали. Каждая масляная система имеет дублированные фильтры, один трубчатый теплообменник и управляемые термостатом электрические обогреватели.

Основные системы синтетического масла расположены внутри отсека турбины, а сам бак находится сбоку от корпуса энергоблока на раме с системой гидравлического старта. Система минерального масла представляет собой единый модуль, установленный над баком минерального масла. Это обеспечивает компактность, а также сокращает время монтажа и связанные с этим расходы.

Система управления ГТУ. В комплект поставки входят операторская и инженерная станция управления и визуализации, стойки панели управления, предназначенные для монтажа внутри помещения ГТЭС, в безопасной зоне. Система управления включает программируемые контроллеры, вибромонитор, цифровые счетчики и цифровой модуль релейной защиты генератора, модули управления подачей топлива. Сигналы о состоянии систем энергоблока и все команды на старт и останов автоматически отображаются на экране.

Табл. Основные параметры котла-утилизатора

ХарактеристикиРежим 1Режим 2
Давление перегретого пара на выходе, МПа 3,9 3,9
Температура перегретого пара на выходе, °С 360 360
Расход перегретого пара, т/ч 48,0 80,0
Температура исходной питательной воды, °С 25 25

Для передачи данных о состоянии энерго блока (статус, давление, температура и т. д.) на систему управления верхнего уровня можно использовать стандарты передачи данных Ethernet TCP/IP EGD или RS485 Modbus Port. Питание на систему управления подается от специальной системы 24 В постоянного тока, включающей аккумуляторные батареи и два за рядных устройства по 100 % требуемой мощности каждый.

Реле защиты генератора. Энергоблок снабжается микропроцессорным модулем релейной защиты генератора, установленным в панели управления турбиной. Система включает все необходимые для защиты функции.

Котел-утилизатор

Паровой котелутилизатор – водотрубный, низкого давления по газовой стороне, имеет естественную циркуляцию. Котел соединен газоходом с трактом выхлопных газов газотурбинной установки. По ходу выхлопных газов является котлом горизонтального типа, по способу компоновки поверхности нагрева – вертикальным. Поверхности нагрева изготовлены из оребренных труб. КУ оборудован дополнительными дожигающими горелочными устройствами, установленными в газоходе котла.

Котел-утилизатор эксплуатируется в непрерывном цикле в следующих режимах: без горелочных устройств (режим №1, с минимальной паропроизводительностью) и с включенными горелочными устройствами (режим №2, с максимальной производительностью). Он предназначен для рекуперации тепла выхлопных газов генератора и производства перегретого пара (на верхнем номинальном уровне давления) и подогрева питательной воды. Основные параметры парового котлаутилизатора представлены в табл.

Пар и подогрев питательной воды производятся в соответствующих трубных контурах котла, которые нагреваются выхлопными газами, проходящими через стальной корпус с внутренней теплоизоляцией.

Котел-утилизатор имеет прочную конструкцию и требует минимального технического обслуживания. Он пригоден для работы во всем диапазоне рабочих температур отработавших газов. При проектировании принимается в расчет воздействие различного температурного расширения между компонентами системы, которое обусловлено охлаждением и нагреванием в статических и переходных рабочих условиях. Нужно отметить, что данный котел не является серийным изделием – он спроектирован словацкой фирмой Istroenergo Group, a. s. и изготовлен генеральным подрядчиком – компанией Vapor Finland, OY (Финляндия, г. Нивала).

Электрическая часть

Электрическая система разделена на систему отпуска электроэнергии и систему собственных нужд ГТЭС через секции распре делительных щитов 10,5 кВ производства Siemens.

Электроэнергия выдается потребителю через разделительный трансформатор 10,5/10,5 кВ на главную подстанцию предприятия, далее через повышающий трансформатор 10,5/220 кВ в сети Вологдаэнерго под контролем РДУ (районного диспетчерского управления).

Благодаря достигнутым договоренностям, данный режим работы позволяет вырабатывать электроэнергию на полной мощности с графиком 24/7 и, как следствие, производить пар для производства с таким же графиком.

Электрическая часть собственных нужд ГТЭС включает:

  • щиты управления вспомогательным оборудованием ГТЭС;
  • сеть постоянного тока и систему бесперебойного питания;
  • трансформаторы собственных нужд;
  • щиты управления приводами и устройства ми ГТУ 0,4 кВ;
  • щиты вентиляции, освещения и прочих систем обеспечения здания.

На станции смонтирована дожимнаякомпрессорная установка производства Enerproject SA (Швейцария). ДКУ типа EGSI S100/700 WA предназначена для повышения давления топливного газа и подачи его в турбину. Производительность установки составляет 10 тыс. м3/ч. Все работы по вводу оборудования в эксплуатацию выполнили специалисты компании «Энергаз», входящей в промышленную группу Enerproject.

Компрессорная установка сконструирована для непрерывного режима интенсивного применения. Опыт показывает, что при надлежащей эксплуатации и обслуживании наработка агрегатов на отказ составляет более 14 тыс. ч.

Оснащение современного производства передовой газотурбинной электростанцией, работающей в когенерационном цикле, значительно повышает надежность энергоснабжения предприятия, повышает качество получаемой заказчиком энергии и вносит существенный вклад в повышение рентабельности производства. Применение в ГТУ малоэмиссионных технологий сжигания топлива позволяет до минимума снизить вредное воздействие станции на окружающую среду, что особенно важно, учитывая сложную экологическую ситуацию в Череповце.