СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С УЧАСТИЕМ В ПЕРВИЧНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ
METHOD FOR OPERATION OF A COMBINED-CYCLE GAS PLANT WITH PARTICIPATION IN PRIMARY FREQUENCY CONTROL

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования на парогазовых установках (ПГУ).
Энергоблоки ПГУ обычно включают в себя следующее основное оборудование: одну или две газотурбинные установки (ГТУ), каждая из которых со своим электрогенератором, котлы-утилизаторы (КУ) для выработки пара одного, двух, или трех давлений, равные количеству ГТУ, и паротурбинную установку (ПТУ), включающую в себя свой электрогенератор, и подключенную по пару к КУ.
Все генерирующие установки энергосистемы, включая ПГУ, должны обеспечить изменение мощности при изменении частоты тока в энергосистеме с характеристиками, указанными в (Стандарт организации АО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.100.004-2016 «Нормы участия парогазовых и газотурбинных установок в нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности» [1] и Стандарт организации АО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.100.003-2012 «Регулирование частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России. Нормы и требования» [2]). При скачкообразном отклонении частоты за пределы «мертвой полосы» первичного регулирования, вызывающем необходимость реализации первичной мощности более 5% номинальной мощности ПГУ, генерирующая установка должна гарантированно в пределах регулировочного диапазона выдать за 30 секунд часть требуемой первичной мощности в объеме 5% номинальной мощности ПГУ (т.е. со скоростью 10% номинальной мощности ПГУ в минуту) и 10% номинальной мощности генерирующего оборудования за время не более 2 минут (что составляет 5% номинальной мощности ПГУ в минуту), при допустимом отклонении в размере 1% номинальной мощности ПГУ.
Изменение мощности ГТУ путем одновременного изменения расхода воздуха, за счет использования воздушного направляющего аппарата (ВНА), и топлива в камеру сгорания позволяет обеспечить максимальную ее тепловую экономичность. Однако, в связи с достаточно высокой требуемой скоростью изменения мощности ПГУ, не всегда возможно ее обеспечить изменением мощности только ГТУ в связи с ограничениями условий ее надежной работы.
Известен способ и система автоматического регулирования мощности парогазовой установки, содержащий по меньшей мере одну ГТУ со своим электрогенератором, соответствующее количество подключенных к газовым выхлопам указанных установок КУ и параллельно подключенную к последним по пару ПТУ, заключающийся в том, что при отклонении от номинального значения частоты электрической сети сигнал задания на изменение мощности распределяют по системам регулирования ГТУ и паровой турбины (ПТ), причем в системе регулирования ПТ соответствующий сигнал задания пропускают через элементы форсирования. Указанный сигнал задания в системе регулирования ПТ дополнительно распределяют на сигналы задания управления клапанами высокого и среднего давлений указанной ПТ (RU 2671659, F01K 13/00, 2018 [3]).
Недостатком [3] является то, что для работы ПТ на пониженной мощности с целью участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме появляется необходимость прикрытия клапанов цилиндров высокого и среднего давления ПТ, что приводит к дросселированию пара, и, как следствие, к снижению эффективности работы ПГУ. При этом снижение экономичности будет наблюдаться как при использовании ПТ с дроссельным парораспределением, так и при использовании ПТ с сопловым парораспределением.
Наиболее близким аналогом является вариант ПТУ и корпуса ПТ, содержащей первый и второй впускные каналы для приема поступающего пара, причем первый впускной канал расположен на ПТ в зоне более высокого давления, чем второй впускной канал, и электромеханическую систему управления, функционально присоединенную к первому и второму клапанам и предназначенную для регулирования количества поступающего пара, подаваемого к каждому впускному каналу, первому и второму, исходя из потребности в нагрузке на ПТ и давления поступающего пара, при этом электромеханическая система управления выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного открытия второго клапана в ответ на увеличение потребности в нагрузке на ПТ (RU 2583178, F01K 13/02, F01D 17/18, 2016 [4]).
Недостатком известной установки [4] является то, что рассматривается только ПТУ, независимо от способа получения тепла для повышения мощности. Применительно к ПГУ необходимо рассматривать совмещение форсирования как газотурбинных, так и паротурбинных установок. Кроме того, отсутствуют методы применения обводного парораспределения для эффективного участия генерирующих установок в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности эксплуатации ПГУ при участии в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является эксплуатация ПГУ с повышенной эффективностью относительно существующих способов участия ПГУ в первичном регулировании частоты со сниженной на требуемый резерв мощностью.
Указанный технический результат достигается тем, что на ПГУ, содержащей по меньшей мере одну ГТУ со своим электрогенератором, соответствующее количество КУ, соединенных с выхлопом ГТУ и содержащих рабочие контуры, включающие в себя барабаны, ПТ со своим электрогенератором и вспомогательным оборудованием, подключенную по пару к КУ, по меньшей мере, двумя проточно сообщающимися паропроводами с установленными на них дроссельно-регулирующими клапанами, один из которых подводит пар в голову паровой турбины, а второй в промежуточную ступень с более низким давлением, согласно предложенного способа работы, при участии энергоблока в первичном регулировании частоты изначально ГТУ недогружена относительно номинальных значений и, как следствие, ПТУ также работает на неполной нагрузке с закрытым дроссельно-регулирующим клапаном байпасного паропровода, расположенным в зоне более низкого давления. При снижении частоты тока в энергосистеме, возможно увеличение мощности ГТУ и перегрузка ПТУ путем увеличения расхода пара в камеру промежуточной ступени. За счет повышения давления в промежуточных ступенях, ПТУ сможет пропустить большее количество пара и обеспечить увеличение мощности. В начальный промежуток времени увеличение паропроизводительности произойдет за счет аккумулированной теплоты в КУ, а далее уровень паропроизводительности будет поддерживаться за счет увеличившегося расхода продуктов сгорания через КУ.
Сущность изобретения заключается в обеспечении повышения эффективности функционирования ПГУ на пониженной мощности с целью участия в регулировании частоты тока в энергосистеме на основе использования ПТ с обводным парораспределением, что позволяет на пониженной нагрузке избежать дросселирования пара в ПТ, и повысить таким образом эффективность всей ПГУ.
Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг.1), где показана упрощенная схема ПГУ в соответствии с описанием разработанного способа. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - компрессор ГТУ; 2 - камера сгорания ГТУ; 3 - газовая турбина (ГТ); 4 - электрогенератор ГТУ; 5 - котел-утилизатор; 6 - дроссельно-регулирующий клапан; 7 - дроссельно-регулирующий клапан; 8 - ПТ; 9 - электрогенератор ПТУ; 10 - вспомогательное оборудование ПТУ.
При участии ПГУ в первичном регулировании частоты основное время ПГУ работает на сниженной на требуемый резерв нагрузке посредством сниженной мощности электрогенератора 4 ГТ 3 путем сниженных расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания 2 компрессором 1, и расхода топлива. При этом ПТ 8 со своим электрогенератором 9 и вспомогательным оборудованием 10 работает на сниженной нагрузке с полностью открытым дроссельно-регулирующим клапаном 6 в голову ПТ 8 (что позволяет добиться максимальной эффективности ПТ 8), и полностью закрытым дроссельно-регулирующим клапаном 7 в промежуточную ступень ПТ 8.
В случае снижения частоты тока в энергосистеме ПГУ повышает мощность со скоростью, заданной требованиями системного оператора, путем увеличения мощности электрогенератора 4 ГТ 3 посредством увеличения расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания 2 компрессором 1, и расхода топлива. Увеличение мощности ПТ 8 производится открытием дроссельно-регулирующего клапана 7 в промежуточную ступень ПТ 8. В начальный промежуток времени увеличение паропроизводительности произойдет за счет аккумулированной теплоты в КУ 5, а далее уровень паропроизводительности будет поддерживаться за счет увеличившегося расхода продуктов сгорания через КУ 5.
Выполнение требований системного оператора в случае повышения частоты происходит путем снижения расхода воздуха, подаваемого в камеру сгорания 2 компрессором 1, и расхода топлива, что приводит к снижению мощности электрогенератора 4 ГТ 3. При этом снижение мощности ПТ 8 производится прикрытием на заданный уровень дроссельно-регулирующего клапана 6 в голову ПТ 8, при полностью закрытом дроссельно-регулирующим клапане 7 в промежуточную ступень ПТ 8.
Отличительным признаком способа эксплуатации ПГУ в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме является повышенная эффективность ПГУ в целом, вследствие того, что при работе на сниженной на требуемый системным оператором резерв нагрузке отсутствует дросселирование пара в ПТ, входящей в состав ПГУ.