В. Л. Жохов – НПО ЦКТИ им. И. И. Ползунова, С.-Петербург

Многолетний опыт эксплуатации показывает, что загрязнение проточных частей компрессоров и турбин в процессе работы газотурбинных двигателей приводит к снижению эффективности всей установки.
Можно затратить миллиарды рублей на закупку современной, высокоэффективной и дорогостоящей техники, сэкономив несколько тысяч на фильтрующих элементах. И эта техника очень скоро перестанет нормально работать, возрастут простои ГТУ в связи с промывкой и очисткой, не будут вырабатываться в должном объеме ни электроэнергия, ни тепло.

К вопросу о состоянии отечественного энергомашиностроения
Необходимость создания единой национальной энергомашиностроительной компании в нашей стране назрела давно. Годы перестройки тяжелым бременем легли на плечи российских энергетиков.
Стагнация – вот, пожалуй, точное определение того времени. Этой ситуацией воспользовались иностранные компании, заполнившие российский рынок своей продукцией: Siemens, Alstom, General Electric, Mitsubishi и др. Причем, планы этих компаний не сводились к единичным поставкам оборудования. Как известно, совсем недавно Siemens пыталась приобрести концерн «Силовые машины».
Решение государства в лице РАО «ЕЭС России» выкупить у холдинговой компании «Интеррос» солидный пакет акций ОАО «Силовые машины» означает, что первые шаги к созданию отечественной энергомашиностроительной компании начинают осуществляться. Как положительный фактор можно рассматривать намерение ОАО «Мосэнерго» использовать для технического перевооружения ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27 оборудование парогазовых установок (ПГУ) на базе паровых турбин Т-150 и газотурбинных установок ГТЭ-65, ГТЭ-160 (Ленинградский металлический завод), а также турбогенераторов производства «Электросила». Получил новый импульс вступивший в силу договор о проведении натурных испытаний на ТЭЦ-9 (Мосэнерго) установки ГТЭ-65, подготовка к производству которой уже началась.
Следует отметить, что использование парогазовых технологий для нужд энергетики является наиболее перспективным направлением. Электростанции с ПГУ могут работать в двух режимах – теплофикационном, вырабатывая кроме электроэнергии тепло для нужд потребителей, и в конденсационном режиме, обеспечивая выработку только электроэнергии. В концепции технической политики РАО ЕЭС отмечено, что заявки от поставщиков оборудования будут рассматриваться при условии, если показатель экономичности работы ПГУ (ее КПД) будет не ниже 52%. В дальнейшем требования к экономичности ПГУ, работающим в конденсационном режиме, будут повышены до 55%. Все это, безусловно, направлено на снижение доли цены топлива в каждом кВт·ч, отпускаемом потребителям.
При выборе поставщика оборудования для электростанции перед заказчиком часто встает вопрос, какому оборудованию отдать предпочтение – отечественному или зарубежному. Существует мнение, что отечественное газотурбостроение отстало в своем развитии от западного минимум на 50 лет, и сократить этот разрыв теперь практически невозможно. С этим нельзя согласиться.
Безусловно, достижения иностранных компаний на российском рынке в последние годы впечатляющие. Примером тому могут служить Сочинская ТЭС мощностью 78 МВт (фото 1), в состав ПГУ которой входит газотурбинная установка производства фирмы Alstom; Северо-Западная ТЭЦ, где используются ГТУ V94.2 компании Siemens, и т.д. Чтобы противостоять этой экспансии, необходимо создание единой национальной энергомашиностроительной компании, и для этого есть реальные предпосылки.
Несколько лет назад ЛМЗ приобрел у компании Siemens лицензию на производство и продажу газовых турбин V94.2. Было создано совместное российско-германское предприятие «Интертурбо», которое стало выпускать российский аналог немецкой установки – ГТЭ-160. К настоящему времени изготовлено уже 24 таких ГТУ.
Привод ГТЭ-160 входит в состав ПГУ-450 Калининградской ТЭЦ-2 (фото 2), которая недавно была запущена в эксплуатацию. Эти же двигатели планируется установить на ТЭС «Банхида» в Венгрии и «Сисак-3» в Хорватии. Следует отметить, что паровые турбины Т-150 и турбогенераторы на этих ПГУ также производства концерна «Силовые машины». Не менее востребованы на отечественном рынке и газотурбинные установки ГТЭ-65. Они предназначены для работы в составе ПГУ на городских ТЭЦ в теплофикационном режиме с коэффициентом использованного тепла (КИТ) 83…90%.

Системы воздухоподготовки для отечественных ГТУ
Модернизация оборудования ТЭЦ, находящихся в черте крупных городов, всегда представляет значительную трудность для проектантов. Желание персонала ТЭЦ получить на своем объекте новое оборудование часто сталкивается со стремлением заказчика снизить инвестиционные затраты на реконструкцию. Вместо того чтобы увеличить машинный зал всего на 5 метров, принимается решение о размещении нового оборудования на существующих площадях. В итоге происходит перенасыщение машинного зала техническими средствами. Это значительно усложняет доступ обслуживающего персонала к ГТУ для выполнения регламентных работ, нарушается техника безопасности. Проблематичным становится и размещение в предложенных габаритах комплексного воздухоочистительного устройства (КВОУ) для энергоустановки. Если ТЭЦ со всем своим оборудованием сравнивать с живым организмом, то КВОУ является «легкими» теплоэлектростанции.
Проблема подготовки циклового воздуха для ГТУ наиболее остро стоит в промышленно развитых регионах страны. Многолетний опыт эксплуатации показал [1], что в процессе работы газотурбиных двигателей происходит загрязнение проточных частей его компрессоров и турбин, что приводит к снижению эффективности всей установки. Так, снижение КПД осевого компрессора на 1%, вызванное его загрязнением, ведет к уменьшению КПД всей ГТУ на 1,5%. А при отсутствии или ненадлежащей системе воздухоподготовки такое снижение эффективности ГТУ и ПГУ в целом может произойти всего за несколько часов.
Можно затратить миллиарды рублей на закупку высокоэффективной и дорогостоящей техники и сэкономить несколько тысяч рублей на фильтрующих элементах. И эта техника очень скоро из-за загрязнения перестанет работать, возрастут простои ГТУ в связи с промывкой и очисткой, не будут вырабатываться в должном объеме ни электроэнергия, ни тепло.
Для того чтобы поддерживать выработку электроэнергии и тепла на прежнем уровне, придется затрачивать большее количество топлива, следовательно, будут снижаться КПД и КИТ парогазовой установки. Себестоимость и цена кВт.ч, а также отпускаемого тепла возрастут – это миллиарды рублей. Такова цена за ошибки при проектировании КВОУ.
В современных ГТУ и ПГУ используются новейшие технологии, внедряются технические мероприятия, направленные на повышение КПД и КИТ. Это и поворотные лопатки входного направляющего аппарата компрессора, и блоки дожигания топлива в котле-утилизаторе, теплообменные аппараты для подогрева циклового воздуха ГТУ и многое другое.
Подготовкой высококвалифицированных специалистов в этой области занимаются несколько известных технических университетов. Постоянно проводятся научно-технические конференции и семинары, посвященные актуальным вопросам энергетики. Но специалистов по разработке КВОУ, к сожалению, не готовит ни одно учебное заведение страны.
За проектирование и изготовление КВОУ берутся разные, иногда случайные компании. В результате их бурной деятельности ряд ТЭЦ и ГРЭС приобрели КВОУ, фильтрующие элементы (ФЭ) которых взяты без учета условий эксплуатации конкретных ГТУ, с необоснованно низким классом и количеством ступеней очистки циклового воздуха. Складывается впечатление, что основная цель проектантов и изготовителей таких КВОУ – это минимальные затраты в данных проектах. Так, для одной из ТЭЦ, где установлены ГТУ V64.3A компании Siemens, было спроектировано, изготовлено и поставлено КВОУ с двухступенчатой системой очистки воздуха, составной частью которой являются отечественные бумажные фильтры. Естественно, что под воздействием влажности воздуха и капельной влаги осадков фильтры набухли, перепад давления на них вырос, и они перестали очищать цикловой воздух двигателя. Через 1200 часов работы (1,5 месяца) пришлось останавливать ГТУ. Для примера: большинство западных производителей газотурбинных установок большой мощности допускают снижение выработки электроэнергии, как приемлемое, на 1% в месяц. В результате многие операторы останавливают ГТУ каждые шесть месяцев для очистки компрессора.
Вместе с зарубежными поставщиками ГТУ на российский рынок пришли и производители КВОУ (со своими фильтрующими элементами). Это, прежде всего, американская компания Donaldson и немецкие фирмы – EMW, Freudenberg, G+H. Разобраться в разнообразной продукции, предлагаемой этими компаниями, человеку несведущему практически невозможно (к тому же таких специалистов в энергетике почти нет, поскольку их никто не готовит). Поэтому на ряде ТЭЦ и ГРЭС были установлены КВОУ с фильтрующими элементами, не соответствующими климатическим условиям эксплуатации. Кроме того, низкий уровень подготовки персонала этих электростанций в вопросах воздухоочистки усугубил ситуацию. Характерным примером является СевероЗападная ТЭЦ, где не была учтена повышенная влажность воздуха в регионе. Это привело к тому, что спроектированное немецкой компанией G+H воздухоочистительное устройство с ФЭ фирмы Delbag работает неудовлетворительно [3]. На основании этого рекомендуется установить на данном объекте системы импульсной очистки компании Donaldson.
Таким образом, при непродуманном выборе отечественных или импортных КВОУ и фильтрующих систем могут возникать проблемы в вопросе воздухоподготовки ГТУ. Необходим глубокий и всесторонний анализ жизненного цикла установки с оценкой затрат на ее эксплуатацию в зависимости от примененных систем воздухоочистки циклового воздуха.
Поскольку Северо-Западная ТЭЦ пока единственная теплоэлектростанция, на которой установлены ГТУ V94.2 (ГТЭ-160), и отечественная статистика отсутствует, ниже приводятся сведения, представленные австралийским независимым экспертом в вопросах воздухоочистки – Фрэнком Маскрофтом [2].
Из таблицы видно, что последовательные затраты на дополнительное топливо, возникающие в результате работы фильтрующей системы, во много раз превосходят годовую стоимость фильтров. За срок службы установки они могут достичь огромных сумм. Таким образом, легко сэкономив несколько сотен евро на замене фильтров, можно потратить миллионы на дополнительное топливо.
Самые низкие затраты на систему фильтрации в данном случае относятся к ступени тонкой очистки Н12. Для более поздних поколений двигателей и машин большой мощности следует рассматривать фильтрующие системы Н13 и Н14. Но самый главный вывод из представленных данных должны сделать те, кто рекомендует установить систему импульсной очистки циклового воздуха на Северо-Западной ТЭЦ. Они заранее идут на увеличение стоимости эксплуатации ГТУ и рост себестоимости кВт.ч. И это при том, что капитальные затраты на установку импульсной очистки на 40% больше, чем на статическую [4]. Таким образом, применение импульсной очистки в северо-западном регионе нашей страны является как с технической, так и с экономической точки зрения необоснованным предложением.
Импульсная очистка воздуха эффективна только в пустынных районах, где часто возникают песчаные бури, и содержание пыли и песка в воздухе значительно. В Санкт-Петербурге таких концентраций пыли в воздухе не бывает.
Следует отметить, что, представляя на российском рынке свои фильтрующие элементы как образцы высокоэффективных систем, иностранные компании ссылаются на результаты испытаний ФЭ по своим стандартам: в США это ASHRAE 52.1, в Европе – EN 779 (2001), есть и другие стандарты. К сожалению, мало кто их внимательно изучал. По мнению Ф. Маскрофта, проработавшего в компании Donaldson шесть лет, американские стандарты не имеют ничего общего с реальной «американской пылью».
Другими словами, найден состав пыли, позволяющий получать высокие результаты на испытательных стендах, и он признан стандартом. Но это совсем не гарантирует таких же результатов в реальной жизни, т.е. американский стандарт не может соответствовать реальным условиям эксплуатации российских электростанций.
В связи с этим возникает правомерный вопрос к тем, кто принимает решение об установке фильтрующих элементов компании Donaldson: исходя из каких соображений даются такие рекомендации по применению фильтров, не прошедших сертификацию?
Но есть и другие примеры. Немецкая фирма EMW предложила ОАО «Газпром» испытать свои фильтрующие элементы (фото 3) на образцах российской пыли и дать экспертную оценку их эффективности. Такие испытания прошли на стендах ВНИИГАЗа [5]. Фильтрующие элементы полностью подтвердили эффективность и были рекомендованы для эксплуатации на объектах Газпрома. На данный момент ФЭ применяются уже на 36 объектах, и компания EMW не получила ни одной рекламации.
Таким образом, там, где целесообразно применение системы импульсной очистки фирмы Donaldson, она может использоваться. Но это не регионы Москвы и Санкт-Петербурга.
Что же делать отечественным энергетикам в такой непростой ситуации, когда практически нет специалистов в вопросах воздухоподготовки ГТУ и негде получить информацию по этим сложным и, как показала практика, очень «дорогостоящим» вопросам? С моей точки зрения, ответ очевиден – это создание оснащенного современным оборудованием и профессиональными кадрами независимого Центра воздухоподготовки энергетического оборудования на базе единой национальной энергомашиностроительной компании.
Все фирмы, предлагающие свою продукцию на отечественном рынке, будут обязаны пройти процедуру испытаний ФЭ в этом Центре на образцах пыли, свойственных тем регионам Российской Федерации, где планируется использование КВОУ. Только такой подход позволит избежать волюнтаристских или лоббированных решений при выборе той или иной системы воздухоочистки циклового воздуха газотурбинной установки для ТЭЦ или ГРЭС.

Использованная литература
1.    Жохов В.Л. Защита осевого компрессора с авторотирующим входным направляющим аппаратом от вращающегося срыва и помпажа // Компрессорная техника и пневматика. 2005, № 4. С.18-22.
2.    Маскрофт Ф. Эксплуатационная стоимость воздушных фильтров газовых турбин// Доклад на выставке «Нефть и Газ». Москва, 2004.
3.    Костюк Р., Блинов А., Крыкин И. Опыт эксплуатации ГТУ V 94.2 на Северо-Западной ТЭЦ // Газотурбинные технологии. 2003, №1. С.8-12.
4.    Маскрофт Ф. Статические и импульсные воздушные фильтры. Какие лучше? // Газотурбинные технологии. 2003, № 6. С.24-28.
5.    Лисицына О.В., Подгорелов С.Н., Пчелкин В.В., Шестоперова О.А. Трехступенчатые компакткассеты для подготовки циклового воздуха ГПА // Газотурбинные технологии. 2004, № 4. С.32-34.