Повышение номинальной мощности и энергетической эффективности ПГУ в условиях высоких температур наружного воздуха путем впрыска воды в газовоздушный тракт ГТУ | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Спецвыпуск

Опубликовано в Молодой учёный №23 (103) декабрь-1 2015 г.

Дата публикации: 15.12.2015

Статья просмотрена: 637 раз

Библиографическое описание:

Буров В. Д., Теплов Б. Д. Повышение номинальной мощности и энергетической эффективности ПГУ в условиях высоких температур наружного воздуха путем впрыска воды в газовоздушный тракт ГТУ // Молодой ученый. — 2015. — №23.1. — С. 11-13. — URL https://moluch.ru/archive/103/23647/ (дата обращения: 22.10.2018).

 

Мощность ГТУ пропорциональна, в основном, расходу воздуха в компрессоре и соответствует номинальному значению при стандартных внешних условиях: температуре наружного воздуха tНВ=+15 С, барометрическому давлению 101,3 кПа и относительной влажности φ=60 %. Энергетические ГТУ могут работать в интервале температур tНВ от -40 С до +40 С и их мощности при tНВ<15 С больше, а при tНВ>15 С меньше номинального значения. Одновальные энергетические ГТУ с расходом воздуха 500…900 кг/с применяются в составе высокоэкономичных ПГУ мощностью 350…750 МВт и такое летнее снижение мощности одного энергоблока исчисляется несколькими десятками МВт. Использование ГТУ и ПГУ в энергетике расширяется, и даже для продолжительности летнего периода 3…4 месяца экономические потери от сокращенной выработки электроэнергии с самым низким удельным расходом топлива оказываются весьма значительными. Эти потери возникают при прохождении максимумов нагрузки энергосистемы с неизменным участием маневренных ПГУ на природном газе.

Стабилизировать номинальную мощность современных ГТУ при tНВ15 С за счет повышения начальной температуры газов нецелесообразно из-за ускоренного исчерпания долговечности дорогостоящих охлаждаемых деталей горячего тракта. Без таких последствий форсировать мощность ГТУ в часы пик способен энергетический ввод пара. Однако, в условиях ПГУ прирост ее мощности на 1 % вводимого пара в 1,5…2,0 раза меньше, чем для автономной ГТУ с утилизацией теплоты отработавших газов без паровой турбины.

Поддержать номинальную мощность ГТУ в теплое время года позволяет контактно-испарительное водяное охлаждение циклового воздуха. Полезное уменьшение его температуры перед сжатием зависит от влагопоглощающей способности наружного воздуха и будет наибольшим, если этот воздух является горячим и сухим. Если воздух горячий и влажный (φ=80…90 %) или умеренно теплый 20…25 С и влажный φ=50…70 %, то из-за ограничения влагопоглощающей способности эффективность его предохлаждения уменьшается в несколько раз и повышение мощности ГТУ оказывается малозначительным. В этом случае поток воздуха будет избыточно увлажняется каплями воды, которые полностью не испаряются до компрессора. Вся поверхность входного тракта смачивается этими каплями, что приводит к образованию тонкой пленки жидкости, которая перемещается по направлению потока воздуха, и по мере утолщения срывается и подхватывается этим потоком. При ускоряющемся движении воздуха пленки жидкости фрагментируются в более крупные капли, чем первоначальные размером 20…40 мкм. Повторная фрагментация жидкости происходит и при срыве ее пленок с поверхности каждой лопасти ВНА непосредственно перед вращающимися рабочими лопатками. До них крупные капли могут еще отставать от основного потока и с учетом относительного движения скорость столкновения лопаток с каплями увеличивается до эрозионноопасной. Применение специального антиэрозионного покрытия для наиболее длинных рабочих лопаток компрессора значительно увеличивает их стоимость. Отмеченные негативные последствия препятствуют применению контактно-испарительного водяного охлаждения циклового воздуха ГТУ, которые эксплуатируются в умеренно-теплом климате. Исключить повторную вредную фрагментацию охлаждающей воды во входном тракте компрессора возможно организовав подвод охлаждающей воды в проточную часть компрессора. Наиболее простым и дешевым путем является ввод воды в первые ступени компрессора в количестве до 2–2,5 % от расхода воздуха.

Расчетный анализ влияния впрыска воды в первую ступень компрессора ГТУ на характеристики парогазового энергоблока выполнен с использованием математической модели ПГУ-410 Невинномысской ГРЭС, включающей в себя модели ГТУ, паротурбинной установки и котла-утилизатора. В основу расчетной модели ГТУ положены уравнения сохранения энергии и массы, а также экспериментальные характеристики, полученные при статистической обработке результатов тепловых испытаний ГТУ SGT5–4000F Невинномысской ГРЭС [1] в широком диапазоне нагрузок, наружных температур и углов установки ВНА компрессора. В алгоритме расчета переменного режима ГТУ используются экспериментальные обобщенные зависимости, необходимые для построения универсальной характеристики компрессора, а также экспериментальные зависимости для расчета КПД турбины, сопротивлений входного тракта, выхлопного тракта, тракта компрессор-турбина, потерь электрической мощности. Модель паровой части ПГУ-410 составлена с использованием программной среды Boiler Designer. Достоверность расчетной модели ПГУ-410 проверена сопоставлением результатов расчета эксплуатационных режимов с результатами тепловых испытаний ПГУ-410 Невинномысской ГРЭС.

Расчеты режимов работы ГТУ с впрыском воды в первую ступень компрессора выполнены при следующих основных допущениях [2]:

        охлаждения воздуха перед компрессором не происходит, а поскольку удельный объём впрыскиваемой воды достаточно мал, в расчетах принято, что ввод воды не оказывает влияния на работу первых ступеней компрессора и их обобщенные характеристики;

        наличие воды и её испарение в проточной части компрессора не оказывают влияния на КПД ступеней компрессора;

        нагрев жидкости и её испарение происходит в межвенцовых зазорах каждой ступени и заканчивается при достижении состояния термодинамического равновесия;

        испарение воды в проточной части компрессора происходит по линейному закону;

        впрыск воды в газо-воздушный тракт ГТУ не влияет на температуру выхлопных газов ГТУ.

При вводе воды на вход компрессора и осуществлении “влажного сжатия” воздуха происходит его постепенное охлаждение за счет испарения впрыснутой влаги и процесс сжатия в каждой ступени смещается в h, s — диаграмме влево. Значение коэффициента изоэнтропы снижается и на сжатие охлажденного воздуха затрачивается меньшая работа. Теплоемкость газов, а следовательно, и располагаемый теплоперепад в турбине при возрастании степени увлажненности газов увеличиваются, вызывая увеличение внутренней мощности турбины. Таким образом, прирост электрической мощности ГТУ при вводе воды в проточную часть компрессора обусловлен увеличением внутренней мощности турбины с одновременным снижением мощности, затрачиваемой на привод компрессора, и сопровождается увеличением КПД ГТУ.

При увеличении температуры окружающей среды уменьшение расхода воздуха, сжимаемого в компрессоре, вызывает уменьшение располагаемой мощности ГТУ и ПГУ (рис.1). При температуре наружного воздуха равной 15 °С мощность ГТУ и ПГУ составляет 280 и 420,8 МВт соответственно. При повышении этой температуры до 30 °С мощность ГТУ снижается до 260 МВт, мощность ПГУ — до 394,4 МВт, т. е. на 20 и 25,6 МВт соответственно. При температуре наружного воздуха равной 30 °С впрыск воды в первую ступень компрессора ГТУ в количестве 1 % от расхода сжимаемого в нем воздуха позволяет стабилизировать электрическую мощность ПГУ на номинальном значении и повысить КПД ПГУ на 0,5 % (табл.1). При этом прирост мощности ГТУ составляет 23 МВт (или 8.1 %), а прирост мощности паровой турбины — 2,9 МВт. Таким образом, увеличение мощности ПГУ определяется главной образом приростом мощности ГТУ при форсировании путем впрыска воды в её газовоздушный тракт.

Таблица 1

Показатели ПГУ-410 при форсировании её мощности путем ввода воды в компрессор ГТУ

, °С

15

30

0

1

2

0

1

2

0

7.1

14.3

0.0

6.9

13.8

,МВт

280

304

323

260

283

301

, %

0

7,4

14,1

0

8,1

15,8

, %

39,5

39,7

39,8

39

39,3

39,4

,МВт

140,8

143,7

146,7

134,4

137,3

140,2

, %

36,0

36,8

37,6

34,8

35,5

36,2

, %

84,2

83,8

83,3

83,9

83,5

83,0

,МВт

420,8

447,7

469,7

394,4

420,3

441,2

, %

0.0

5,7

10,8

0.0

6,1

11,9

, %

57,9

58,3

58,7

56,8

57,3

57,6

, %

0.0

0,4

0,8

0.0

0,5

0,8

 

Рис. 1. Зависимости электрической мощности ГТУ, ПТУ и ПГУ от температуры наружного воздуха

 

Литература:

 

  1.                Ольховский Г. Г., Радин Ю. А., Туз Н. Е., Мельников В. А. Тепловые испытания газотурбинной установки мощностью 280 МВт. // Электрические станции. 2014, № 5. С. 19--24.
  2.                Середа С. О., Гельмедов Ф. Ш., Сачкова Н. Г. Расчетные оценки изменения характеристик многоступенчатого компрессора под влиянием испарения воды в его проточной части. // Теплоэнергетика. 2004, № 11. С. 60--65.
Основные термины (генерируются автоматически): наружный воздух, ввод воды, электрическая мощность, проточная часть компрессора, ступень компрессора, Невинномысская ГРЭС, номинальное значение, расход воздуха, МВт, мощность, температура.


Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Рис. 1. Зависимость электрической мощности ГТУ от температуры наружного воздуха при номинальной нагрузке (1) и пиковой нагрузке (2). , - текущая электрическая мощность и мощность базового режима (при+15°С).

Повышение эффективности работы компрессорных станций за...

В целях снижения расхода электроэнергии в летний период года, на комбинате внедрена система охлаждения воздуха на входе в компрессор, т. е. снижение температуры наружного воздуха забираемого компрессором из атмосферы.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

В составе цеха имеются газоперекачивающие агрегаты номинальной мощностью от 10 до 20 МВт, состоящие непосредственно из

- недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора

Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД

Номинальная мощность, МВт. КПД, % Расход газов, кг/с.

- усложнение термодинамического цикла; - впрыск воды, водяного пара в проточную часть ГТУ.

Рост температуры газа при фиксированном значении сопровождается небольшим увеличением мощности и КПД...

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных двигателей...

Впрыск воды на вход в компрессор в количестве до 3,5...4 г/кг от расхода воздуха не вызывает нарушения работы двигателя, максимальная мощность при этом либо сохраняется, либо увеличивается, но удельный расход топлива ухудшается на несколько процентов.

Особенности использования газотурбинных установок в качестве...

Процессы модернизации электрического хозяйства и ввода в эксплуатацию новых мощностей не успевают за ростом потребления электричества.

Соответственно, все большее значение приобретают системы автономного энергоснабжения.

Мероприятия по экономии электроэнергии на компрессорных...

Номинальная мощность турбин обычно приводится для температуры воздуха 15 °С, относительной влажности 60 % и

Основные термины (генерируются автоматически): сжатый воздух, расход воздуха, конечное давление, сеть воздухопроводов, потенциальная энергия...

Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха...

Температура наддувочного воздуха дизеля оказывает большое влияние на его экономичность и надежность в работе.

Сжатый в компрессоре воздух поступает в охладители и затем в цилиндры поршневой части.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Рис. 1. Зависимость электрической мощности ГТУ от температуры наружного воздуха при номинальной нагрузке (1) и пиковой нагрузке (2). , - текущая электрическая мощность и мощность базового режима (при+15°С).

Повышение эффективности работы компрессорных станций за...

В целях снижения расхода электроэнергии в летний период года, на комбинате внедрена система охлаждения воздуха на входе в компрессор, т. е. снижение температуры наружного воздуха забираемого компрессором из атмосферы.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

В составе цеха имеются газоперекачивающие агрегаты номинальной мощностью от 10 до 20 МВт, состоящие непосредственно из

- недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора

Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД

Номинальная мощность, МВт. КПД, % Расход газов, кг/с.

- усложнение термодинамического цикла; - впрыск воды, водяного пара в проточную часть ГТУ.

Рост температуры газа при фиксированном значении сопровождается небольшим увеличением мощности и КПД...

Анализ методов защиты авиационных газотурбинных двигателей...

Впрыск воды на вход в компрессор в количестве до 3,5...4 г/кг от расхода воздуха не вызывает нарушения работы двигателя, максимальная мощность при этом либо сохраняется, либо увеличивается, но удельный расход топлива ухудшается на несколько процентов.

Особенности использования газотурбинных установок в качестве...

Процессы модернизации электрического хозяйства и ввода в эксплуатацию новых мощностей не успевают за ростом потребления электричества.

Соответственно, все большее значение приобретают системы автономного энергоснабжения.

Мероприятия по экономии электроэнергии на компрессорных...

Номинальная мощность турбин обычно приводится для температуры воздуха 15 °С, относительной влажности 60 % и

Основные термины (генерируются автоматически): сжатый воздух, расход воздуха, конечное давление, сеть воздухопроводов, потенциальная энергия...

Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха...

Температура наддувочного воздуха дизеля оказывает большое влияние на его экономичность и надежность в работе.

Сжатый в компрессоре воздух поступает в охладители и затем в цилиндры поршневой части.

Задать вопрос