Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 11

Дальнейший рост к.п.д. парогазовых установок связан не только с ростом начальных параметров, но и со схемными решениями - переходом к ПГУ с вводом (инжекцией) пара непосредственно в ГТ. Эта схема впервые была предложена академиком С.А.Христиановичем с сотрудниками. В последние годы она нашла достаточно широкое применение за рубежом, получив по латинской аббревиатуре название схемы STIG или при наличии промежуточного охлаждения воздуха в компрессоре схемы ISTIG [3, 4]. В первоначальных вариантах пар в ограниченном количестве вводился в камеру сгорания для снижения образования оксидов азота (так называемый экологический впрыск пара). В последующем количество пара, подаваемого в камеру сгорания, было увеличено. Он стал составлять значительную долю рабочего тела ГТ (энергетический впрыск пара). Это дало возможность поднять удельную (на единицу расхода воздуха на входе в компрессор) мощность ГТУ. И наконец, на третьем этапе вырабатываемый в КУ пар полностью используется в тракте ГТ - большей частью как рабочее тело, а также для охлаждения высокотемпературного лопаточного аппарата ГТ, частично или полностью замещая охлаждающий воздух. Это увеличивает эффективность охлаждения лопаточного аппарата, обеспечивает возможность повышения Т_Г до 1500-1600⁰С при использовании современных конструкционных материалов и значительно снижает потребную мощность компрессора, что существенно, поскольку доля расхода воздуха на охлаждение при высоких Т_г становится чрезвычайно большой (до 15-20 %). К.п.д. выработки электроэнергии в установке ISTIG в диапазоне температур 1400-1600°С составляет 51-56 % (рис.1).

Как видно из рис.2, значительно выше и удельная мощность на единицу расхода рабочего тела ГТ, что позволяет на базе существующего технологического оборудования, прежде всего авиационного, резко увеличить полезную мощность выпускаемых ГТ.

Тепловая схема ПГУ с впрыском пара может быть предельно упрощена: из неё исключаются паровая турбина, конденсатор и соответствующая система охлаждения циркуляционной воды (рис.3). Это создает предпосылки для существенного снижения капитальных затрат и срока ввода новых установок; при этом основная цель - достижение минимума затрат на получение электроэнергий - достигается не при предельно высоком к.п.д. установки, а при несколько более низких значениях тепловой экономичности, но при существенном упрощении тепловой схемы. Установление оптимального соотношения между целесообразным снижением тепловой экономичности и упрощением тепловой схемы представляет самостоятельную задачу и не является предметом данной статьи.

К.п.д. этой установки составляет 55,8 % при удельной мощности 1,18 МВт на 1 кг/с воздуха на входе в компрессор низкого давления.

Основные параметры установки

(условно отнесены к 100 кг/с воздуха

на входе в КНД)

Мощность, МВт   ........................................    118,8

К.п.д. нетто, %    ................................................ 55,8

Расход электроэнергии на собственные нужды, %.................................. 2,2

Расход пара, кг/с: на впрыск в камеру сгорания........................ 17,8

на охлаждение турбины высокого давления......................................... 3,3

на охлаждение турбины низкого давления и силовой турбины    .....................................   3,3

Температура уходящих газов,  ⁰С.................   149

Параметры пара в котле-утилизаторе, МПа/°С:

высокого давления...................................      4,7/470

низкого давления    .................................     1,96/400

охлаждающего, ⁰С    .....................................   350

Следует еще раз подчеркнуть, что при разработке тепловой схемы высокотемпературной ПГУ с впрыском пара преследовалась цель свести к минимуму затраты на получение электроэнергии, а не достижения максимальной тепловой экономичности. В связи с этим был принят ряд технических решений, направленных на снижение капитальных затрат и не оптимальных с точки зрения к.п.д.:

выбран сравнительно простой термодинамический цикл с одним промохлаждением воздуха при сжатии;