Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 21

Представляется возможным и целесообразным следующий способ формирования оптимального режима рассматриваемой ПГУ, т.е. режима, при котором достигается наибольший КПД для выбранных основных параметров. В качестве основных параметров, как и для любой газотурбинной установки, следует считать температуру газа перед турбиной t₃, степень повышения давления в компрессоре е и температуру уходящих газов t₆, а также температуру пара на выходе из экономайзера t_П1. Значения КПД компрессоров и газовых турбин должны приниматься возможно более высокими, как это определяется современной технологией энергомашиностроения (0,84-0,90). Нужно возможно более полно использовать тепло отработавшей парогазовой смеси после турбины с температурой t₄ , определяемое разностью температур t₄-t₆, для образования впрыскиваемого пара и подогрева его до возможно более высокой температуры t_п1, с которой пар выходит из экономайзера и поступает в камеру сгорания. Для выполнения этих условий и обеспечения получения заданной температуры t₃ необходимо определить коэффициент избытка воздуха и впрыска пара d_T(1 кг воды на 1 м³ природного газа ПГ или 1 кг жидкого топлива) таким образом, чтобы все расходы и параметры в тепловой схеме оказались взаимоувязанными. Узловыми соотношениями в этой увязке являются зависимости, определяемые тепловыми балансами камеры сгорания (I) в экономайзера (2):

V_Г h'_г3 - V_В h'_В2= Q_н^р- d_т/0,804*(h'_п3- h'_п1)      (1)

d_т= V_Г*( h'_гп4 - h'_гп6)/( h_п1 - h_w0)                   (2)

где Q_н^р - теплота сгорания топлива; V_В, V_Г и V_ГП-объемы воздуха, газов (продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха ) и газопаровой смеси, проходящей через турбину; h'_г3, h'_В2 - объемные энтальпии газа и воздуха при температурах перед турбиной и после компрессора; h'_гп4 и h'_гп6 - объемные энтальпии газопаровой смеси при температурах t₄ и t₃;h'_п3 и h'_п1 - объемные энтальпии пара при температурах t₃ и t_п1; h_п1 и h_w0 - энтальпии пара при t_n1 и воды на входе в экономайзер.

В уравнениях (1) и (2) все объемы, Q^р_Ни d_т относятся к 1 м³природного газа или 1 кг жидкого топлива.

Указанная увязка параметров в тепловом расчете схемы может производиться с помощью уравнений (1) и (2) методом последовательных приближении. Расчет тепловой схемы до камеры сгорания не вызывает трудностей. Для возможности последующего расчета надо задаться значением d_Т. Тогда на основании уравнения (1) можно определить коэффициент избытка воздуха  так, чтобы обеспечить заданную tз. Значения и d_T позволяют определить состав парогазовой смеси и все ее необходимые для дальнейшего расчета параметры. Далее выполняется расчет до конца схемы. Уравнение теплового баланса экономайзера (2) определяет значение d_Т. Найденное таким образом в конце первого шага значение d_Т, подставляется в уравнение (1), и расчет повторяется. Итеративный процесс продолжается до тех пор, пока d_Ti - d_T(i+1)  не станет менее значения, определяемого выбранной точностью расчета. Последний шаг расчета определит взаимно увязанные параметры.

Для оценки ожидаемых значений температуры парогазовой смеси после турбины t₄ и определения влияния принимаемой температуры пара на выходе из экономайзера t_п1 на КПД ПГУ была выполнена серия расчетов. Установлено, что КПД ПГУ увеличивается с повышением t_п1,. Пределом этого увеличения является t₄. Для обеспечения приемлемых размеров поверхности экономайзера необходимо чтобы t=(t₄-t_п1 )было не менее некоторого допустимого значения. За такое минимальное значение t можно экспертно принять 50-60 °С. При этих условиях полученные в результате расчетов режимы можно считать оптимальными, обеспечивающими наибольший возможный КПД ПГУ при принятых  и t_3.

Расчеты выполнялись для природного газа с Q_н^p =36 940 кДж/м³ ПГ при электрической мощности ПГУ 10 МВт. Температура воздуха перед компрессором принималась равной нулю, КПД компрессора 0,86, газовых турбин 0,88. Серии расчетов выполнялись для степеней повышения давления в компрессоре =6; 9 и 12. В каждую серию входят расчеты для начальной температуры перед турбиной t₃ =700; 800; 900 и 1000 °С. Некоторые результаты расчетов приведены в табл. 5 и в виде графиков на рис. 2.