О.В. Боруш, П.А. Щинников
Некоторые особенности исследования ПГУ двух давлений
В мировой энергетике все более широко распространяются парогазовые установки на основе различных газовых турбин.
|
Рис.1. Схема двухвальной ПГУ двух давлений с дожиганием топлива мощностью 345 МВт |
Достаточно широко внедряются ПГУ на базе ГТУ V64.3А (Siemens) в Германии (Ганновер-Линден, Альтбах-Дассау, Дюссельдорф), Доминиканской республике (Сан Педро), Исландии [1]. При этом для двухвальной ПГУ двух давлений в Альтбах-Дассау (Германия), рис.1, использована схема с дожиганием твердого топлива для контура высокого давления. Технические параметры ПГУ следующие: установленная мощность ~ 345 МВт; мощность ГТУ ~ 65 МВт; КПДнетто ~ 45%; параметры пара высокого давления: давление – 240 бар, температура – 540 °С, расход – 247 кг/с; параметры пара среднего давления: давление – 70 бар, температура – 542 °С, расход – 272 кг/с.
На базе ГТУ V94.3А (Siemens) в Великобритании (King’s Lynn) разработана ПГУ мощностью 350 МВт с КПД ~ 55,3%. Мощность ГТУ на уровне 265 МВт. Паровой цикл – трех давлений [2, 3].
На базе той же турбины в Португалии (Tapada do Outeiro) разработана ПГУ мощностью ~ 330 МВт с КПД ~ 54 %. Паровой цикл – трех давлений, рис.2 [4].
|
Рис.2. Принципиальная тепловая схема ПГУ трех давлений в Португалии (Tapada do Outeiro) |
В Байере (Германия) в 2005 году предполагается пуск ПГУ двух давлений установленной мощностью 561 МВт (мощность нетто ~ 494 МВт) с КПДнетто ~ 53%. Параметры пара высокого давления: давление – 110 бар, температура – 547 °С, расход – 120 кг/с; параметры пара среднего давления: давление – 31,8 бар, температура – 547 °С, расход – 140 кг/с [5].
|
Рис.3. Газовая турбина W501G фирмы Westinghouse мощностью 250 МВт |
Специалистами корпорации Siemens-Westinghouse разработан проект одновальной конденсационной установки на базе газовой турбины W501G (Westinghouse) установленной мощностью ~ 390 МВт (мощность ГТУ~250 МВт, рис.3) с КПДнетто ~ 58,4 % (ISO). Паровой цикл – трех давлений, рис.4. Удельная стоимость ПГУ ~ 400 $/кВт [6]. На рис.5 показана схема размещения основного оборудования для данной ПГУ.
|
Рис.4. Продольный разрез паровой турбины трех давлений |
|
Рис.5. Схема размещения оборудования для одновальной ПГУ: 1 – ГТ; 2 – отвод газов; 3 – генератор; 4 – подшипник; 5 – синхронизатор; 6 – ЧВД и ЧСД паровой турбины; 7 – ЧНД паровой турбины; 8 – конденсатор |
На базе газовой турбины W501F (Westinghouse) в США (Тампа, Флорида) разработана ПГУ мощностью 520 МВт с КПД ~ 56%. Паровой цикл – трех давлений с использованием котлов системы Бенсона, рис.6 [7, 8].
Фирмой Alstom разработана и пущена в 2003 году в эксплуатацию одновальная теплофикационная ПГУ в Бразилии (Termobahia). Принципиальная тепловая схема показана на рис.7. Технические характеристики ПГУ следующие: установленная электрическая мощность – 190 МВт; мощность ГТУ (GT24, ABB) – ~160 МВт; мощность паровой турбины с противодавлением (НД1-С, АВВ) – ~30 МВт; отпуск пара технологическому потребителю – 350 т/ч; котел-утилизатор вертикального типа (фирма CMI, Бельгия) с одним уровнем давления; параметры пара за котлом-утилизатором: 12,44 МПа, 568 °С. Общий объем инвестиций – ~230 млн. $ [9].
|
Рис.6. Макет ПГУ с использованием котлов системы Бенсона, двух ГТУ – W501F (Westinghouse) мощностью 160 МВт каждая и одной ПТУ мощностью 200 МВт |
|
Рис. 7. Принципиальная тепловая схема ПГУ с производственным отбором пара: 1 – пар к деаэраторам с производства; 2 – пар на производство; 3 – очищенная вода из бака; 4 – природный газ к камерам сгорания; 5 – природный и нефтяной газ к котлу-утилизатору; 6 – продувка котла-утилизатора; 7 – охладитель воздуха ГТ высокого давления; 8 – охладитель воздуха ГТ низкого давления; 9 – пар; 10 – воздух; 11 – вода |
Крупнейшие кампании-поставщики энергетического оборудования ведут дальнейшее совершенствование газотурбинной техники и технологий, разрабатываются новые паровые турбины, которые должны работать в составе ПГУ. Так, например фирмой Дженерал Электрик (США) разрабатываются паровые турбины мощностью от 50 до 300 МВт на параметры пара 16,5 МПа и 565 °С. Новые ПГУ на базе ГТУ MS9001FB могут иметь КПД на уровне 56…58% [10], а в перспективе 2010 года должны обеспечить КПД на уровне 65…68%.
Вместе с тем, вопросы, связанные с определением рационального профиля ПГУ продолжают оставаться актуальными [11, 12, 13]. Рациональный профиль может определяться на оcнове оптимизации термодинамических параметров. Теоретический цикл бинарной ПГУ двух давлений (расходов) с теплофикационным отбором пара показан на рис.8.
 |
Рис. 8. Теоретический цикл ПГУ двух давлений в Т-S диаграмме: *, 1, 0, К, 0¢, К* - характерные точки цикла; Твз, Тух, Тпв, Т – температуры воздуха, уходящих газов, питательной воды, пара на теплофикационном отборе соответственно; DТ0, DТн – венхний и нижний температурные напоры на котле-утилизаторе.
При оптимизации параметров бинарной ПГУ ТЭЦ выдерживаются положения первого и второго начала термодинамики.
Количество теплоты, переданное рабочим телом газотурбинной установки (ГТУ), равно количеству теплоты, полученному рабочим телом паротурбинной установки
,
(1)
где 
, 
–
теплота, воспринятая рабочим телом ПТУ и сбросных газов ГТУ соответственно.
Теплота сбросных газов ГТУ, передаваемая пару, кВт
, (2)
где 
– изобарная теплоемкость газов, кДж/кг×К; 
–
расход газов, кг/с; 
, 
–
температуры газов на входе и выходе из котла-утилизатора, К; 
– коэффициент, учитывающий потери
теплоносителя.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
