Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 18

При открытом воздушном охлаждении газовой турбины, при той же начальной температуре газа максимальный уровень к. п. д. комбинированной установки на 2,0—2,5% ниже.

Преимущество в экономичности установок с паровой системой охлаждения значительно возрастает при сравнении в сопоставимых условиях теплового состояния охлаждаемых элементов турбины, поскольку использование пара позволяет существенно повысить начальную температуру газа по сравнению с рассматриваемой в настоящей работе ее нижней границей.

Эффективность установок при комбинированной системе охлаждения занимает промежуточное положение, причем в рассмотренном диапазоне изменения П_к сохраняется примерно одинаковая разность между к. п. д. установок с различными системами охлаждения. Результаты расчетов показывают, что с точки зрения термической эффективности П_к может выбираться в достаточно широком диапазоне.

Согласно отечественному и зарубежному опыту проектирования и изготовления компрессоров в настоящее время имеется возможность создания однокорпусного компрессора со степенью повышения давления до 18—20. Степени повышения давления в компрессоре П_к=15,3 и расходы воздуха 395 и 577 кг/с приняты при разработках с учетом возможности повышения П_к в компрессоре установки ГТЭ-115, создаваемом в настоящее время НПО «Турбоатом» совместно с НПО ЦК.ТИ, и осевом компрессоре, смоделированном с агрегата ГТН-25 ПО ТМЗ путем увеличения числа ступеней.

Одним из факторов, который следует учитывать при выборе П_к, является температура газа за турбиной, уровень которой определяет, с одной стороны, возможность создания последней ступени турбины и ее выходного патрубка, а с другой стороны — эффективность утилизационного контура. При начальной температуре пара 540—560°С температура газа за турбиной должна быть на уровне 580—600 °С.

При выбранном значении П_к температура газа за турбиной с комбинированным охлаждением составляет 594°С (рис. 2).

Исследование параметров парового контура проводилось с использованием характеристик известных паротурбинных блоков, принятых в качестве аналогов. Начальное давление пара оказывает существенное влияние на к. п. д. установки (рис. 3,а). Повышение давления от 9 до 24 МПа приводит к росту к. п. д. на 1,6%. Это происходит вследствие увеличения средней температуры подвода тепла в утилизационном контуре, вызванного повышением относительного расхода пара высокого давления d₁, сопровождающимся снижением относительного расхода пара низкого давления d₂. В то же время начальная температура пара оказывает слабое влияние на к. п. д., не превосходящее 0,2—0,3% в диапазоне изменения температуры от 450 до 540 °С. Прослеживается тенденция некоторого роста к. п. д. по мере снижения начальной температуры пара и повышения температуры промежуточного перегрева. Это позволяет выбирать температуру пара в достаточно широком диапазоне, ориентируясь на повышение маневренных характеристик установки, увеличение к. п. д. паровых турбин и снижение стоимости их изготовления.

Следует отметить слабое влияние параметров пара на температуру уходящих газов t_yx (4°С во всем рассмотренном диапазоне). Это подтверждает сделанный ранее вывод о том, что температура уходящих газов при современных методах проектирования утилизационного контура бинарных установок с высокотемпературными газовыми турбинами может выбираться исходя из условий эксплуатации, экологических и других факторов.

Давление промежуточного перегрева слабо влияет на к. п. д. (рис. 3,6), что позволяет упростить структуру утилизационного контура путем совмещения отборов пара на промежуточный перегрев и на охлаждение газовой турбины, а также потоков пара, возвращаемого из системы охлаждения газовой турбины, и контура низкого давления (см. рис. 1).

Для оценки уже на первой стадии расчета тепловой схемы установки размеров парогенератора с конвективным характером теплообмена может быть использован параметр — приведенная поверхность нагрева [9]:

F_ПР=kF/Gc_p

где k— средний для всего парогенератора коэффициент теплопередачи; G — расход газа; с_р — теплоемкость газа; F— поверхность.