Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 20

8.  Результаты исследований эффективности охлажде ния лопаток турбин воздухом и паром/ Л. В. Арсеньев, Ю. Г. Корсов, И. Б. Митряев и др.// Тр. ЦКТИ. 1978. Вып. 165. С. 3—9.

9.  Парогазовые установки для компрессорных станций магистральных газопроводов/ Л. В. Арсеньев, Е. А. Ходак, Г. А Ромахова и др.// Энергомашиностроение. 1989. № 2. С. 12—16.

Оптимальные режимы парогазовых установок с впрыском пара

Определяются основные параметры рабочего процесса парогазовых установок с впрыском пара в газовый лоток после компрессора, обеспечивающие получение наибольшего КПД. Оцениваются возможности повышения мощности установок путем увеличения подачи впрыскиваемого пара и снижения при этом КПД. Приведены результаты расчетного исследования. Констатируется перспективность разработки и применения ПГУ рассматриваемого типа.

Газопаровая установка, в которой в качестве рабочего тела используется смесь продуктов сгорания топлива и водяного пара, известна давно. Вопросу разработки парогазовых установок (ПГУ) с впрыском пара в газовый поток посвящен ряд работ. Экспериментальные исследования впрыска воды в газовый тракт посте компрессора выполнялись в нашей стране на установках, работающих на газоперекачивающих станциях. Ввод воды для форсировки мощности использовался для авиационных газотурбинных двигателей на режимах взлета. Некоторые зарубежные фирмы в своих стационарных газотурбинных установках широко используют ввод воды и пара для снижения содержания оксидов азота в уходящих газах. В последние годы за рубежом проявляется значительный интерес к циклу с впрыском пара в газовый поток. Создан ряд установок такого типа. В ПГУ с впрыском пара (рис. 1) атмосферный воздух сжимается компрессором и полается в камеру горения, в которой происходит сгорание природного газа или распыленного жидкого газотурбинного топлива. Обессоленная вода под давлением, превышающим давление в газовом потоке, подается через поверхность нагрева экономайзера, воспринимает значительную часть тепла уходящей после турбины парогазовой смеси и подается в виде перегретого пара на впрыск в газовый поток. Впрыскиваемый пар может или подаваться непосредственно в камеру сгорания, или проходить предварительно через поверхности нагрева и охлаждать стенки камеры. В результате смешения газа и пара в потоке объем рабочего тела, проходящего через турбину, увеличивается при неизменной мощности воздушного компрессора, что приводит к значительному повышению полезной мощности турбины.

Существенным достоинством схемы является ее крайняя простота, а недостатком - необходимость подачи значительного количества обессоленной воды, которая выбрасывается в атмосферу в виде пара вместе с продуктами сгорания топлива. Конденсация пара и использование образующейся воды и скрытой теплоты парообразования в простой схеме не предусматриваются.

Несмотря на простоту схемы, определение оптимальных параметров ее работы представляет определенные трудности. Особенностями теплового расчета рассматриваемой схемы являются необходимость учета существенного изменения состава рабочего тела и зависимость теплоемкостей газов, водяного пара и их смеси, участвующих в процессах, от температуры, изменяющейся в широких пределах. В частях установки, где происходят подогрев воды, парообразование и перегрев пара, для определения количества тепла значения энтальпии должны находиться по таблицам воды и водяного пара. Вследствие сравнительно высоких температур парогазовой смеси и низких парциальных давлений водяного пара в проточной части турбины и других элементах схемы процессы, происходящие с водяным паром в газовом потоке, не заходят в область насыщения, а находятся далеко за ее пределами. Поэтому их можно рассчитывать по уравнениям для идеальных газов, а газовые смеси можно рассматривать как однородные газы со средними параметрами, определяемыми по известным термодинамическим зависимостям для газовых смесей. Процессы в теплообменных аппаратах протекают практически при постоянных давлениях. Поэтому количества передаваемого в них тепла можно определять по изменению энтальпии, а последнюю - по средней теплоемкости при постоянном давлении от 0 до t°С и температуре t. Представляется достаточным по точности использование линейной зависимости теплоемкости газов и перегретого водяного пара от температуры. Такое представление теплоемкостей и энтальпий существенно упрощает использование ЭВМ для тепловых расчетов схем.