Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 24

При этом будут нарушаться условия оптимального (базового) режима и КПД будет падать, но мощность может быть существенно повышена. В этом случае максимальное дополнительное количество топлива b, которое может быть подано на 1 кг (1 м³ ПГ) топлива базового режима, определяется соотношением

b=(1/2) -1             (6)

где 1 и 2 -  коэффициенты избытка воздуха в базовом режиме и в режиме форсировки.

Соответствующее этому топливу дополнительное количество пара d_т на 1 кг (1 м³ ПГ) топлива базового режима составит

d_Т=(bQ_н^Р)/(h_П3-h_W0)                       (7)

где h_П3 и h_W0  - энтальпии водяного пара при температуре t₃ и воды дополнительного потока, кДж/кг,

Газопаровой поток перед турбиной образуется в результате смешения продуктов сгорания топлива коэффициентом избытка воздуха ₂ в количестве

                                                                     (8)

с общим количеством пара                             (9)

(в м³ на 1 кг топлива или на I м³ природного газа в базовом режиме).

Дальнейший расчет может быть произведен по зависимостям, рассмотренным выше. Результаты таких расчетов для базовых режимов с =12 и t₃ =700 800, 900 и 1000°С приведены  на рис4. При расчете были приняты минимальные допустимые значения ₂=1,03, что определяет максимальную форсировку: максимальное увеличение подачи воды на впрыск и расхода топлива.

Данные свидетельствуют о большой возможности форсировки. Мощность ПГУ может быть таким образом увеличена в 3,5 раза при t₃= 700°С и в 1,9 раза при 1000°С. При этом удельный расход топлива повышается в 1,5-1,35 раз. Расход газопаровой смеси через турбину увеличивается в 1,9-1,5 раза, а расход воды - в 7,9-2,3 раза. Для реализации таких режимов необходимо решение конструктивных вопросов по камере смешения и сгорания, а также турбины вплоть до установки специальной пиковой турбины, по мощности соизмеримой с мощностью турбины базового режима.

Аналогично предыдущему были получены аппроксимирующие формулы:

где т, e и k_dимеют те же значения, что и для формулы (3); зависимость (11) дана для природного газа, а для жидкого топлива КПД на 0,2 % (абс.) ниже, чем для природного газа;

N^Ф_ПГУ - относительная электрическая мощность ПГУ при максимальной форсировке.

На базе проведенных исследований была подана заявка на изобретение и получен патент.

Экспериментальное исследование влияния впрыска пара в камеру сгорания ГТУ на характеристики агрегата

Богорадовский Г.И.¹, канд. техн. наук, Кореневский Л.Г, инж., ТемировА.М., канд. техн. наук, Голод Л.А., инж.

Приведены результаты экспериментального исследования влияния впрыска пара в камеру сгорания ГТУ на характеристики агрегата. Выполнен сравнительный анализ теплотехнических характеристик газотурбинного двигателя при впрыске пара и без него.

В практике современного газотурбостроения имеется немало примеров форсирования работы ГТУ путем добавки пара в проточную часть турбины. Однако такой способ работы в нашей стране не получил распространения, так как подавляющее количество стационарных ГТУ установлено на газопроводах, где имеются значительные сложности с подготовкой воды и пара требуемого качества. Этот способ должен найти широкое применение на газотурбинных тепловых электростанциях, где имеется пар необходимых параметров.

ПО "Невский завод" в настоящее время разрабатывает на базе газоперекачивающего агрегата ГТН-25 унифицированный ряд энергетических газотурбинных установок мощностью 30-45 МВт, предназначенных как для работы в автономном режиме, так и в составе ПГУ. Поэтому для изучения возможностей работы ГТН-25 с впрыском пара на заводском испытательном стенде были проведены соответствующие исследования. Агрегат ГТН-25, работающий по открытому циклу, состоит из двухкаскадного газогенератора и свободной силовой турбины полезной мощности. Камера сгорания агрегата кольцевая, встроенная с микрофакелъным горелочным устройством. Впрыск пара осуществляется перед камерой сгорания в выходное сечение диффузора за КВД шестью подводами равномерно по окружности. Параметры пара: давление до 2,5 МПа, температура 350 °С. Расход пара по техническим условиям ограничивался 12-15 т/ч, но составляет 2-2,5 % расхода циклового воздуха. При этом сечение подвода пара рассчитывалось как критическое. Если имеется пар более низкого давления и его значение превышает давление в цикле нa 0,2-0,3 МПа, то возможно и его применение.