III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

В России около 70 % оборудования тепловых электрических станций (ТЭС) выработало срок эксплуатации и устарело. Необходима массовая его замена с внедрением новых технологий производства электроэнергии и теплоты. Из числа освоенных энергетических технологий наиболее высоким экономическим потенциалом обладают парогазовые установки (ПГУ). В них реализуется  комбинированный цикл производства электроэнергии в газотурбинной установке (ГТУ), работающей на природном газе или жидком топливе, и паровой турбине, водяной пар для которой вырабатывается в утилизационном котле (УК) за счет теплоты отходящих из ГТУ газов. Кроме термодинамического совершенства ПГУ обладают рядом других преимуществ, наиболее важными из них по сравнению с ТЭС являются: в 2-3 раза меньшие удельные капитальные затраты, в 1,3-1,5 раза меньшая себестоимость производимой электроэнергии, в 3-4 раза меньшие сроки строительства, в 1,5-2,0 раза меньший экологический ущерб. Поэтому в настоящее время парогазовые установки активно развиваются и распространяются, в том числе и в энергетике России. При проектировании и создании ПГУ возможны два подхода: 1) при заданных ГТУ, т.е. выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами; 2) при незаданных ГТУ, т.е.  специально проектируемых для работы в составе ПГУ. Эти вопросы, касающиеся такого важного параметра цикла, как степень повышения давления воздуха , были рассмотрены применительно к энергетической газотурбинной установке  ГТЭ - 45У производства ТМЗ (г. Екатеринбург), работающей на природном газе. Эта ГТУ имеет номинальную электрическую мощность , температуру газов на входе в газовую турбину 1227 °С, степень повышения давления воздуха в компрессоре 13,5 и КПД на муфте 35%.  

Анализ полученных результатов показывает, что для ГТУ простого цикла оптимальное по КПД значение  составило около 45 (рис.), что значительно превосходит  13,5 в построенной ГТЭ - 45У. Следует отметить, что в практике проектирования газотурбинных двигателей при выборе степени повышения давления в качестве критерия используются: КПД (удельный расход топлива), удельная эффективная работа (удельный расход воздуха), технико-экономические показатели и пр. Возможны также компромиссные решения. При оптимизации по минимальному удельному расходу воздуха существенно упрощается компрессорная часть и в целом улучшаются массогабаритные характеристики всей ГТУ. Поэтому этот критерий часто используется для транспортных ГТУ.

Для ГТУ в составе комбинированной парогазовой установки оптимальная степень повышения давления составила около 19 (рис.), что значительно ниже, чем для ГТУ простого цикла. Это вполне закономерно, т.к. при меньших  уменьшается степень понижения давления в газовой турбине и, следовательно, при неизменной начальной температуре газа увеличивается температура газов на выходе из ГТУ (   в табл.).   В   результате    возрастает   количество пара, генерируемого в утилизационном котле, и мощность паровой турбины (табл.), что компенсирует снижение эффективности газотурбинной части комбинированной установки.

На основании изложенного можно сделать вывод, что рассматриваемая газотурбинная установка ГТЭ - 45У по степени повышения давления воздуха вполне подходит для создания на ее основе эффективной комбинированной ПГУ. 

Код для цитирования: Скопировать