11.3. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных гту. Котлы утилизаторы для гту

9.1. Цикл пгу с котлом-утилизатором

Простейшим из циклов ПГУ является цикл с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ). Схема и цикл вT,s- диаграмме ПГУ с КУ представлены на рис. 9.3 и 9.4.

Газы, выходящие из газовой турбины ГТУ, поступают в котел-утилизатор ПТУ, где за счет их изобарного охлаждения нагревается вода и получается пар для паровой турбины. В КУ нет сжигания топлива, топливо сжигается только в камере сгорания ГТУ.

Соотношение расходов газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме находится в строгом соответствии, определяемым тепловым балансом котла-утилизатора

. (9.1)

В выражении (9.1) повышение энтальпии в насосе ПТУ не учитывается.

Для расчета таких схем в удельных величинах вводится удельный расход газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ

. (9.2)

Цикл ПГУ с КУ вT,s- диаграмме строится в соответствии с величиной d, т.е. для 1 кг водяного рабочего тела и dг кг газового рабочего тела (рис.9.4). При этом размерность удельной энтропии данной диаграммы будет измеряться в джоулях на килограмм пара и на Кельвин (кДж/(кгпараК)).

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с КУ соответствует процессу 2-3 и рассчитывается как

. (9.3)

Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 5-1 (для газа) и вс (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма

, (9.4)

где q2г и q2п – удельные потери теплоты в газовом и паровом контурах соответственно.

Удельная работа газового цикла определяется как

, (9.5)

где liк и liгт – удельные работы компрессора и газовой турбины.

Удельная работа парового цикла (без учета работы насоса) определяется как

. (9.6)

Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ

. (9.7)

Внутренний абсолютный КПД ПГУ с КУ определяется обычным образом:

. (9.8)

КПД ПГУ с КУ может достигать 55 %. Основным недостатком данной схемы является ограничение температуры пара на входе в паровую турбину (То) температурой уходящих газов ГТУ (Т4). В связи с этим температура tо не превышает 450 оС.

Особенностью ПГУ с КУ является нецелесообразность регенерации как в газовом, так и в паровом контурах. Регенерация в газовом контуре приведет к снижению температуры tо в паровом контуре, а регенерация в паровом контуре приведет к повышению температуры уходящих газов ГТУ Т5. Оба эти фактора вызовут снижение КПД ПГУ с КУ.

Второй особенностью ПГУ с КУ является отличие оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре (оптПГУ) от опт простого цикла ГТУ. Величина оптПГУ > опт , нахождение ее численного значения требует оптимизационных расчетов с учетом практически всех параметров ПГУ.

9.2. Цикл пгу с низконапорным парогенератором

В данной схеме ПГУ газы ГТУ также сбрасываются в паровой котел, но в отличие от ПГУ с КУ в данном паровом котле, который называют низконапорным парогенератором (НПГ), происходит сжигание топлива. За счет сжигания топлива в НПГ в данной схеме нет ограничения температуры пара перед паровой турбиной, обусловленного температурой уходящих газов ГТУ. Поэтому температура пара на выходе из НПГ to>t4 , что позволяет использовать серийные ПТУ с to=540 оС.

Схема и цикл вT,s- диаграмме ПГУ с НПГ представлены на рис. 9.5 и 9.6.

Соотношение газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме определяется тепловым балансом НПГ:

. (9.9)

Расчет величины удельного расхода газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ в соответствии с выражением (9.9) выполняется по уравнению

. (9.10)

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с НПГ соответствует процессам 2-3 и 4-5, она рассчитывается как

. (9.11)

Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 6-1 (для газа) и вс (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма

, (9.12)

где q2г и q2п – удельные потери теплоты в газовом и паровом контурах соответственно.

Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ

. (9.13)

Внутренний абсолютный КПД ПГУ с НПГ определяется обычным образом:

.

КПД ПГУ с НПГ может достигать 50 %. В таких установках может использоваться серийное паротурбинное оборудование с температурой to=550 оС и регенерацией. По типу таких схем ПГУ может быть проведена реконструкция морально устаревших ПТУ на низких параметрах пара. В этом случае не потребуется серьезной реконструкции парового котла.

studfiles.net

11.3. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных гту

В настоящее время в России серийно может изготавливаться лишь одна ГТУ — ГТЭ-150 производства ЛМЗ мощностью 161 МВт, основные характеристики которой приведены в табл. 8.1. Ее технический уровень виден из табл. 8.1 и рис. 8.16. При уровне начальной температуры в 1100 °С и при том, что она изготовлена в 1998 г., ее КПД составляет всего 31,5 % главным образом из-за неудачного компрессора.

Таблица 8.1

Отечественные ГТУ большой мощности

Реальной ГТУ, на базе которой в ближайшие годы в России будут комплектоваться новые парогазовые электростанции, работающие на природном газе, является ГТЭ-110 мощностью 110 МВт. Эта ГТУ изготовлена и проходит испытания на стенде Ивановской ГРЭС. В своем классе ГТУ (см. рис. 8.16) она имеет хорошие экономические (КПД 36 %) и массовые показатели. Однако уровень ее начальной температуры в 1210 °С был достигнут мировым газотурбостроением в начале 90-х годов. Она имеет и другой серьезный недостаток: низкую температуру уходящих газов (517 °С), не позволяющую осуществить экономичный парогазовый цикл.

В настоящее время ЛМЗ после длительного производства совместно с фирмой Siemens ГТУ типа V94.2 (см. характеристики в табл. 8.2) приобрел лицензию на изготовление этих ГТУ, маркированных как ГТЭ-160. Экономичность этой ГТУ, как видно из рис. 8.16, на 3 % (абсолютных) выше, чем у ГТЭ-150 ЛМЗ (при одинаковой начальной температуре в 1100 °С). Однако по экономичности она уступает ГТЭ-110, так как последняя имеет суще­ственно большую начальную температуру. Вместе с тем уходящие газы ГТУ V94.2 имеют 538 °С (а не 517 °С, как у ГТЭ-110), что делает ее более привлекательной для использования в составе ПГУ, чем ГТЭ-110.

12.1. Понятие о парогазовых энергетических технологиях и устройство простейшей пгу.

Парогазовыми называются энергетические установки, в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле.

На рис. 9.1 показана принципиальная схема простейшей парогазовой установки так называемого утилизационного типа. Уходящие газы ГТУ поступают в котел-утилизатор — теплообменник противоточного типа, в котором за счет тепла горячих газов генерируется пар высоких параметров, направляемый в паровую турбину.

Котел-утилизатор представляет собой шахту прямоугольного сечения, в которой размещены поверхности нагрева, образованные сребренными трубами, внутрь которых подается рабочее тело паротурбинной установки (вода или пар). В простейшем случае поверхности нагрева котла-утилизатора состоят из трех элементов: экономайзера 3, испарителя 2 и пароперегревателя 1. Центральным элементом является испаритель, состоящий из барабана 4 (длинного цилиндра, заполняемого наполовину водой), нескольких опускных труб 7 и достаточно плотно установленных вертикальных труб собственно испарителя 8. Испаритель работает на принципе естественной конвекции. Испарительные трубы находятся в зоне более высоких температур, чем опускные. Поэтому в них вода нагревается, частично испаряется и поэтому становится легче и поднимается вверх в барабан. Освобождающееся место заполняется более холодной водой по опускным трубам из барабана. Насыщенный пар собирается в верхней части барабана и направляется в трубы пароперегревателя 1. Расход пара из барабана 4 компенсируется подводом воды из экономайзера 3. При этом поступающая вода, прежде чем испариться полностью, многократно пройдет через испарительные трубы. Поэтому описанный котел-утилизатор называется котлом с естественной циркуляцией.

Рис. 9.1. Принципиальная схема простейшей ПГУ утилизационного типа

В экономайзере происходит нагрев поступающей питательной воды практически до температуры кипения (на 10—20 °С меньше, чем температура насыщенного пара в барабане, полностью определяемая давлением в нем). Из барабана сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где перегревается сверх температуры насыщения. Температура получаемого перегретого пара t0 всегда, конечно, меньше, чем температура газов θГ, поступающих из газовой турбины (обычно на 25—30 °С).

Под схемой котла-утилизатора на рис. 9.1 показано изменение температур газов и рабочего тела при их движении навстречу друг другу. Температура газов плавно уменьшается от значения θГ на входе до значения θух температуры уходящих газов. Движущаяся навстречу питательная вода повышает в экономайзере свою температуру до температуры кипения  (точка а). С этой температурой (на грани кипения) вода поступает в испаритель. В нем происходит испарение воды. При этом ее температура не изменяется (процесс a — b). В точке b рабочее тело находится в виде сухого насыщенного пара. Далее в пароперегревателе происходит его перегрев до значения t0.

Образующийся на выходе из пароперегревателя пар направляется в паровую турбину, где, расширяясь, совершает работу. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсируется и с помощью питательного насоса 6, повышающего давление питательной воды, направляется снова в котел-утилизатор.

Таким образом, принципиальное отличие паросиловой установки (ПСУ) ПГУ от обычной ПСУ ТЭС состоит только в том, что топливо в котле-утилизаторе не сжигается, а необходимая для работы ПСУ ПГУ теплота берется от уходящих газов ГТУ. Однако сразу же необходимо отметить ряд важных технических отличий ПСУ ПГУ от ПСУ ТЭС.

1. Температура уходящих газов ГТУ θГ практически однозначно определяется температурой газов перед газовой турбиной и совершенством системы охлаждения газовой турбины. В большинстве современных ГТУ температура уходящих газов составляет 530—580 °С (хотя имеются отдельные ГТУ с температурой вплоть до 640 °С). По условиям надежности работы трубной системы экономайзера при работе на природном газе температура питательной воды tп.в на входе в котел-утилизатор не должна быть меньше 60 °С. Температура газов θух, покидающих котел-утилизатор, всегда выше, чем температура tп.в. КПД котла-утилизатора составляет

,

где для оценки принято, что температура газов на входе в котел-утилизатор равна 555 °С, а температура наружного воздуха 15 °С. При работе на газе обычный энергетический котел ТЭС имеет КПД на уровне 94 %. Таким образом, котел-утилизатор в ПГУ имеет КПД существенно более низкий, чем КПД котла ТЭС.

2. Далее, КПД паротурбинной установки рассмотренной ПГУ существенно ниже, чем КПД ПТУ обычной ТЭС. Это связано не только с тем, что параметры пара, генерируемого котлом-утилизатором, ниже, но и с тем, что ПТУ ПГУ не имеет системы регенерации. А иметь ее она в принципе не может, так как повышение температуры tп.в приведет к еще большему снижению КПД котла-утилизатора.

Тем не менее, при всем этом КПД ПГУ оказывается весьма высоким. Для того чтобы убедиться в этом, рассмотрим ПГУ простой схемы (рис. 9.2), причем при рассмотрении будем принимать далеко не самые лучшие экономические показатели отдельных элементов оборудования.

Из соотношения (9.1) можно получить практически универсальное соотношение между мощностями газотурбинной и паротурбинной частью ПГУ:

(9.2)

т.е. это отношение определяется только КПД элементов ПГУ. Для рассмотренного выше примера

т.е. мощность ГТУ примерно вдвое выше, чем мощность паровой турбины. Именно это соотношение объясняет, почему ПГУ-450Т Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга состоит из двух ГТУ и одной паровой турбины мощностью примерно по 150 МВт.

Представление об устройстве электростанции с ПГУ дает рис. 8.3, на котором изображена ТЭС с тремя энергоблоками. Каждый энергоблок состоит из двух рядом стоящих ГТУ 4 типа V94.2 фирмы Siemens, каждая из которых свои уходящие газы высокой температуры направляет в свой котел-утилизатор 8. Пар, генерируемый этими котлами, направляется в одну паровую турбину 10 с электрогенератором 9 и конденсатором, расположенным в конденсационном помещении под турбиной. Каждый такой энергоблок имеет суммарную мощность 450 МВт (каждая ГТУ и паровая турбина имеют мощность примерно 150 МВт). Между выходным диффузором 5 и котлом-утилизатором 8 устанавливают байпасную (обводную) дымовую трубу 12 и газоплотный шибер 6. Шибер позволяет отсечь котел-утилизатор 8 от газов ГТУ и направить их через байпасную трубу в атмосферу. Такая необходимость может возникнуть при неполадках в паротурбинной части энергоблока (в турбине, котле-утилизаторе, генераторе и т.д.), когда ее требуется отключить. В этом случае мощность энергоблока будет обеспечиваться только ГТУ, т.е. энергоблок может нести нагрузку в 300 МВт (хотя и со сниженной экономичностью). Байпасная труба весьма помогает и при пусках энергоблока: с помощью шибера котел-утилизатор отсекается от газов ГТУ, и последние выводятся на полную мощность в считанные минуты. Затем можно медленно, в соответствии с инструкцией, ввести в работу котел-утилизатор и паровую турбину.

При нормальной работе шибер, наоборот, не пропускает горячие газы ГТУ в байпасную трубу, а направляет их в котел-утилизатор.

Газоплотный шибер имеет большую площадь, представляет собой сложное техническое устройство, главным требованием к которому является высокая плотность, поскольку каждый 1 % потерянного тепла через неплотности означает снижение экономичности энергоблока примерно на 0,3 %. Поэтому иногда отказываются от установки байпасной трубы, хотя это существенно усложняет эксплуатацию.

Между котлами-утилизаторами энергоблока устанавливают один деаэратор, который принимает конденсат для деаэрации из конденсатора паровой турбины и раздает его на два котла-утилизатора.

studfiles.net

Котлы–утилизаторы для парогазовых установок

3. 1. Котел–утилизатор к–60/3,9–350–585 (тку-1)

Паровой котел-утилизатор с многократной принудительной циркуляцией, с дожиганием природного газа предназначен для получения перегретого пара за счет тепла выхлопных газов газотурбинной установки (ГТУ) мощностью 16 МВт.

В состав котла-утилизатора входят: водяной экономайзер (2 ступени), испаритель, пароперегреватель, барабан с внутрибарабанными устройствами, трубопроводы с арматурой, циркуляционные насосы, каркас, изоляция.

Поверхности нагрева и дожигающее устройство выполнены в виде законченных блок-модулей, полностью собранных на заводе-изготовителе.

Котел- утилизатор имеет испарительный контур с многократной принудительной циркуляцией.

Котел - утилизатор изготавливается газоплотным и рассчитан на работу под наддувом.

Процессы работы котла–утилизатора автоматизированы.

2. Котел–утилизатор к–102/1,5–537–518 (тку–4)

Паровой котел-утилизатор с многократной принудительной циркуляцией предназначен для производства перегретого пара и подогрева конденсата за счет теплоты выхлопных газов газотурбинной установки (ГТУ) мощностью 57,2 МВт.

Котел-утилизатор размещается в котельной ячейке ранее эксплуатируемого котла ТП–230.

В состав котла-утилизатора входят: газовый подогреватель конденсата, водяной экономайзер, испаритель, пароперегреватель, барабан с внутрибарабанными устройствами, циркуляционные насосы, каркас, изоляция.

Котел-утилизатор имеет испарительный контур с многократной принудительной циркуляцией.

Котел-утилизатор изготавливается газоплотным и предусмотрен для работы под наддувом.

Процессы работы котла-утилизатора автоматизированы.

3. Котел–утилизатор к–10/0,9–80 - 440 (тку–5)

Паровой котел-утилизатор с многократной принудительной циркуляцией предназначен для получения перегретого пара за счет тепла выхлопных газов газотурбинной установки (ГТУ) мощностью 4 МВт.

В состав котла-утилизатора входят: водяной экономайзер, испаритель, пароперегреватель, барабан с внутрибарабанными устройствами, трубопроводы с арматурой, циркуляционные насосы, каркас.

Поверхности нагрева выполнены в виде законченных блок-модулей, полностью собранных на заводе-изготовителе.

Котел-утилизатор имеет испарительный контур с многократной принудительной циркуляцией.

Котел-утилизатор изготавливается газоплотным и рассчитан на работу под наддувом.

Процессы работы котла-утилизатора автоматизированы.

studfiles.net

Как отличаются КПД ГТУ и КПД ПГУ для отечественных и зарубежных электростанций

Поделиться "Как отличаются КПД ГТУ и КПД ПГУ для отечественных и зарубежных электростанций"

В статье рассказывается о том, как вычисляется КПД простейшей ГТУ, даны таблицы разных ГТУ и ПГУ для сравнения их КПД и других характеристик.

В области промышленного использования газотурбинных и парогазовых технологий Россия значительно отстала от пере­довых стран мира.

Мировые лидеры в производстве газовых и парогазовых энергоустановок большой мощности: GE, Siemens Wistinghouse, ABB — достигли значений единичной мощности газотурбинных установок 280—320 МВт и КПД свыше 40 %, с утилизационной паросиловой надстройкой в парогазовом цикле (называемом также бинарным) — мощности 430—480 МВт при КПД до 60 %. Если есть вопросы по надежности ПГУ - то читайте эту статью.

Эти впечатляющие цифры служат в качестве ори­ентиров при определении путей развития энергомашиностро­ения России.

Как определяется КПД ГТУ

Приведем пару простых формул, чтобы показать, что такое КПД газотурбинной установки:

Внутренняя мощность турбины:

• Nт = Gух * Lт, где Lт – работа турбины, Gух – расход уходящих газов;

Внутренняя мощность ГТУ:

• Ni гту = Nт – Nк, где Nк – внутренняя мощность воздушного компрессора;

Эффективная мощность ГТУ:

• Nэф = Ni гту * КПД мех, КПД мех – КПД связанный с механическими потерями в подшипниках, можно принимать 0,99

Электрическая мощность:

• Nэл = Ne * КПД эг, где КПД эг – КПД связанный с потерями в электрическом генераторе, можно принять 0,985

Располагаемая теплота топлива:

• Q расп = Gтоп * Qрн, где Gтоп – расход топлива, Qрн – низшая рабочая теплота сгорания топлива

Абсолютный электрический КПД газотурбинной установки:

• КПДэ = Nэл/Q расп

парогазовая тэц

КПД ПГУ выше, чем КПД ГТУ так как в Парогазовой установке используется тепло уходящих газов ГТУ. За газовой турбиной устанавливается котел-утилизатор в котором тепло от уходящих газов ГТУ передается рабочему телу (питательной воде) , сгенерированный пар отправляется в паровую турбину для генерации электроэнергии и тепла.

КПД ПГУ обычно представляют соотношением:

• КПД пгу = КПД гту*B+(1-КПД гту*B)*КПД псу

B – степень бинарности цикла

КПД псу – КПД паросиловой установки

Qкс – теплота топлива, сжигаемого в камере сгорания газовой турбины

Qку – теплота дополнительного топлива сжигаемого в котле-утилизаторе

При этом отмечают, что если Qку = 0, то B = 1, т. е. установка является полностью бинар­ной.

Влияние степени бинарности на КПД ПГУ

Давайте приведем последовательно таблицы с характеристиками эффективности ГТУ и вслед за ними показатели ПГУ с этими газовыми машинами, и сравним КПД отдельной ГТУ и КПД ПГУ.

Характеристики современных мощных ГТУ

Газовые турбины фирмы ABB

Парогазовые установки с газовыми турбинами ABB

Газовые турбины фирмы GE

Парогазовые установки с газовыми турбинами GE

Газовые турбины фирмы Siemens

Парогазовые установки с газовыми турбинами Siemens

Газовые турбины Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Парогазовые установки с газовыми турбинами Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Газовые турбины АО ЛМЗ и СПБ «Машпроект»

Парогазовые установки с газовыми турбинами АО ЛМЗ и СПБ «Машпроект»

Поделиться "Как отличаются КПД ГТУ и КПД ПГУ для отечественных и зарубежных электростанций"

(Visited 3 999 times, 2 visits today)

Читайте также

ccpowerplant.ru

• 
  Котел для сжигания мусора
• 
  Варочный котел для столовой
• 
  Вулкан 9 газовый котел
• 
  Вулкан 9 газовый котел
• 
  Котлы газовые итальянские baxi
• 
  Конорд котел 16 квт
• 
  Газовые итальянские котлы baxi
• 
  Hydrosta газовый котел инструкция
• 
  Конорд котел 16 квт
• 
  Жаропрочная труба для котлов
• 
  Газовые итальянские котлы baxi