CC BY
2
СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГАЗОВОГО КОНТУРА КОМБИНИРОВАННОЙ УТИЛИЗАЦИОННОЙ ТУРБОУСТАНОВКИ
А.А. Красиков, магистрант К.Д. Андреев, доцент
Санкт-Петербургский морской технический университет (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-1-242-245
Аннотация. В данной статье рассматривается газотурбинный двигатель марки ГТЭ 160 концерна «Силовые машины». Данный ГТД входит в состав двухконтурной Парогазовой установки (ПГУ 450) и находится на Южной ТЭЦ в городе Санкт-Петербурге. В статье разрабатывалась методика расчёта газового контура данной ПГУ, программная реализация методики, верификация полученных данных. В ходе расчёта определены и посчитаны: компрессор, камера сгорания, параметры газовой турбины при работе в составе ПГУ. Получены основные параметры ГТУ, их габариты и масса.
Ключевые слова: Южная ТЭЦ, газовая турбина, парогазовая установка, компрессор, камера сгорания.
Южная ТЭЦ или ТЭЦ 22 является одной из самых мощных станций города Санкт-Петербург, её электрическая мощность составляет 1200 МВт, а тепловая -2350 Гкал/ч. Станция была построена в 1975 году. В 2007 году началось строительство нового парогазового энергоблока (ПГУ-450), а в 2011 он уже был принят в эксплуатацию.
ПГУ-450 состоит из двух газовых турбин ГТЭ-160 и паровой турбины Т-125/150 производства ПАО «Силовые машины» электрической мощностью 425 МВт и тепловой 290 Гкал/ч. Им компанию составляют два котла утилизатора (ПР-228/47) производства ОАО «Подольский машиностроительный завод» (ЗиО). А ещё предусмотрена одна паротурбинная установка теплофикационного типа Т-125/150-7,4 с регулируемыми отборами пара на теплофикацию производства всё той же компании ПАО «Силовые машины». Новый энергоблок работает с КПД 51%,
ГТЭ-160, расчёт которой и был произведён в работе, является одновальным турбоагрегатом (агрегат, объединяющий в своём составе турбину (паровую или газовую) и приводимый ею электрогенератор,
как отдельные законченные устройства, вместе с их вспомогательными системами (водяного и водородного охлаждения генератора, маслосистема подшипников турбины)), работающим по простому термодинамическому циклу, при начальной температуре газа ~1060°С (по стандарту ИСО), температуре газа на выходе из турбины 537оС.
В работе были заданы основные характеристики для расчёта ГТУ:
- Мощность ГТУ, МВт - 154,0;
- КПД ГТУ, % - 34,4;
- Степень повышения давления в ГТУ -11,1;
- Температура газа перед входом в турбину, 0С - 1060,0;
- Температура газа за ГТУ, 0С - 537,0;
- Коэффициент восстановления давления во всасывающем воздух патрубке компрессора - 1,01;
- Атмосферное давление воздуха, бар -1,0325.
Методика расчёта компрессора
1. Определим полное давление воздуха перед входным направляющим аппаратом:
. Р о Рш= —
" RY
1,01325 1,01
= 1,0032 бар
2. Определим действительную удельную работу компрессора:
Я* 287,428 кДж
ЯК = —^ =-= 326,62
к
^д.к. 0,88 кг
3. Определим температуру воздуха за компрессором при действительном процессе сжатия:
по ¿2К = 614,772 кДж определяем, что Г2*к = 607,540 К ;
КГ Г2к = 334,39 °С
4. Определим мощность, потребляемую компрессором:
Мк = Ск • Як* = 504 • 326,62 = 164616,48 = 164,616 МВт. Методика расчёта камеры сгорания
1. Определим полное давление продуктов сгорания на входе в турбину: РГ* = РК • ок.С. = 1,1447 • 0,95 = 1,0766МПа;
2. Определим относительный расход топлива:
_ СРВТГ-СРВТК = Ни^г-иГГ*+пТо'
1433,861-622,2688
От =-1-1-= 0,01814.
41 50000 0,99-4587,922+453 '
3. Определим коэффициент избытка воздуха в камере сгорания: 1
а =
ЧТ^-о'
где Ьо - количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива. Для природного газа принимаем Ьо=17,0 кг/кг топл,
1
а =-1-= 3,243.
0,0181417
4. Определим расход топлива в камере сгорания: = СКС. • = 502,982 • 0,018 = 9,0539 кг/с;
5. Расход газа на выходе из камеры сгорания:
Сг = СК.С.(1 + = 502,982 • (1 + 0,01814) = 512,1956 кг/с.
Методика расчёта параметров турбины при работе в составе ПГУ
1. Определим степень расширения газа в турбине и с котлом - утилизатором в составе ПГУ:
(ку) = Ek-вх = ^З5;1;01 = 10,747.
Р4т (ку)
1,0464
2. Определим удельную работу, развиваемую газовой турбину:
ЯТ(ку) = (¿зт - /4т5 (ку)) • ^ад т = (1467,009 - 754,2324 ) • 0,959 = 683,149 кДж/кг.
3. Определим мощность, развиваемой турбиной
МТ(ку) = Сгвх • ЯТ(ку) = 443,14 • 683,149 = 322730,184 кВт.
4. Определим массовый расход выхлопных газов на выходе: Сгвых = ^ + Стоп = 504 + 8,7 = 512,7-.
Мощность и КПД
1. Мощность на выходном валу:
Ме = • — ^ = 322,730 ■ 0,995 - 164,616 = 156,5004 МВт;
2. Эффективный КПД:
3600
3600
Ни-^г-Се 50000 0,99 0,2112
= 0,3491;
После расчётов полученные данные были занесены в сравнительную таблицу, которая представлена ниже.
Сравнительная таблица
Наименование значения Фактические значения ГТЭ 160 Полученные значения Погрешность
Полное давление воздуха перед выходным направляющим аппаратом 1,0032 1,0032 0
Удельная работа компрессора 329,4 326,62 - 2,78
Температура воздуха за компрессором 616,2 607,6 - 8,6
Мощность, потребляемая компрессором 165,5 164,6 - 0,9
Полное давление продуктов сгорания на входе 1,091 1,077 - 0,014
Относительный расход топлива 0,01897 0,01814 - 0,00083
Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания 3,1005 3,243 0,1425
Расход топлива в камере сгорания 9,01 9,05 0,04
Расход газа на выходе из камеры сгорания 512,84 512,19 - 0,65
Степень расширения газа в турбине и с котлом - утилизатором в составе ПГУ 10,504 10,747 0,243
Работа, развиваемая газовой турбиной 648,8 683,149 34,349
Мощность, развиваемая турбиной 313953,5 322730,2 8776,7
Расход выхлопных газов на выходе 509 512,7 3,7
Мощность ГТУ 154,0 156,5 2,5
КПД ГТУ 34,4 34,9 0,5
Заключение. Проведены исследования по работе газовой турбины и сделаны выводы о целесообразности использования данной турбины в составе двухконтурного
ПГУ. Был проведён расчёт элементов ГТУ 160: проточная часть компрессора, камера сгорания, проточная часть турбины.
- В проточной части компрессора были посчитаны: Полное давление воздуха перед входным направляющим аппаратом; температур воздуха за компрессором при действительном процессе сжатия; мощность, потребляемая компрессором.
- В камере сгорания был проведён расчёт: относительного расхода топлива; расхода воздуха в камере сгорания; расхода топлива в камере сгорания.
- Был произведён расчёт параметров газовой турбины при работе в составе ПГУ:
Библиографический список
1. Инструкция по эксплуатации газотурбинной установки ГТЭ-160 эн. бл. №4 ПГУ-450 Южной ТЭЦ.
2. Боруш О.В., Григорьева О.К. Парогазовые установки. Учебное пособие. - Новосибирск, 2016.
3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://power-m.ru/customers/thermal-power/gas-turbines/ (дата обращения: 13.05.24).
4. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Южная_ТЭЦ (дата обращения: 13.05.24).
5. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.tgc1.ru/production/complex/spb-branch/yuzhnaya-chpp/ (дата обращения: 13.05.24).
CREATION OF A METHODOLOGY FOR CALCULATING THE GAS CIRCUIT OF A COMBINED UTILIZATION TURBINE PLANT
A.A. Krasikov, Graduate Student K.D. Andreev, Associate Professor Saint Petersburg Maritime Technical University (Russia, Saint Petersburg)
Abstract. This article discusses the gas turbine engine of the GTE 160 brand of the Power Machines concern. This gas turbine engine is part of a two-circuit Combined Cycle gas plant (CCGT 450) and is located at the Southern CHP plant in St. Petersburg. The article developed a methodfor calculating the gas circuit of this CCGT, a software implementation of the technique, and verification of the data obtained. During the calculation, the following were determined and calculated: compressor, combustion chamber, gas turbine parameters when operating as part of a CCGT. The main parameters of the GTU, their dimensions and weight are obtained.
Keywords: South Thermal Power Plant, gas turbine, combined cycle gas plant, compressor, combustion chamber.
массовый расход входящих газов; эффективная мощность, развиваемая ГТУ; массовый расход выхлопных газов на выходе.
Итоговые значения имеют маленькую погрешность с фактическими значениями ГТЭ-160.
Исходя из полученных табличных данных можно утвердить, что данная методика подходит для расчёта данной газовой турбо установки.
