CC BY
105
УДК 621.438; 621.311.22:697.34
П.Г. Антропов, А.А. Соколов С.В. Ялов
ВЫБОР СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПГУ ПРИ РАБОТЕ НА ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ
Рассмотрены различные варианты регулирования ГТУ, работающих в составе ПГУ-ТЭЦ. Учитывая неравномерность графиков теплопотребления, показана эффективность работы ГТУ не только на номинальной тепловой мощности, но и на пониженной нагрузке в условиях изменения температуры наружного воздуха.
Тепловая электрическая станция, утилизация теплоты уходящих газов
P.G. Antropov, А.А. Sokolov, S.V. Yalov
CHOICE OF WAYS OF REGULATION STEAM-BOILER AT WORK ON A VARIABLE MODE
Various variants of regulation GTU, working in structure PGU-TPP are considered. Considering non-uniformity of schedules steam overall performance ГТУ not only on nominal thermal capacity, but also on the lowered loading in the conditions of change of temperature of external air is shown.
Thermal power plant, recycling of warmth of leaving gases
В настоящее время в большинстве бинарных ПГУ и ГТУ с утилизацией теплоты уходящих газов применяют газовые турбины. Основным требованием к режиму их работы является покрытие тепловых графиков нагрузки коммунально-бытовых или технологических потребителей. Поэтому регулирование ГТУ осуществляется так, чтобы в любой момент времени количество теплоты, отдаваемое в котле-утилизаторе (КУ) соответствовало заданному (Qку=Qт). Помимо этого, на работу ГТУ значительное влияние оказывает изменение параметров окружающей среды. Анализ статических характеристик генераторных ГТУ показывает, что с повышением температуры наружного воздуха уменьшаются относительная мощность, внутренний КПД, степень повышения давления в компрессоре (пк), а также возрастает объемный расход газов через турбину, вызванный понижающейся характеристикой осевого компрессора. Изменение же температур на входе/выходе газовой турбины целиком зависит от системы регулирования. Поддерживается постоянной либо температура на входе в ГТ -(Т3), либо температура на выходе (Т4).
В первом случае постоянство температуры Т3=Т30=const поддерживается снижением пк. Во втором случае, наоборот - Т3= const при повышении пк>пко. В третьем случае неизменной остается температура Т4, что достигается некоторым увеличением пк и Т3.
Учет режимов работы ПГУ при определении характеристик можно выполнить установив зависимость между мощностью ГТУ и количеством теплоты, отдаваемым в КУ—N =f(QT). В общем случае мощность ГТУ определяется выражением:
^^-^=ОгНгПмех-ОкИк, (1)
где Gr и вк—соответственно, расходы газов через ГТ и воздуха через осевой компрессор; Нг и Нк—соответственно, теплоперепады в ГТ и компрессоре; Пмех—КПД механической связи. Если представить каждое слагаемое в развернутом виде, то мощность ГТУ можно записать в следующем виде:
П n-1 .
QT(—1R Тз(1 -Пкп-1 Q ат 2 2 (2)
N =---------—-------------(С T (П п -1))(---------------------Qt Lo---------------а2т 2)
Nt с (Ts(hd -ha) - (Тв+ATmi„x1+Ь -h.) п С АЛПк С (Ts(hd -h.) - (Тв+ATmta)(1+Ив -h.)) а Lo
Срг h. - Ив l Срг h. - Ив
где и - величина коэффициента общих потерь давления в тракте «компрессор-газовая турбина»; а - коэффициент избытка воздуха; Ьо - теоретически необходимое количество воздуха, кг в./ кг т., h - энтальпии генерируемого пара.
N = (G г СРгD + Б)(П?), (3)
Это выражение получается как более общая аналитическая зависимость, если принять неизменными ряд параметров и пренебречь потерями давления в тракте компрессор-турбина. В формуле (1.3) содержатся следующие комплексы:
В=а2а2оСрвТ1 ; и D = V RtT4 Лмех-а ЬСУТ, (4)
" СргПпг
Анализ выражения (1.1) показывает, что мощность ГТУ полностью зависит от количества рабочего тела и степени повышения давления в компрессоре.
Предварительный выбор конфигурации цикла теплофикационной ПГУ может осуществляться на основе термодинамического и топливного анализов. В качестве критериев оценки эффективности используются величина удельной относительной экономии топлива в системе (вт) и эффективный КПД ПГУ. Указанные величины описываются известными выражениями.
N ^ + Nпту
Су =—-------р--- (5)
ВQH
рт = [(вкэс + вкот) - в“ц ] втэц (6)
Использование данных критериев для оценки сравнительной эффективности возможно лишь в случае соблюдения условий сопоставимости. В частности, для ПГУ с отпуском
технологического пара в качестве условии сопоставимости рассматриваемых вариантов можно выделить следующие:
-обеспечение одинакового графика тепловоИ нагрузки;
-заданные параметры отпускаемого теплоносителя (пара);
-одинаковость графиков изменения температур наружного воздуха;
-одинаковое количество отпускаемой электроэнергии.
—і
Рис. 1. Влияние температуры 1нв на изменение пк по трем сравниваемым вариантам регулирования при 100% Qт
Рис. 2. Влияние температуры 1нв на изменение пк по трем сравниваемым вариантам регулирования при 75% Qт
-1 режим
2 режим
3 режим
-1 режим
2 режим
3 режим
Рис. 3. Влияние температуры 1;нЕ на изменение вг при 100% Qт
Рис. 4. Влияние температуры 1н на изменение вг при 75% Qт
1-1 ре
-2 ре —3 ре
Рис. 5. Влияние температуры 1нв на изменение N ГТУ при 100% Qт
Рис.6. Влияние температуры 1нв на изменение N ГТУ при 75% Qт
13,5
12,5
11,5
10,5
9,5
8,5
7,5
-30
-15
0
15
-30
0
15
15
15
—1 режим “2 режим 3 режим
Рис. 7. Влияние температуры 1нв на расход топлива (Вт) по трем сравниваемым вариантам регулирования при 100% Qт
_1 режим
2 режим
3 режим
Рис. 8. Влияние температуры 1;нв на расход топлива (Вт) по трем сравниваемым вариантам регулирования при 75% Qт
-1 режим -2 режим 3 режим
Рис. 9. Влияние 1нв на изменение П
пгу
е
по трем сравниваемым вариантам регулирования при 100% Qт
-1 режим
2 режим
3 режим
Рис. 11. Влияние 1нв на изменение в по трем сравниваемым вариантам регулирования при 100% Qт
Рис. 10. Влияние 1нв на изменение П
пгу
е
по трем сравниваемым вариантам регулирования при 75% Qт
— 1 режим
— 2 режим
3 режим
по трем сравниваемым вариантам регулирования при 75% Qт
15
15
-15
0
15
Количество теплоты, которое возможно полезно использовать в КУ:
Qт=Gг Срт (Т4-Т5), (7)
Количество теплоты, утилизируемое в КУ ПГУ, зависит не только от Gг, но и от Т4. Количество теплоты, отпускаемое от ПГУ, определяется графиком тепловых нагрузок. Соблюдение условий сопоставимости вариантов требует проведения процедуры сравнения количества утилизируемой и потребляемой теплоты. В случае их несовпадения Qт -QотпI=ЛQт£0 необходимо использовать либо байпасирование дымовых газов, что неэффективно (возможно также снижение Gг и, соответственно К) для уменьшения Qт, либо, при недоотпуске теплоты, включать дожигающее устройство КУ или ПВК.
Учитывая значительную неравномерность графиков теплопотребления необходимо учитывать эффективность работы ГТУ не только на номинальной тепловой мощности, но и на пониженной нагрузке в условиях изменения температуры наружного воздуха.
Результаты проведенных расчетов по трем сравниваемым вариантам на 100 % и 75 % иллюстрируются приведенными графиками. При этом если количества теплоты из КУ меньше чем нуждается потребитель, то включается дожигающее устройство.
Для проведения предварительных расчетов выбран двигатель НК-14Э и КУ (пко=9,5; Q.ra=20 МВт), а также паровая турбина типа Р (Ро=1,6 МПа, То=593 К). На рисунках 1,3,5 показаны соответственно изменения пк, Gr, Ne в зависимости от 1;нв при 100 % нагрузке Qt. На рисунках 2,4,6 представлены изменения этих же параметров соответствующие 75 % Qt. На рисунках 7,9,11 показаны результаты расчетов расхода топлива (Вт), по сравниваемым вариантам при 100 % тепловой нагрузке. А на рисунках 8,10,12—изменение этих же параметров при 75 % тепловой нагрузке.
Анализ результатов предварительных расчетов показывает, что изменения параметров цикла на переменных режимах работы оказывает значительное влияние на показатели ГТУ в составе ПГУ. Кроме того, сильное влияние оказывает уровень тепловой нагрузки, эффективность различных схем регулирования при этом особенно заметна. Так, если при 100 % нагрузке Qt в диапазоне температур наружного воздуха от -30оС до +15оС, удельная относительная экономия топлива в вариантах I и III гораздо ниже чем в варианте II, то в диапазоне температур от +15оС до +30оС более эффективным оказывается I вариант регулирования ГТУ. При падении Qt на 25 %, схема регулирования II также оказывается наиболее экономичной в отопительный период.
Выводы
Применительно к теплофикационным ПГУ, в условиях сопоставимости по тепловой и электрической мощности, изменению температуры окружающей среды, наибольший эффект может иметь регулирование с поддержанием постоянной температуры перед ТВД за счет изменения пк.
Регулирование ГТУ с поддержанием температуры на выхлопе хотя и позволяет поддерживать тепловую мощность и приводит к некоторому повышению температуры перед ТВД, что требует дополнительного обоснования с позиций прочности металла и надежности проточной части в целом.
Обеспечение заданных показателей ГТУ по мощности как тепловой, так и электрической достигается также использованием впрыска пара, поворотом ВНА, что требует дальнейших сопоставительных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Математическое моделирование энергетических характеристик ПГУ / А.И. Андрющенко, Е.А. Ларин, А. А. Соколов, А.В. Чикалкин // Вестник СГТУ. 2008. №1(2). С.223-236.
2. Обеспечение требуемых ресурса и прочностной надежности газотурбинных установок, создаваемых на базе авиационных двигателей / Ю.А. Ножицкий, Б.С. Блинник, Е.Р. Голубовский, Л.А. Магеррамова, А.А, Хориков // Теплоэнергетика. 2005. № 5. С. 35-40.
3. Беляева С.О. Современные методы повышения эффективности парогазовых установок / С.О. Беляева, В.А. Коваль // Вестник Национального технического университета «ХПИ». 2008. №35. С. 7-12
BIBLIOGRAPHY
1. Mathematical modeling of power characteristics SGU / A.I.Andrjushchenko, E.A.Larin, А.А. Sokolov, A.V.Chikalkin // Bulletin SSTU. 2008. №1 (2). P.223-236.
2. Maintenance of a demanded resource and прочностной reliability газотурбинных the installations created on the basis of aviation engines / Y.A.Nozhitsky, B.S.Blinnik, E.R.Golubovsky, L.A.Magerramova, А.А, Horikov // Power system. 2005. № 5. P. 35-40.
3. Belyaeva S.O. Modern methods of increase of efficiency steam-gas installations / С.О. Belyaeva, B.A. Koval // Bulletin of National technical university «HPI». 2008. №35. P. 7-12.
Антропов Павел Георгиевич-
кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета Соколов Андрей Анатольевич-кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика» Саратовского государственного технического университета Ялов Сергей Викторович -директор Ново-Уренгойского техникума газовой промышленности ОАО «Г азпром»
Antropov Pavel Georgievich -
Candidate of Technical Sciences, the docent of chair «Power system» of the Saratov state technical university
Sokolov Andrey Anatolyevich -
Candidate of Technical Sciences, the docent of chair «Power system» of the Saratov state technical university Jalov Sergey Viktorovich -The director of New-Urengojsky technical school of the gas industry of Open Society «Gazprom»
