WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Лукьянова Татьяна Сергеевна

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ ТРЕХКОНТУРНЫХ ПГУ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА И ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ

Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2012 Диссертация выполнена на кафедре Паровых и газовых турбин Национального исследовательского университета «МЭИ».

Научный консультант:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Трухний Алексей Данилович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор; технический директор ООО «КВРЦНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» Зройчиков Николай Алексеевич кандидат технических наук, доцент; зав. кафедры ТЭС Национального исследовательского университета «МЭИ» Буров Валерий Дмитриевич

Ведущая организация: ОАО «Институт Теплоэлектропроект»

Защита диссертации состоится «18» мая 2012 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.09 при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 17, корпус Б, ауд. Б-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского университета «МЭИ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим присылать по адресу: 111250, Москва, ул.

Красноказарменная, д. 14, Ученый совет Национального исследовательского университета МЭИ.

Автореферат разослан « » _________ 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.157.09, к.т.н., доцент А.И. Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Строительство ПГУ, использующих природный газ, стало преобладающей тенденцией в развитии мировой и отечественной теплоэнергетики благодаря их замечательным свойствам: высокой экономичности, достигающей 60%, хорошим экологическим показателям, быстрым вводами в эксплуатацию, умеренным капитальным затратам.

В России более 60% ТЭС и ТЭЦ используют природный газ в качестве основного топлива. Поэтому имеются все возможности для коренной модернизации всей теплоэнергетики путем строительства ПГУ. К сожалению, в силу исторических причин, газотурбостроение России существенно отстает от зарубежного, поэтому сегодня и в ближайшей перспективе сооружение новых ПГУ будет базироваться на использовании ГТУ, производимых в России по лицензиям или по закупкам за рубежом. Однако паросиловая часть ПГУ (котелутилизатор и ПТУ), которая обеспечивает 1/3 мощности ПГУ, может быть, как показывает опыт строительства Краснодарской ТЭЦ, создана отечественным энергомашиностроением с качеством, не хуже зарубежного, а может быть и более совершенного.

Температура выхлопных газов современных ГТУ достигла 625 С, и это создает предпосылки для использования более экономичного паросилового цикла.

Создание оптимальных ПГУ, паросиловое оборудование которых проектируется и изготавливается котельными и турбинными заводами, при существующих условиях требует многократного согласования параметров котла-утилизатора (КУ) и паровой турбины (ПТ). Такие же согласования требуются на этапе технико-экономического обоснования строительства новых ПГУ. Проведение необходимых многовариантных расчетов немыслимо без использования вычислительной техники. При этом программа должна выполнять расчет КУ и паротурбинной установки (ПТУ), позволяющий получить все необходимые параметры: тепловую диаграмму КУ и тепловые мощности его поверхностей, параметры и мощности цилиндров ПТ, параметры в характерных точках тепловой схемы, определяющих надежность (в точках смешения и за паровой турбиной). Проведение многовариантных расчетов позволяет быстро вносить коррективы в получаемые результаты и получать исходные данные для котельных и турбинных заводов для окончательной разработки оборудования.

Решению обозначенных проблем и посвящена настоящая работа.

Объект исследования. Объектом исследования в данной работе является ПГУ с ГТУ GT26 фирмы Alstom Power. Выхлопные газы этой ГТУ имеют температуру 614 С, что позволяет рассматривать случай повышения температуры перед ПТ до 600 0С.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:

- выполнение обзора и анализа литературных данных и обоснование целесообразности решения поставленной задачи;

- разработка методологии конструкционного расчета тепловых схем трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара (ППП) и ее конкретной реализации для ПГУ с вакуумным деаэратором;

- создание современной вычислительной программы расчета тепловой схемы ПГУ в среде Delphi;

- проведение численного эксперимента по исследованию влияния параметров паросилового цикла на экономические показатели и надежность.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать состояние освоения ПГУ установок в России и оценить возможность создания ПГУ с отечественным оборудованием.

- создать методологию расчета, позволяющую выполнить расчёт тепловой схемы трехконтурной ПГУ с ППП для любого варианта исходных данных на примере тепловой схемы ПГУ фирмы Alstom c ГТУ GT26;

- создать программу расчета тепловой схемы трехконтурной ПГУ с ППП, позволяющую выполнить расчеты тепловых мощностей поверхности нагрева КУ, поступенчатый расчет ПТ и в итоге определить экономические показатели ПГУ в целом и ее отдельных элементов.

- с помощью созданной программы расчета проанализировать влияние параметров паросилового цикла на показатели ПТУ и ПГУ в целом.

Методы исследований и достоверность полученных результатов. При выполнении работы широко использовались общепризнанные и отработанные методы проведения исследования.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась многочисленными методическими расчетами и контролем правильности и точности расчетов; использованием в методике расчетов проверенных практикой математических зависимостей и алгоритмов, которые апробированы на отдельных задачах, встречающихся в области парогазовых установок.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- разработана методика «сквозного» расчета трехконтурной ПГУ с ППП, позволяющая по известным параметрам выхлопных газов ГТУ и сформулированным допущениям получить: параметры газов, пара и воды по всему тракту КУ; тепловые мощности всех теплообменных поверхностей КУ; процесс расширения пара в ПТ, КПД и внутренние мощности ее цилиндров; конструктивный облик ПТ; основные экономические показатели КУ, ПСУ, ПТУ и всей ПГУ в целом;

- разработана эффективная программа расчета утилизационных ПГУ с ППП, позволяющая оптимизировать ее параметры и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ;

- проанализировано влияние параметров пара высокого давления, промежуточного перегрева, совместного увеличения температур пара перед ЦВД и ЦСД, параметров пара низкого давления на экономические показатели ПТУ и ПГУ.

Практическая ценность и реализация результатов Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение. С помощью разработанного метода расчета можно рассчитать любой вариант трехконтурной утилизационной ПГУ с ППП, определив при этом техникоэкономические показатели КУ, ПТ, ПСУ и ПГУ. Программа, написанная по данной методике, позволяет оптимизировать параметры рассматриваемой ПГУ и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ.

Личный вклад автора заключается в:

- выполнении обзора и анализа литературных данных и обосновании целесообразности решения поставленной задачи;

- разработке методологии конструкционного расчета тепловых схем трехконтурных ПГУ с ППП и ее конкретной реализации для ПГУ с вакуумным деаэратором;

- создании современной вычислительной программы расчета тепловой схемы ПГУ в среде Delphi;

- проведении численного эксперимента по исследованию влияния параметров паросилового цикла на экономические показатели и надежность.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на:

- 18-ая международная научно-техническая конференция “Информационные средства и технологии”. – М.: МЭИ, 19-21 октября 2010 года;

- 17-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. – М.: МЭИ, 24 - 25 февраля 2011 г.;

- 18-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. – М.: МЭИ, 1 - 2 марта 2012 г.;

- заседании кафедры Паровых и газовых турбин НИУМЭИ. – М.: НИУМЭИ, 27 марта 2012 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы было опубликовано 2 научных статьи и 1 учебное пособие по курсу «Парогазовые установки электростанций» для студентов, обучающихся по специальности «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели». Еще одна научная статья принята к печати и будет опубликована в журнале «Теплоэнергетика» №9, 2012 г.

Автор защищает:

- созданную методику «сквозного» расчета трехконтурной ПГУ с ППП, позволяющая по известным параметрам выхлопных газов ГТУ и сформулированным допущениям получить: параметры газов, пара и воды по всему тракту КУ; тепловые мощности всех теплообменных поверхностей КУ; процесс расширения пара в турбине, КПД и внутренние мощности цилиндров ПТ; конструктивный облик ПТ; основные экономические показатели КУ, ПСУ, ПТУ и всей ПГУ;

- разработанную программу расчета утилизационных ПГУ с ППП, позволяющую оптимизировать ее параметры и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка используемой литературы, включающего 80 наименования.

Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками на 62 страницах, список литературы изложен на 8 страницах, в тексте приведено 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлен краткий обзор литературных источников, посвященных вопросам, в той или иной степени связанных с предметом настоящих исследований. В частности, большое внимание уделено анализу ГТУ ведущих зарубежных фирм производителей, проанализировано освоение современных газотурбинных технологий в России.

В таблице 1 приведены параметры ГТУ мощностью более 200 МВт ведущих фирм – производителей, и основные показатели ПГУ, изготавливаемых на их основе.

Как видно из табл. 1 в настоящее время ПГУ при работе с одной ГТ достигли мощности более 400 МВт и КПД на уровне 60%. Эти параметры были достигнуты в основном благодаря повышению начальной температуры ГТУ, а также использованию специальных сплавов для сопловых и рабочих лопаток и камер сгорания, улучшению системы охлаждения облапачивания и КС, разработке новых более совершенных термобарьерных покрытий, улучшению аэродинамики проточных частей газовой турбины и компрессора.

Выполненный анализ состояния освоения ПГУ в России показывает, что в ближайшем будущем вряд ли можно рассчитывать на быстрое создание современных качественных высокотемпературных ГТУ. Вместе с тем создание высокотемпературных паросиловых установок, за счет которых собственно и обеспечивается высокая экономичность ПГУ, является вполне посильной задачей для российской энергетики, которая может быть решена уже сегодня.

Во второй главе изложена общая методология расчета тепловых схем трехконтурных ПГУ с ППП и ее конкретная реализация на примере ПГУ с ГТУ фирмы Alstom.

Тепловая схема ПГУ фирмы Alstom приведена на рис. 1.

Она включает трехконтурный КУ, в котором осуществляется основной и промежуточный перегрев пара, трехцилиндровую ПТ и вакуумный деаэратор, питаемый греющим паром из соответствующей ступени ЦНД ПТ.

Общий подход к расчету состоит в составлении уравнений материального баланса для точек смешения пара разных параметров и уравнений теплового баланса для трех контуров КУ (см. рис. 1), совокупности выходных поверхностей КУ, деаэратора, точек смешения и отборов позволяющих Таблица 1.

Фирма изготовитель ГТ, марка турбины Siemens Power ALSTOM General Electric Mitsubishi Heavy Industries Generation Параметры SGT5MS SGT5GT26 MS9001FA MS9001FB 4000F M701F M701F3 M701F4 M701G1 M701G2 M701Н M701J 9001Н 8000H (V94.3A) Электрическая 281 255,6 268 320 265 375 234 270 278 271 334 350 4мощность, МВт Электрический 38,3 36,9 - - 38,5 40 36,6 38,2 38,7 38,7 39,5 39,7 - КПД, % Степень сжатия 30: 1 16: 1 18,5: 1 23: 1 17: 1 19,2 16: 1 17: 1 18: 1 18: 1 21: 1 25: 1 - компрессора Температура перед - 1316 1371 1430 - - 1350 1400 1425 1450 1500 1500 16ГТ, 0С Температура 614 609 - - 584 625 549 586 592 588 587 593 - уходящих газов, 0С Расход газа, кг/с 632 625 685 644 820 665 665 650 645 755 575 - Мощность при работе в комбинированном 424 390,8 412,9 480 390 570 344 398 416,4 405 497 520 6цикле с одной ГТ, МВт КПД при работе в комбинированном 58,3 56,7 58 60 57,3 >60 54,4 57,7 59 58,2 59,3 61 >цикле, % соответственно получить неизвестные расходы пара контуров КУ ( DВД, DCД, 0 DНД ), температуру уходящих газов КУ, расход греющего пара деаэратора, энтальпии пара на входе в ППП и камере смешения ЦСД. Эти данные позволяют выполнить расчет ПТ и всех экономических показателей.

выхлопные газы от ГТУ ЦСД ЦСД ЦСД ЦСД D0, p0,h0,tППП ВД ВД ВД ВД D0, p0,t0,hППВД S ЦНД ЦСД DСД, pСД,tСД,hСД 0 0 0 БВД ЭГ (hs)ВД ИВД A A ЭкВД-III ЦВД ВД D0, pЦВД,hЦВД z z ППСД НД НД НД НД, p0,t0,hD БСД ВД НД ИСД D0 DСД D0 DД (hs)СД DД, pОТБ,tОТБ,hОТБ ППНД ВД НД (D0 DСД D0 DД),h к B B ЭкВД-II К ЭкCД Д БНД h к ИНД '' (hs)Д (hs)НД C C ПЭНСД/НД НД DСД DЭкВД-I КЭН ПЭНВД ВД ЭкСД/НД DУходящие Газы КУ Рис. 1. Тепловая схема двухвальной трёхконтурной ПГУ-400 фирмы Alstom с вакуумным деаэратором и промежуточными перегревом: ППВД, ППСД, ППНД – соответственно пароперегреватели ВД, СД, НД; ППП – промежуточный пароперегреватель; БВД, БСД, БНД – соответственно барабаны ВД, СД, НД; ИВД, ИСД, ИНД – соответственно испарители ВД, СД, НД; ЭкВД-I, ЭкВД – II, ЭкВД – III – соответственно первая, вторая и третья секции экономайзера ВД; ЭкСД/НД – общая секция экономайзера контуров НД и СД; ЭкСД – экономайзер контура СД; ЦВД, ЦСД, ЦНД – соответственно цилиндры ВД, СД, НД паровой турбины; ЭГ – электрогенератор; КЭН – конденсатный электронасос; Д – деаэратор; ПЭН ВД – питательный насос ВД; ПЭНСД/НД – питательный электронасос контуров СД и НД.

Перед началом расчета необходимо задаться давлениями в барабанах КУ, температурой насыщения в деаэраторе, давлением в конденсаторе, температурными напорами в зонах пинч-точек и на входе газов в КУ.

Газоход КУ разделяется сечениями, проходящими через пинч-точки, на участки, для которых составляется система уравнений материального и теплового балансов. При этом возникает необходимость в оценке в первом приближении КПД ЦВД ПТ для определения параметров на входе в ППП. Из решения полученных уравнений определяются расходы пара каждого из контуров. Уравнения теплового баланса для деаэратора и экономайзерных поверхностей ЭкВД-1 и ЭкСД/НД позволяют найти расход греющего пара деаэратора DД и температуру уходящих газов ух.

На втором этапе формируется профиль паровой турбины и определяется ее мощность. В первом приближении определяется число цилиндров и число потоков пара в ЦНД.

Расчет ПТ ведется по отсекам. Принимается, что давления перед турбиной отличаются от давлений в барабанах КУ на величину гидравлических потерь. Полученные на первом этапе данные по отсекам (расход пара, параметры перед отсеком и давление за ним) используются для его поступенчатого расчета. Отсеки ЦВД и ЦСД рассчитывают как группы унифицированных ступеней. Отсеки ЦНД рассчитывают отдельно ступень за ступенью, учитывая пространственный характер течения. В результате получаем геометрические характеристики проточной части ПТ, КПД, мощности каждой ступени, отсеков постоянного расхода, цилиндров и всей ПТ.

На третьем этапе получаем основные экономические показатели ПГУ, а также ее основных элементов (КУ, ПТ, ПТУ, ПСУ).

После выполнения второго этапа анализируются показатели надежности ПСУ (конечная влажность, разности температур пара в точках смешения) и в случае необходимости выполняется коррекция исходных данных и делается следующее приближение Третья глава посвящена описанию программы расчета трехконтурной ПГУ UPGU в среде Delphi, разработанной с использованием методики, приведенной в гл. 2.

Расчет утилизационной трехконтурной ПГУ с ППП зависит от многочисленных факторов: структуры и расположения поверхностей нагрева в КУ, начальных, промежуточных и конечных параметров паросилового цикла, температурных напоров в пинч-точках и параметров выхода пара из контуров КУ, способов деаэрации и организации подогрева конденсата перед его поступлением в КУ, организации питания контуров конденсатом и питательной водой соответствующего давления и от других факторов.

Оптимизация значений перечисленных параметров возможна только при рассмотрении паросиловой части ПГУ как единого целого, состоящего из КУ и ПТ, взаимно влияющих друг на друга. Кроме того это рассмотрение из-за многочисленности влияющих факторов невозможно без использования соответствующих вычислительных программ.

Программа UPGU позволяет проводить расчеты по оптимизации параметров трехконтурной утилизационной ПГУ с ППП и вакуумным деаэратором. Программа написана на языке Pascal в среде Delphi с использованием библиотеки функций для вычисления свойств воды и водяного пара программы пакета WaterSteamPro, разработанной на кафедре ТВТ МЭИ (ТУ).

На рис. 2 приведена блок-схема программы для расчета тепловой схемы ПГУ с трехконтурным КУ и ППП.

Ввод исходных Определение Расчет КУ НАЧАЛО данных теплофизических Приближенный характеристик расчет ЦВД ПТ выхлопных газов Расчет ПТ Поступенчатый Определение КОНЕЦ по отсекам расчет ПТ экономических показателей ПГУ и ее элементов Рис. 2. Блок-схема программы для расчета тепловой схемы ПГУ Программа UPGU включает в себя следующие модули:

- взаимодействия пользователя с формой исходных данных (рис. 3);

- расчета параметров и основных технико-экономических показателей трехконтурного КУ;

- поступенчатого расчета отсеков паровой турбины;

Рис. 3. Диалоговое окно монитора для заполнения таблицы исходных данных - расчета общих параметров и технико-экономических показателей паровой турбины, а также взаимодействия пользователя с главным меню;

- глобальных переменных, используемых в программе;

- вычисления параметров продуктов сгорания;

- вычисления параметров воды и водяного пара;

- заполнения формы с основными результатами расчета ГТУ, ПГУ и КУ;

- заполнения формы с основными результатами расчета ПТ (рис. 4);

- заполнения формы результатами поступенчатого расчета отсеков паровой турбины.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния параметров ПТУ на экономические показатели рассмотренной ПГУ. Исследовано влияние параметров пара ВД, промежуточного перегрева пара, влияние совместного ВД ЦСД изменения температур и, влияние параметров контура НД на t t 0 параметры и экономические показатели ПГУ. Все исследования проводились при неизменной мощности ГТУ.

Увеличению температуры пара перед ЦВД на 10 С, при неизменной температуре перед ЦСД, приводит к увеличению КПД ПГУ на 0,03 % и к Рис. 4. Диалоговое окно с результатами расчета паровой турбины по отсекам увеличению мощности ПГУ на 0,19 МВт. В то же время увеличение температуры пара на 60 С (табл. 2) приводит к увеличению КПД ПГУ на 0,18 % и к увеличению мощности ПГУ на 1,16 МВт. Таким образом, повышение температуры пара перед ЦВД в диапазоне 10-60 0С не оказывает существенного влияния на технико-экономические показатели ПГУ.

Таблица 2.

ВД СД НД ВД t0,С Dо, кг/с Dо, кг/с Dо, кг/с NЦВД,МВт NЦСД,МВт NЦНД,МВт NПТ NПГУ,МВт КПДПТ, % КПДПГУ, %, МВт 604,2 71,56 17,21 12,48 28,62 58,49 52,4 139,51 371,76 38,26 57,544,2 72,72 17 12,32 26,43 59,06 52,82 138,31 370,6 37,9 57,, % -1,62 1,22 1,28 7,65 -0,97 -0,80 0,86 0,31 0,94 0,При изменении давления в БВД максимальные значения техникоэкономических показателей ПГУ достигаются в диапазоне давлений в БВД от 12 до 18 МПа, при этом максимум КПД ПГУ и мощности ПГУ достигается при достижении давления в БВД 16 МПа. Повышение давления в БВД с МПа до 16 МПа приводит к повышению ПГУ всего на 0,06% и к повышению мощности ПГУ на 0,11 МВт (табл. 3), при этом повышение давления приводит к усложнению конструкции ПТ.

Таблица 3.

БВД p, МПа DоВД,кг/с DоСД,кг/с DоНД,кг/с NЦВД,МВт NЦСД,МВт NЦНД,МВт NПТ,МВт NПГУ,МВт КПДПТ,% КПДПГУ,% 10 78,31 12,02 12,22 25,17 59,43 53,1 137,7 370 37,71 57,12 74,83 14,87 12,33 26,59 59,05 52,82 138,46 370,73 37,94 57,14 71,91 17,44 12,39 27,28 58,84 52,64 138,76 371,04 38,04 57,16 69,4 19,78 12,41 27,5 58,73 52,6 138,83 371,09 38,05 57,18 67,21 21,93 12,42 27,41 58,71 52,56 138,68 370,96 38,02 57,20 65,27 23,91 12,41 27,12 58,73 52,6 138,45 370,71 37,95 57,22 63,56 25,73 12,4 26,68 58,8 52,62 138,1 370,39 37,85 57,Увеличение температуры перед ЦСД незначительно влияет на температуру уходящих газов, в связи с этим КПД КУ почти не меняется. Рост температуры пара перед ЦСД на 60 С приводит к возрастанию степени сухости с 92,3 до 93,75%, что в свою очередь приводит к увеличению КПД ПТ на 0,58%. Рост КПД ПТ и незначительное изменение КПД КУ приводит к небольшому возрастанию КПД ПГУ и мощности всей ПГУ. Увеличение температуры перед ЦСД на 600С приводит к росту КПД ПГУ на 0,25% и к росту мощности ПГУ на 1,65 МВт (табл. 4).

Таблица 4.

ЦСД t0,С DоВД, кг/с DоСД, кг/с DоНД,кг/с NЦВД,МВт NЦСД,МВт NЦНД,МВт NПТ, МВт NПГУ, МВт КПДПТ, % КПДПГУ, % 604,2 69,29 17,63 12,8 26 60,9 52,98 139,88 372,11 38,41 57,544,2 74 6,77 2,15 27,89 57,74 52,54 138,17 370,46 37,83 57,, % 6,80 4,88 5,08 -7,27 5,19 0,83 1,22 0,44 1,51 0,При увеличении разделительного давления расходы пара контуров ВД и НД возрастают, а расход контура СД уменьшается.

Паропроизводительность контуров СД и НД существенно меньше, чем контура ВД, и их относительное изменение при изменении разделительного давления составляет примерно 50%. Важно отметить, что при увеличении разделительного давления с 2 МПа до 5 МПа увеличивается суммарный расход пара через КУ, что связано с изменением тепловой мощности контуров КУ. При этом понижается температура уходящих газов КУ с 105, до 102,6 С, что, в свою очередь, приводит к увеличению тепловой мощности КУ и к увеличению его КПД на 0,5%, а увеличение разделительного давления на 1 МПа (с 3 МПа до 4 МПа) приводит к увеличению КПД КУ на 0,17%. Изменение разделительного давления приводит к немонотонному изменению экономических показателей, что связано с разнонаправленными изменениями характеристик ПТ и КУ. В результате изменения был получен оптимальный диапазон давлений, в котором КПД ПГУ и мощность ПГУ принимают максимальное значение – это диапазон от 2 МПа до 2,5 МПа (табл. 5).

Таблица 5.

pБСД, МПа DоВД, кг/с DоСД, кг/с DоНД, кг/с NЦВД,МВт NЦСД,МВт NЦНД,МВт NПТ, МВт NПГУ,МВт КПДПТ, % КПДПГУ, % 2 68,99 21,17 9,12 31,47 53,98 53,74 139,19 371,43 38,24 57,2,5 70,75 18,98 10,88 29,21 56,91 53,02 139,14 371,39 38,18 57,3 72,31 17,08 12,38 27,21 58,86 52,68 138,75 371,01 38,03 57,3,5 73,75 15,33 13,73 25,35 60,22 52,54 138,11 370,4 37,82 57,4 75,11 13,7 14,95 23,62 61,17 52,54 137,33 369,64 37,57 56,4,5 76,38 12,18 16,07 21,99 61,81 52,62 136,42 368,75 37,28 56,5 77,61 10,75 17,1 20,43 62,21 52,76 135,4 367,78 36,98 56,С ростом температур пара перед ЦВД и ЦСД увеличиваются теплоперепады на ЦВД, ЦСД и ЦНД. При совместном увеличении температуры пара перед ЦВД и ЦСД на 60 0С мощность ПГУ возрастает на 2,77 МВт, а КПД ПГУ возрастает на 0,42 % (табл. 6).

Для изменения температуры пара НД необходимо изменять температурный напор в пинч-точке СД, при этом учитывается, что пар НД поступает в камеру смешения ЦСД. При увеличении температуры пара НД теплоперепады и КПД цилиндров ПТ практически не изменяются, а происходит перераспределение расходов пара между контурами КУ.

Таблица 6.

tоВД, tоЦСД, DоВД, кг/с DоСД, кг/с DоНД, кг/с NЦВД,МВт NЦСД,МВт NЦНД,МВт NПТ, МВт NПГУ, МВт КПДПТ, % КПДПГУ, % С 604,2 68,58 17,75 12,89 27,35 60,55 52,72 140,62 372,81 38,63 57,544,2 74,41 16,7 12,09 27,08 57,95 52,7 137,73 370,04 37,7 57,, % -8,50 5,92 6,21 0,99 4,29 0,04 2,06 0,74 2,41 0,Температура уходящих газов понижается, что приводит к росту КПД КУ.

Максимальные технико-экономические показатели получаются при понижении температуры пара НД на выходе из КУ. Так уменьшение температуры пара НД на 25 0С приводит к повышению мощности ПГУ на 3,МВт и к повышению КПД ПГУ на 0,5% (табл. 7).

Таблица 7.

tНД, 0С DоВД, кг/с DоСД, кг/с DоНД, кг/с NЦВД, МВт NЦСД, МВт NЦНД,МВт NПТ, МВт NПГУ, МВт КПДПТ, % КПДПГУ,% 266,6 74,96 3,71 25,12 28,3 54 53,5 135,7 368,06 37,12 56,241,6 72,05 11,23 11,23 27,1 59,25 52,64 139,01 371,26 38,11 57,, % 3,88 -66,96 55,29 4,24 -9,72 1,61 -2,44 -0,87 -2,67 -0,При изменении давления в БНД было определено, что техникоэкономические показатели ПГУ имеют немонотонный характер.

Максимальное значение данных показателей находится в диапазоне давлений от 0,45 МПа до 0,75 МПа (табл. 8).

Таблица 8.

pБНД, МПа DоВД, кг/с DоСД, кг/с DоНД, кг/с NЦВД, МВт NЦСД, МВт NЦНД,МВт NПТ, МВт NПГУ, МВт КПДПТ, % КПДПГУ, % 0,3 72,39 16,68 14,47 27,24 55,52 54,58 137,34 369,65 37,16 0,45 72,32 17,02 12,68 27,21 58,5 52,94 138,65 370,91 37,93 57,0,6 72,27 17,26 11,29 27,19 59,88 51,82 138,89 371,15 38,33 57,0,75 72,24 17,45 10,13 27,18 60,51 50,96 138,65 370,93 38,61 57,0,9 72,21 17,59 9,12 27,17 60,7 50,3 138,17 370,44 38,68 57,1,05 72,18 17,71 8,21 27,16 60,6 49,72 137,49 369,79 38,73 57,1,2 72,16 17,81 7,39 27,15 60,3 49,24 136,69 369,03 38,73 56,ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. На базе общей теории комбинированных турбоустановок и теплообменных аппаратов разработана методология расчета тепловых схем утилизационных трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара, позволяющая по известным мощности и параметрам выхлопных газов ГТУ определять параметры газов, пара и воды по тракту котла-утилизатора и тепловые мощности его поверхностей нагрева, параметры процесса расширения пара в турбине, мощность паровой турбины и ее цилиндров, экономические показатели котла-утилизатора, паротурбинной и паросиловой установки и все ПГУ.

2. На основе разработанной методики для ГТУ GT26 разработана эффективная программа расчета утилизационной ПГУ, позволяющая оптимизировать ее параметры и сформулировать задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и паротурбинной установки.

3. Выполнено исследование влияния параметров пара контура ВД на экономические показатели ПГУ. Увеличение температуры пара перед ЦВД при сохранении остальных параметров контуров, приводит к незначительному росту экономических показателей ПГУ. При изменении давления в барабане ВД максимальные значения КПД ПГУ реализуются в диапазоне давлений от 12 до 18 МПа, при этом максимум КПД ПГУ и мощности ПГУ достигается при давлении в БВД 16 МПа.

4. Увеличение КПД паровой турбины при повышении температуры пара перед ЦСД почти в два раза выше, чем при таком же увеличении температуры пара перед ЦВД. Следовательно, для получения более высоких технико-экономических показателей ПГУ целесообразнее повышать температуру пара перед ЦСД, чем перед ЦВД. Изменение разделительного давления приводит к немонотонному изменению технико-экономических показателей ПГУ. Оптимальный диапазон давлений, в котором КПД ПГУ и мощность ПГУ принимают максимальное значение, находится в диапазоне от 2 МПа до 2,5 МПа, а оптимальное относительное разделительное давление pразд / pВД = 0,15-0,2.

5. При совместном увеличении температур пара перед ЦВД и ЦСД максимальные экономические показатели ПГУ достигаются при максимальном приближении температур перед ЦВД и ЦСД к температуре выхлопных газов ГТУ. В тоже время это приводит к усложнению и удорожанию конструкции КУ и ПТ. Увеличение мощности и КПД ПГУ при совместном увеличении температур пара перед ЦВД и ЦСД на 40% больше, чем при таком же увеличении температуры пара только перед ЦСД.

6. При изменении температуры пара НД максимальные экономические показатели достигаются при понижении температуры пара НД на выходе из КУ. При изменении давления в БНД экономические показатели ПГУ имеют немонотонный характер, и максимальное значение КПД находится в диапазоне давлений 0,45 - 0,75 МПа.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. А.Д. Трухний, Н.С. Паршина, Т.С. Лукьянова, Расчет тепловых схем трухконтурных утилизационных парогазовых установок: учеб. Пособие – М.:

Издательский дом МЭИ, 2010. – 48с.

2. Лукьянова Т.С., Трухний А.Д. Исследование влияния параметров паротурбинного цикла на экономичность трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара. – Теплоэнергетика. 2011, №3 с. 67-73.

3. Лукьянова Т.С., Трухний А.Д. Исследование влияния разделительного давления на экономичность и надежность трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара. – Теплоэнергетика. 2012, №3., с. 6771.

4. Лукьянова Т.С., Трухний А.Д. Расчет трехконтурной парогазовой установки с промежуточным перегревом пара и вакуумным деаэратором // Труды XVIII международной научно-технической конференции «Инновационные средства и технологии». Том 3. – М.: МЭИ, 19 - 21 октября 2010 г., с. 174-182.

5. Лукьянова Т.С., Трухний А.Д. Исследование и разработка утилизационной ПГУ на повышенные параметры пара // Тезисы докладов семнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”.

Том 3. – М.: МЭИ, 24 - 25 февраля 2011 г., с. 236-238.

6. Лукьянова Т.С., Трухний А.Д. Исследование влияния разделительного давления на экономичность и надежность трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара // Тезисы докладов восемнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. Том 3. – М.:

МЭИ, 1 - 2 марта 2012 г., с. 247.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.