3.2. Определение энергетических показателей промышленно-отопительной гту-тэц

а) Исходные данные

В тепловой схеме использована ГТУ фирмы АВВ GT8C.

Параметры окружающего воздуха:

t_нв = - 5 °С, Р_нв = 0,1013 МПа.

Известны заводские характеристики этой ГТУ:

- электрическая мощность в автономном режиме = 57 400 кВт;

- параметры выхлопных газов:

расход G_кт = 189 кг/с;

температура υ = 518 °С;

давление Р_кт = 0,1043 МПа;

энтальпия h_кт = 561 кДж;

избыток воздуха α_кт = 2,70;

- расход топлива В_гт = 3,399 кг/с

(природный газ при ρ_гт = 0,72 кг/м³, = 49 193 кДж/кг);

- степень повышения давления воздуха в компрессоре ГТУ π_к = 16,7.

Заданы параметры технологического пара на выходе ГТУ-ТЭЦ: Р_п = 1,47 МПа, t_п = 350 °С. Приняты давление в деаэраторе Р_д = 0,12 МПа, параметры обратного конденсата производства t_ок = 100 °С, h_ок = 419 кДж, доля возврата конденсата α_ок = 0,9, график температур сетевой воды для потребителя: t_пс = 130 °С, t_ос = 55 °С. Внутренние и внешние потери рабочего тела восполняются из ХВО водой с температурой t_дв = 40 °С.

Природный газ поступает на ТЭЦ по двум независимым газопроводам (газ – основное и резервное топливо) с давлением в магистрали Р_м = 0,5 МПа при температуре t_м = + 4 °С. Атмосферное давление принято Р_атм = 0,10 МПа. Подача природного газа в камеры сгорания ГТУ осуществляется с помощью дожимающего компрессора (ДК) газового распределительного пункта. Компрессор приводится в действие электродвигателем и имеет КПД η_дк = 0,80.

б) Тепловой расчет котла-утилизатора (КУ).

Расчет начинаем с составления уравнений тепловых балансов парогенерирующей части К – У (см. п. 2.2) и составления «Q – t» диаграммы для КУ (рис. 3.3).

Для этой цели принимаем с определенным запасом давление перегретого пара и оцениваем гидравлическое сопротивление пароперегревателя . Это позволяет определить температуру насыщения в барабане КУ. Задаемся температурным напором на «горячем» конце пароперегревателя °С, температурным напором на «холодном» конце испарителя , а также некоторым запасом по температуре воды за экономайзером (защита от вскипания жидкости).

Необходимо использовать следующие уравнения теплового баланса:

Рис. 3.3. «Q – t» диаграммы для котла-утилизатора ГТУ-ТЭЦ

Коэффициент сохранения теплоты в КУ можно принять φ = 0,994 - 0,996. Продувкой воды в барабане следует пренебречь.

При решении этих уравнений задаемся расходом генерируемого перегретого пара Д_пе так, чтобы обеспечивались принятые выше температурные напоры. Контрольным является и значение температуры газов за экономайзером Температурный напор принимаем в пределах °С.

Из теплового баланса смесителя уточняем величину впрыска Д_впр, обеспечивающего заданные параметры технологического пара.

В конкретном примере расчета определено

Д_пе = 24,5 кг/с, Р_пе = 1,52 МПа, t_пе = 493 °С,

Д_впр = 3,42 кг/с, Р_б = 1,72 МПа, = 204,9 °С,

Θ_пе = 28 °С, Θ_и = 9,1 °С, t_пн = 108 °С, = 196,9 °С.

в) Тепловой расчет ГВТО

Расчет выполняем, используя уравнение теплового баланса

Температура сетевой воды принята = 60 °С, = 100 °С соответственно = 252,2 кДж, = 420,3 кДж. Это позволяет определить количество рециркулирующей воды и общее количество воды, проходящей через ГВТО

Принимаем температуру уходящих газов за КУ υ_ух = 80 - 100 °С и из уравнения теплового баланса рассчитываем расход сетевой воды G_св.

В результате расчета получено:

υ₁ = 443,3 °С, h₁ = 481,6 кДж;

υ₂ = 213,6 °С, h₂ = 226,8 кДж;

υ₃ = 165,4 °С, h_ух = 105,1 кДж;

G_св = 69,25 кг/с, h_ос = 230,6 кДж.

г) Тепловой баланс пикового сетевого подогревателя.

Составим уравнение теплового баланса пикового сетевого подогревателя

В рассмотренном примере принято t_др = 100 °С, η = 0,998 и определены

Д_пб = 2,87 кг/с, h_пс = 546 кДж.

д) Тепловой расчет деаэратора питательной воды.

Материальный баланс деаэратора (продувкой барабана КУ пренебрегаем)

Тепловой баланс деаэратора:

В расчетном режиме определены

= 0,38 кг/с, Д_п = 24,68 кг/с, Д_ок = 22,21 кг/с, Д_дв = 2,47 кг/с.

В итоге определяем количество теплоты, отпускаемой на ГТУ-ТЭЦ внешним потребителям:

- с технологическим паром

- с сетевой водой

е) Основы конструкторского расчета КУ.

Принимаем конструктивную схему КУ по аналогии с п. 2.2 (вариант КУ с горизонтальной компоновкой). Использована стандартная секция поверхности нагрева с оребренными трубами.

Составляем уравнения теплопередачи поверхностей нагрева КУ, для которых ранее определены количества теплоты по тепловому балансу:

Используем рекомендации [9] для определения коэффициентов теплопередачи и среднего логарифмического напора поверхностей нагрева.

В результате определено:

Принимаем число стандартных секций в одном ряду КУ по ходу газов (в = 4) и рассчитываем поверхность нагрева стандартной секции (d_н = 30 мм; h_реб = 11 мм; в_реб = 7 мм; δ_реб = 2 мм [3, рис. 1.8 и 1.9]; F_сек = 647,5 м².

В соответствии с принятой конструктивной схемой справедливо соотношение

где z – число рядов секций по ходу газов соответствующей поверхности нагрева.

В результате определено:

Суммарная поверхность КУ F_ку = 31 080 м², число рядов секций по ходу газов z_ку = 12.

ж). Аэродинамический расчет КУ.

Расчет выполняем для определения аэродинамического сопротивления КУ и влияния этого сопротивления на мощность ГТУ в режиме ее работы в схеме ГТУ-ТЭЦ [10].

1. Площадь свободного сечения для прохода газов ГТУ через КУ

где в_ку – ширина газохода КУ в расчетном сечении, м; γ₁ = S₁/d_н.

Принято [3, рис. 1.8 и 1.9]: S₁ = 72 мм; S₂ = 85мм.

Определено F_св = 58,79 м².

2. Скорость газов

3. Аэродинамическое сопротивление первого ряда секций

4. Аэродинамическое сопротивление КУ (Z_ку = 12)

5. Коэффициент снижения электрической мощности ГТУ

6. Электрическая мощность ГТУ при ее работе в схеме ГТУ-ТЭЦ

з) Энергетические показатели промышленно-отопительной ГТУ-ТЭЦ

Для определения показателей использованы методические разработки НИЛ «Газотурбинные и парогазовые ТЭС» МЭИ. Энергетические показатели рассчитаны для двух способов разделения топлива на производство электрической и тепловой энергии: «физического» и «пропорционального» (метода ОРГРЭС) (табл. 3.2).

1. Доля теплоты, отнесенная на внешнего пользователя:

2. Доля топлива, отнесенная на производство электрической энергии:

- по физическому методу Ф

- по пропорциональному методу П

где - КПД котельной для отпуска теплоты.

3. Доля топлива, отнесенная на производство и отпуск тепловой энергии:

4. КПД ГТУ-ТЭЦ по выработке электроэнергии:

где - соотношение КПД при раздельном производстве электрической и тепловой энергии.

5. Расход электроэнергии на привод дожимающего компрессора природного газа:

- требуемое давление газа перед камерами сгорания ГТУ

- мощность электропривода дожимающего компрессора

6. Расход электроэнергии на «собственные нужды» ГТУ-ТЭЦ

7. Доля расхода электроэнергии на «собственные нужды»

8. КПД ГТУ-ТЭЦ по производству электроэнергии нетто

9. Удельный расход условного топлива нетто на производство электроэнергии

г/кВт·ч;

г/кВт·ч.

10. Коэффициент использования теплоты топлива (полный КПД ГТУ-ТЭЦ)