2. Парогазовые установки с котлами – утилизаторами (пгу с ку)
ПГУ с КУ на природном газе являются самыми перспективными энергетическими установками [2, 3].
В данном разделе рассмотрим основные положения методик расчета тепловых схем и показателей элементов ПГУ с КУ:
- газотурбинной энергетической установки (ГТУ) в составе осевого компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, системы охлаждения и др.;
- котла-утилизатора, где используется значительная часть теплоты выхлопных газов ГТУ;
- паротурбинной установки (ПТУ).
Эти элементы соединены в общую технологическую схему (более подробно [3, гл. 1]).
2.1. Расчет тепловой схемы энергетической газотурбинной установки электростанции
Целью расчета тепловой схемы ГТУ является определение параметров рабочего тела, расхода топлива и энергетических характеристик установки.
В качестве примера рассмотрим расчет тепловой схемы ГТУ АО «Турбоатом» (г. Харьков) типа ГТЭ-115-1170 (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Принципиальная тепловая схема ГТЭ-115-1170 (ХГЗ):
ВО – воздухоохладитель; КВОУ – комплексное воздухоочистительное устройство; 1 – 4 – ступень газовой турбины
Исходные данные
Приняты параметры рабочего тела и показатели работы ГТУ для базового (расчетного) режима работы, которые отмечены индексом «О». Расчет выполняем для режима, в котором, по сравнению с базовым, изменена температура наружного воздуха (нерасчетный режим).
Основные показатели работы гту в базовом (расчетном) режиме
1. Параметры наружного воздуха (по ISO № 2314):
То.нв = 288 К, Ро.нв = 0,1013 МПа.
2. Основное топливо – природный газ, имеющий следующие характеристики (по ГОСТ 5542):
- теплотворная
способность
=
43496 кДж/кг;
- плотность ρт = 0,723 кг/м3;
- теоретически необходимое количество для сжигания 1 кг топлива L0 = = 16,62 кг;
- состав (% по объему): СН4 = 98,9; С2Н6 = 0,13; С3Н8 = 0,01; СО2 = 0,08; N2 = 0,87.
3. Физическая частота вращения ротора ГТУ nо.ф = 50 с-1.
4. Удельная
приведенная частота вращения ротора
ГТУ
=
1,0.
5. Удельный
приведенный расход воздуха
=
1,0.
6. Физический расход воздуха на входе в компрессор Gо.к = 395 кг/с.
Нерасчетный режим работы гту
1. Параметры наружного воздуха:
Тнв = 268 К, Рнв = 0,1013 МПа.
2. Начальная температура газов на входе в газовую турбину (перед первым рядом сопловых решеток): Тнт = 1443 К.
Ниже приведены некоторые дополнительные данные по ГТУ-115-1170.
Таблица 2.1
Характеристика диффузора ГТ
Длина, м |
5,3 |
Внутренний диаметр, м |
1,61 |
Наружный диаметр, м |
4,068 |
Скорость газов на выходе из диффузора ГТ (при tнв = 15 °С), м/с |
78,5 |
КПД диффузора, % |
70,0 |
Таблица 2.2
Параметры проточной части ГТУ ГТЭ-115-1170
Конструктивные параметры проточной части ГТ |
Ступени проточной части |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Высота сопел, мм |
144 |
207 |
336 |
510 |
Высота лопаток, мм |
155 |
256 |
398 |
600 |
Число сопел |
84 |
72 |
66 |
72 |
Число лопаток |
107 |
86 |
89 |
97 |