Диссертация (Исследование влияния параметров ГТУ и ПГУ на их характеристики на основе методики с детальным учетом потерь от охлаждения в газовой турбине), страница 14

Например, при увеличении значения ε с 15 до 20 абсолютныйприрост максимального КПД составляет 1,69%, а при увеличении ε с 30 до 35— только 0,31%.115Рисунок 5.1 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ηк = 0,88 и Tw = 800оС (ε = var)116Рисунок 5.2 — Графики зависимости коэффициента полезной работы и температуры уходящих газов ГТУ оттемпературы газов перед турбиной при ηк = 0,88 и Tw = 800оС (ε = var)117Коэффициент полезной работы увеличивается с ростом Tc, что вызваноувеличением мощности газовой турбины по отношению к мощности,потребляемой компрессором.

Температура уходящих газов также растет сповышением начальной температуры Tc и снижением отношения давлений ε.Наибольшая температура уходящих газов достигается при максимальныхзначениях Tc и низких значениях ε.Из рисунка 5.1 видно, что при небольших значениях температуры Tc(1000-1400оС) максимальные значения КПД ГТУ достигаются не принаибольших, а при некоторых промежуточных значениях ε. Для болееглубокого анализа этой особенности построены графики зависимости КПДГТУ от степени сжатия в компрессоре ηгту = f(ε) при различных значенияхначальной температуры Tc (рисунок 5.3).

Расчеты проведены при прежнихзначениях КПД компрессора ηк = 0,88 и допускаемой температуре металлаTw = 800оС.В результате можно сделать вывод, что для каждого значения начальнойтемпературы газа перед турбиной Tc существует некоторое значение степенисжатия ε, при котором КПД ГТУ достигает максимального значения.Оптимальная степень сжатия растет по мере роста начальной температуры.Так для температуры Tc = 1000 оптимальное значение ε составляет 17-18, дляTc = 1200 — оптимальное ε находится около 24-25, а для Tc = 1800оптимальное отношение давлений превышает 40.Таким образом, параметры Tc и ε взаимосвязаны, поэтому дляувеличения максимального значения КПД ГТУ нужно изменять оба этихпараметра.Аналогичные расчеты проведены также при изменении некоторыхдругих параметров ГТУ: КПД компрессора ηк и допускаемой температурыметалла Tw. Изменение указанных параметров произведено по следующимзначениям:— КПД компрессора ηк = 0,86, 0,88, 0,90, 0,92;— допускаемая температура металла Tw = 800, 850, 900, 950, 1000оС.118Рисунок 5.3 — Графики зависимости КПД ГТУ от степени сжатия в компрессоре при ηк = 0,88 и Tw = 800оС (Tc = var)1195.3 Влияние КПД компрессора на параметры ГТУИсследованазависимостьпараметровГТУотзначенияКПДкомпрессора, которое задается на начальном этапе расчета ГТУ.

Нарисунках 5.4-5.6 показаны графики зависимости КПД ГТУ от начальнойтемпературы газа ηгту = f(Tc) при Tw = 800оС и значениях КПД компрессорасоответственно ηк = 0,86, ηк = 0,90 и ηк = 0,92.На рисунке 5.7 приведены графики зависимости КПД ГТУ от начальнойтемпературы газа ηгту = f(Tc) при постоянном значении степени сжатия ε = 25,при Tw = 800оС и различных значениях КПД компрессора.Повышение КПД компрессора на каждые 2% приводит к повышениюКПД газотурбинной установки в среднем на 0,9-2,0% в зависимости оттемпературы Tc. Чем выше значение Tc, тем менее существенное влияниеоказывает изменение КПД компрессора на КПД всей газотурбиннойустановки.При этом увеличение КПД компрессора приводит к некоторомусмещению оптимальной температуры Tc, при которой КПД ГТУ для данногоε является максимальным, в сторону более низких значений.

Так, приηк = 0,86 максимальное значение КПД достигается при Tc ≈ 1900оС, а приηк = 0,92 оптимальное значение температуры равняется Tc ≈ 1600оС.120Рисунок 5.4 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ηк = 0,86 и Tw = 800оС (ε = var)121Рисунок 5.5 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ηк = 0,90 и Tw = 800оС (ε = var)122Рисунок 5.6 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ηк = 0,92 и Tw = 800оС (ε = var)123Рисунок 5.7 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ε =25 и Tw = 800оС (ηк = var)1245.4 Влияние допускаемой температуры металла на параметры ГТУПроизведенырасчетыпараметровгазотурбиннойустановкиприразличных значениях максимальной допускаемой температуры металлалопаток.На рисунке 5.8 приведены графики зависимости КПД ГТУ от начальнойтемпературы газа ηгту = f(Tc) при различных значениях температуры металла(от 800 до 1000оС).

Значения степени сжатия ε = 25 и КПД компрессораηк = 0,88 для указанных расчетов приняты постоянными.Анализпостроенныхзависимостейпоказывает,чтоповышениемаксимальной температуры металла на каждые 50 градусов приводит к ростуКПД ГТУ на абсолютную величину от 0,1 до 0,7% в зависимости от значенияначальной температуры газов.125Рисунок 5.8 — Графики зависимости КПД ГТУ от температуры газов перед турбиной при ε =25 и ηк = 0,88 (Tw = var)1265.5 Влияние начальной температуры газов и степени сжатия вкомпрессоре на параметры парогазовой установкиРасчет парогазовой установки, в составе которой работает рассчитаннаяранее ГТУ, производится при двух изменяемых параметрах: температурегазов перед газовой турбины Tc и степени сжатия в компрессоре ε.Расчеты ПГУ проведены для двух вариантов исполнения тепловойсхемы: двухконтурная ПГУ и трехконтурная ПГУ с промежуточнымперегревом пара.Изменяемыми параметрами при расчете ПГУ являются электрическийКПД ГТУ ηГТУ, температура уходящих газов Td и расход уходящих газов Gух,которые получены в результате расчета ГТУ.

Все остальные величинызадаются постоянными и сохраняются в течение всей серии расчетов врамках численных исследований ПГУ.Расчеты двухконтурной ПГУ произведен по программе «UPGU»,разработанной на кафедре Паровых и газовых турбин МЭИ, и котораяосуществляет расчет тепловой схемы двухконтурной ПГУ с деаэратором ипаровой турбиной двух давлений, состоящей из ЦВД с камерой смешения идвухпоточного ЦНД. В программе «UPGU» реализована методика расчетадвухконтурной ПГУ, подробно изложенная в [60]. Приняты следующиезначения параметров котла-утилизатора:— состав газа соответствует продуктам сгорания метана;— давление в барабане ВД poВД = 6,9 МПа;— давление в барабане НД poНД = 0,66 МПа;— недогрев пара ВД до температуры газов δtoВД = 35 оС;— недогрев пара НД до температуры газов δtoНД = 12 оС;— недогрев конденсата ВД в пинч-точке ΔtбВД = 9 оС;— недогрев конденсата НД в пинч-точке ΔtбНД = 9 оС;127— температура питательной воды tпв = 60 оС;— гидравлические сопротивления ППВД и ППНД отсутствуют;— гидравлическое сопротивление ЭВД ΔpЭВД = 0,35 МПа;— гидравлическое сопротивление ГПК ΔpГПК = 0,08 МПа;— давление в деаэраторе pд = 0,65 МПа;— недогрев в ГПК до температуры насыщения в деаэраторе Δtд = 11 оС.Для расчета паровой турбины задаются следующие значения исходныхвеличин:— давление в конденсаторе pк = 5 кПа;— потеря давления в клапанах ВД ΔpВД = 0,05 МПа;— потеря давления в клапанах НД ΔpНД = 0,05 МПа;— давление в поворотной камере pпк = 1,78 МПа;— давление перед ЦНД p’цнд = 0,16 МПа;— диаметр последней ступени dz = 2,48 м;— длина лопатки последней ступени lz = 0,96 м;— механический КПД ηмех = 0,99;— КПД электрогенератора ηэг = 0,98.Расчет трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом парапроизведен по программе «Calc_PGU», также разработанной на кафедреПаровых и газовых турбин МЭИ, которая осуществляет расчет тепловойсхемы трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара.

В программе«Calc_PGU» реализована методика расчета, изложенная в [59]. Принятыследующие исходные параметры для котла-утилизатора:— состав газа соответствует продуктам сгорания метана;— давление в барабане ВД poВД = 12,0 МПа;— давление в барабане СД poСД = 3,0 МПа;— давление в барабане НД poНД = 0,40 МПа;— температура промперегрева равняется температуре пара ВД;— недогрев пара ВД до температуры газов δtoВД = 20оС;128— недогрев конденсата ВД в пинч-точке ΔtбВД = 5оС;— недогрев конденсата СД в пинч-точке ΔtбСД = 5оС;— недогрев конденсата НД в пинч-точке ΔtбНД = 10оС;— температура питательной воды tпв = 60оС;— гидравлические сопротивления пароперегревателей отсутствуют;— недогрев в ГПК до температуры насыщения в деаэраторе Δtд = 10,6оС.Для расчета паровой турбины задаются следующие значения исходныхвеличин:— давление в конденсаторе pк = 5 кПа;— потеря давления в клапанах ВД ΔpВД = 0,05 МПа;— потеря давления в клапанах СД ΔpНД = 0,05 МПа;— потеря давления в клапанах НД отсутствует;— диаметр последней ступени dz = 2,8 м;— длина лопатки последней ступени lz = 0,96 м;— механический КПД ηмех = 0,99;— КПД электрогенератора ηэг = 0,98.Еще одной важной особенностью расчета парогазовой установкиявляетсяограничениемаксимальнойтемпературысвежегопара,поступающего в паровую турбину, определяемой, в первую очередь,длительнойпрочностьюротора.Длясовременныхпаровыхтурбинпредельная температура свежего пара на входе в ЦВД и после промперегреване превышает 610-615оС.

Поэтому в расчетах ПГУ принято ограничение помаксимальному значению температуры пара на входе в паровую турбину науровне 615оС, что соответствует температуре газов на выходе из газовойтурбины Td = 650оС.В результате расчетов для различных значений отношения давлений вкомпрессоре ε (в диапазоне от 10 до 60) и температуры перед газовойтурбиной Tc (в диапазоне от 1000 до 2000оС) получены значения КПДпарогазовых установок ηПГУ. Результаты произведенных расчетов для129двухконтурной ПГУ сведены в таблицу 5.3, для трехконтурной спромперегревом — в таблицу 5.4 и графически показаны на рисунках 5.9 и5.10 соответственно.Таблица 5.3 — Зависимость КПД двухконтурной ПГУ от параметров Tc и εTc, оСε = 10ε = 20КПД ПГУε = 30ε = 40ε = 50ε = 6010000,45710,44400,40420,35180,28740,208011000,48650,48140,45340,41750,37520,326712000,52420,51110,48990,46290,43200,398113000,5475*0,53480,51780,49610,47150,445414000,55450,53990,52120,50060,478615000,57090,55760,54060,52220,502916000,5845*0,57160,55570,53860,520917000,58290,56760,55110,534218000,5921*0,57660,56040,543719000,5835*0,56710,550620000,5720*0,5551*расчет теоретического КПД ПГУ проведен для справки в предположении, чтомаксимальная температура металла лопаток паровой турбины не ограниченаТаблица 5.4 — Зависимость КПД трехконтурной ПГУ с промперегревом отпараметров Tc и εTc, оСε = 10ε = 20КПД ПГУε = 30ε = 40ε = 50ε = 6010000,50980,47750,43390,38100,31850,243211000,53670,51280,48070,44350,40200,355512000,55930,54020,51480,48600,45510,422013000,5783*0,56150,54050,51650,49170,465614000,57880,56010,53930,51810,496015000,59290,57470,55650,53750,517916000,6043*0,58770,56950,55180,533717000,59710,57950,56240,545118000,6045*0,58690,57000,552919000,5921*0,57520,558320000,5786*0,5615*расчет теоретического КПД ПГУ проведен для справки в предположении, чтомаксимальная температура металла лопаток паровой турбины не ограничена130Штриховые линии на диаграммах соответствуют режимам постоянногоКПД.