АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

ANALYSIS OF OPERATING MODES OF STEAM AND GAS PLANTS IN INDUSTRIAL POWER SYSTEMS

Roman Babichev

Master student, department of industrial heat power engineering, Smolensk branch of the Moscow Energy institute,

Russia, Smolensk

Sergey Pushkin

Master student, department of industrial heat power engineering, Smolensk branch of the Moscow Energy institute,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В статье исследовано применение парогазовых установок в промышленных энергосистемах. Использованы расчетно-графический и абстрактно-логический методы исследования. Даны рекомендации по практическому применению парогазовых установок.

ABSTRACT

The article explores the use of combined cycle plants in industrial power systems. Computational-graphic and abstract-logical research methods were used. Recommendations are given for the practical application of combined cycle plants.

Ключевые слова: парогазовая установка, параметры рабочего тела, энергосистема.

Keywords: combined cycle plant, working fluid parameters, power system.

Газотурбинные и парогазовые системы играют всё возрастающее значение в структуре производства тепловых и электрических энергоносителей, вследствие их привлекательных термодинамических параметров, приемлемого КПД, высокой производственной маневренности и экономически умеренной удельной стоимости при выполнении требований по надежности.

Обобщение исследований в данной области, позволяет находить комплексные технические решения задач промышленной теплоэнергетики для разработки конкретных парогазовых систем. Для этого в работе рассмотрены результаты расчетов и оптимизации технических параметров и схем ПГУ разных версий типа и назначения. Основное внимание уделено двойным ПГУ с котлами - утилизаторами, для которых спроектированы термодинамические тепловые схемы, проведено расчетное моделирование рабочих режимов, разработана технология эксплуатации, просчитаны статические и динамические характеристики оборудования систем ПГУ, проведены вычислительные испытания на объектах и представлены их обработанные результаты, определена длительность необходимой вентиляции утилизирующих котлов , дана возможности и направления развития парогазовых систем и их оборудования и показана перспектива более широкого применения двойных ПГУ путем использования в них твердого топлива в паровом цикле.

Ценность практических результатов работы заключается в математическом обосновании технических решений по существующим тепловым схемам, их возможной практической реализации, в обеспечении освоения и эксплуатации с гарантированными хорошими параметрами и показателями. Первые отечественные бинарные энергетические ПГУ с котлами - утилизаторами, использовались с хорошими результатами. Это разработки 60х годов прошлого столетия. Коэффициенты полезного действия достигли 45%, что в те времена было большим достижением.

При использовании современных ГТУ в надстроенном цикле наиболее эффективными являются бинарные ПГУ, коэффициент полезного действия которых достигает 50, а и иногда и 55%. В этом случае весь расход топлива поступает в камеру сгорания ГТУ, а присоединенная паросиловая часть использует только тепло отработавших в ГТУ газов. Учитывая, что в таких ПГУ газотурбинная установка является базовым элементом, на характеристики которого присоединённая паросиловая часть практически не оказывает влияния, экономичность ПГУ зависит от глубины утилизации тепла выхлопных газов и работоспособности пара, вырабатываемого за счет уходящих газов из ГТУ. В свою очередь работоспособность пара в паровой турбине определяется его давлением и сопряженной с ним температурой - чем выше параметры пара, тем больше работоспособность пара. Однако глубина охлаждения выхлопных газов и получение пара с высоким давлением входят в противоречие из-за разнонаправленности процессов.

Термодинамическими параметрами, определяющими эффективную энерго-емкость выхлопных газов ГТУ, являются: так называемый критический температурный напор (температурный напор на «холодном» конце испарителя), недогрев воды до температуры кипения в теплообменнике уходящих газов и температурный напор на выходе пароперегревателя по пару, определяемые конечной разностью температур тепло-обменивающихся сред.

Увеличение критического температурного напора и недогрева воды до кипения в охладителе уходящих газов уменьшают удельную паро-производительность, причем значительно большее влияние оказывает недогрев воды до кипения в охладителе уходящих газов. Увеличение температурного напора на «горячем» конце пароперегревателя вызывает увеличение удельной паропроизводительности, которое, однако, ослабевает при снижении давления пара. При высоких давлениях пара КПД ПСУ может увеличиваться при увеличении напора до критического.

При конструировании котлов-утилизаторов в первую очередь необходимо исключать уменьшение недогрева воды до кипения в экономайзере, затем к уменьшению термодинамически критического температурного напора и, в последнюю очередь, к уменьшению температурного напора на «горячем» конце теплообмена пароперегревателя.

Главная задача, которая должна выполняться при подъеме параметров   рабочего тела энергетического цикла - это обеспечение максимально возможной температуры рабочего тела на выходе из котла при минимальных температурных напорах и в ГТУ и в ПГУ. Максимальное использование теплоты уходящих газов с максимальным отпуском пара предельно возможная термодинамическая температура будет достигаться при классической противоточной схеме движения теплоносителей в пароперегревателе и экономайзере и системе контуров вырабатывающих пар, расположенных противотоком по отношению к движению потока газов.

В парогазовой надстроечной схеме на базе ГТУ разработанных в последнее время применяются утилизирующие барабанные паровые котлы- с давлением пара в контурах высокого давления до 14 МПа. При этом во всех парогенерирующих системах применяется либо принудительная, с использованием дополнительных насосов, либо естественная циркуляция рабочего тела. В основном, в горизонтально расположенных утилизирующих котлах применяется естественная циркуляция, в вертикальных системах — принудительная или естественная. В системах с принудительной циркуляцией для запуска циркуляции при пусках котла-утилизатора используют специальные пусковые устройства, пусковые насосы.

Прямоточные котлы по гидравлической схеме и способу регулирования параметров пара отличаются от барабанных котлов, что позволяет улучшить их маневренные и пусковые характеристики. В отечественной тепловой энергетике эксплуатируются прямоточные котлы на докритическом (13,7 МПа) и сверхкритическом (25 МПа) давлении. Их надёжность подтверждена почти полувековой эксплуатацией.

Технические параметры испарителей парогенераторов (развитые поверхности нагрева) и их расположение в газоходах (опускное движение в вертикально расположенных котлах и подъёмно-опускное в горизонтально расположенных котлах) нуждаются в обязательном изучении их гидродинамики для обеспечения параметров надёжной работы во всех режимах использования ПГУ в бинарной схеме. Как следует из предыдущего раздела, применение сверхкритических параметров пара повышает КПД системы ПГУ, а для реального перехода на эту ступень газодинамических параметров пара альтернативы прямоточной генерации пара в верхнем контуре не существует.

Список литературы:

1. Лередев, A.C. Направления повышения эффективности ГТУ / A.C. Лередев, C.B. Костенриков // Теплоэнергетика. - 2018. - №9. - С. 11-18.
2. Ольдовский, Г.Г. Газотурбинные и парогазовые системы за рубежом / Г.Г. Ольдовский // Теплоэнергетика.- 1999. - №1. С. 71-80.
3. Фагорский, О.Н. Перспективы и состоние развития парогазовых систем в энергетике России / О.Н. Фагорский, В.И. Другосельский, Ю.К. Потреня // Теплоэнергетика. - 2003. - № 2. - С. 9-15.
4. Чеднецкий, Н.С. Перспективы ПГУ крупных электростанций / Н.С. Черднецкий, В.А. Свягов, С.Т. Трушин // Теплоэнергетика. - 1989. - №6. - С. 5-12.