Совершенствование утилизационных ПГУ за счет использования парового охлаждения газовых турбин

• Автор: Цирков, Максим Борисович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

1. Современное состояние и перспективы развития парогазовых установок
1.1. Г азотурбинная установка - основа современных ПГУ с котлом-утилизатором
1.2. Характерные особенности тепловых схем и основного оборудования бинарных ПГУ
1.3. Анализ влияния основных параметров схемы на экономичность бинарных ПГУ
1.4. Анализ характерных особенностей, влияющих на эффективность охлаждения лопаток
1.5. Анализ систем охлаждения, применяемых в ГТУ
1.5.1. Воздушное охлаждение газовых турбин
1.5.2. Паровое охлаждение газовых турбин
1.6. Постановка задачи
2. Методика расчета ПГУ утилизационного типа с учетом парового охлаждения газовой турбины
2.1. Характеристика циклов ПГУ и анализ схем парового охлаждения
2.2. Методика расчета основных элементов утилизационной ПГУ
2.2.1. Газотурбинная установка
2.2.2. Котел-утилизатор и паровая турбина
2.3. Определение термодинамических свойств продуктов сгорания и водяного пара
2.4. Определение коэффициентов теплоотдачи в охлаждаемых лопатках
2.4.1. Определение средних коэффициентов теплоотдачи со стороны газов
2.4.2. Определение локальных коэффициентов теплоотдачи со стороны газов
2.4.3. Определение коэффициентов теплоотдачи со стороны охладителя

2.5. Определение необходимого расхода охладителя
2.6. Гидравлические потери в охлаждающих каналах
2.7. Программное обеспечение для расчета утилизационных ПГУ с учетом охлаждения элементов газовой турбины
3. Анализ ПГУ с паровым охлаждением газовой турбины
3.1. Анализ основных характерных параметров для системы парового охлаждения
3.2. Анализ способов организации парового охлаждения
3.2.1. Анализ охлаждения по закрытой схеме
3.2.2. Анализ охлаждения по комбинированной схеме
3.2.3. Анализ охлаждения по открытой схеме
3.2.4. Обобщенный анализ способов парового охлаждения
3.3. Утилизация теплоты охлаждающего пара в деаэраторе
3.4. Отбор пара на охлаждение из котла-утилизатора
4. Обоснование выбора рабочего давления для деаэратора в цикле ПГУ утилизационного типа
4.1. Характеристика утилизационных ПГУ с деаэратором избыточного и атмосферного давлений
4.2. Сравнительный анализ утилизационной ПГУ с деаэраторами различных давлений
Заключение
Литература
Приложения

Сегодня теплоэнергетика потребляет более 30 % добываемого топлива, а вместе с отопительными котельными более 50 %. Абсолютный рост потребления топлива на станциях и непрерывно возрастающая стоимость его добычи вследствие постоянного исчерпания наиболее дешевых видов определяет необходимость экономии. Существует целый ряд путей экономии топлива на электрических станциях:
• повышение параметров пара, подаваемого в турбину. При таком подходе возрастает КПД цикла и снижаются затраты на выработку тепловой и электрической энергии. Повышение температуры (до 600 °С) и давления подвода пара (до 30 МПа) связано со значительными трудностями. Необходимы масштабные работы по разработке новых сплавов, способных надежно работать в условиях таких высоких температур;
• укрупнение единичной мощности выпускаемых агрегатов (котел, турбина, генератор) или энергоблоков. С ростом мощности энергоблока снижаются удельные расходы электроэнергии на его собственные нужды, что ведет к некоторому повышению общего КПД блока. Данный путь почти исчерпал себя по техническим и экономическим соображениям;
• значительно больший экономический эффект и экономия топлива достигаются при переходе к комбинированным циклам — парогазовым установкам (ПТУ). Максимальная тепловая экономичность обеспечивается в ПГУ бинарного цикла (топливо сжигается только в газотурбинной установке).
Дополнительный интерес к ПГУ связан с тем, что в настоящее время проблеме возобновления установленных мощностей в экономическом развитии РАО «ЕЭС России» придается первостепенное значение. В случае непринятия кардинальных мер возникнет дефицит электрических мощностей на энергетическом рынке России. Промышленность будет усиленно развиваться, требуя дополнительной электроэнергии, а ее не будет (приложение 1).

Если для закрытой и открытой систем парового охлаждения принять расход воздуха через компрессор равным, то есть (^открыт. _ ^закрыт.
открыт. _ ^ закрыт. | т().
1. согласно (1.12) Ы^]крыт' >Ы^]крыт', при прочих равных условиях расход топлива в камере сгорания ГТУ будет равным, а это означает, что справедливо следующее неравенство:
ч%Гт->ч%Гт'' (1Л7>
2. согласно (1.16) И^]к,)ьт' < Ы^рыт‘. В этом случае справедливым будет неравенство:
(1Л8)
Несомненно, широкое применение охлаждаемых лопаток в высокотемпературных газовых турбинах в сочетании с использованием пара в качестве охладителя связано с решением большого количества задач разного технологического уровня. Но, прежде всего, представляется целесообразным провести анализ более эффективного способа утилизации пара, используемого для охлаждения в тепловой схеме бинарной парогазовой установки.
Для проведения более полного анализа будем рассматривать следующие схемы парового охлаждения:
а. Полностью замкнутая система парового охлаждения лопаток газовой турбины (далее Вариант А). Теплота охлаждающего пара утилизируется в паровой турбине, смешиваясь с основным потоком перед ЦНД.
б. В сопловых лопатка используется замкнутая схема, в рабочих лопатках -открытая (далее Вариант Б). Пар, охлаждающий сопловые лопатки, возвращается в паровую турбину и используется как в предыдущем варианте. Пар, охлаждающий рабочие лопатки, поступает в проточную часть газовой турбины через радиальный зазор.