Исследование способов совершенствования энергетических газотурбинных установок и их тепловых схем

• Автор: Пустовалов, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1.1. Способы повышения экономичности газотурбинных установок путм усложнения тепловой схемы.
1.1.1. Влияние промежуточного охлаждения и промежуточного подогрева на термический КПД и удельную работу идеального цикла Брайтона

1.1.2. Влияние регенерации теплоты уходящих газов на термический КПД цикла Брайтона.

1.1.3. Регенерация и промежуточное охлаждениеподофев в идеальном цикле Брайтона.

1.2. Применение увлажнения рабочей среды для повышения показателей энергетических ГТУ.

1.2.1. Способы увлажнения рабочей среды установки путм впрыска воды

1.2.2. Впрыск пара для увлажнения рабочей среды ГТУ.

1.2.3. Разработки ОИВТ РАН по созданию высокоэкономичной парогазовой установки контактного типа для совместного производства электроэнергии и тепла.
1.2.4. Применение увлажняющих колонн для увлажнения рабочей среды энергетических ГТУ.

1.3. Постановка задачи и цели исследования.

Глава 2. Методологические основы расчта показателей энергетических газотурбинных установок.
2.1. Алгоритм расчта тепловых схем энергетических ГТУ без увлажнения рабочей среды
2.1.1. Расчт свойств рабочей среды энергетических ГТУ.
2.1.2. Способы оценки совершенства проточной части компрессора и газовой турбины при ресчте тепловых схем энергетических ГТУ
2.1.3. Расчт процессов расширения и сжатия
2.1.4. Расчт регенератора.
2.1.5. Расчт расхода топлива и состава продуктов сгорания.
2.1.6. Определение показателей тепловой экономичности установки
2.2. Особенности расчта ГТУ с сатуратором.
2.3. Описание расчетной модели в программе ТБегтоЛех и оценка точности моделирования
2.3.1. Применение программного комплекса ТЬегтоЛех для моделирования тепловых схем энергетических газотурбинных установок
2.3.2. Моделирование установок с промежуточным охлаждением воздуха, промежуточным подогревом газов и регенерацией
2.3.3. Моделирование газотурбинных установок с увлажнением рабочей среды при помощи сатураторов
2.4. Выбор алгоритма многомерной оптимизации.
2.5. Выводы по главе 2.
Глава 3. Анализ способов повышения экономичности газотурбинных установок путм усовершенствования тепловой схемы.
3.1. Влияние промежуточного охлаждения воздуха и промежуточного подогрева газов на показатели ГТУ при отсутствии регенерации
3.2. Применение регенерации теплоты уходящих газов в сочетании с промежуточным охлаждением воздуха и промежуточным подогревом газов
3.3. Выводы по главе
Глава 4. Увлажнение воздуха в циклах энергетических газотурбинных установок
4.1. Показатели газотурбинных установок с впрыском воды в сжатый воздух и регенерацией теплоты уходящих газов схема I
4.2. Установки с увлажняющими колоннами.
4.2.1. IУказатели энергетической эффективности ГТУ с сатуратором.
4.2.2. Анализ влияния параметров газотурбинной установки с сатуратором на показатели тепловой экономичности
4.3. Оценка возможности возврата воды из уходящих газов энергетических ГТУ с сатуратором
4.4. Усложнение тепловой схемы для повышения показателей ГТУ с сатуратором.
4.4.1. Влияние применения впрыска воды в воздух перед компрессором на показатели ГТУ с сатуратором.
4.4.2. Влияние промежуточного охлаждения воздуха при сжатии на показатели ГТУ с сатуратором.
4.5. Выбор точки подвода подпиточной воды в тепловых схемах ГТУ с сатуратором
4.6. Выводы по главе 4.
Глава 5.Оценка экономической эффективности вариантов ГТУ усовершенствованных технологических схем.
5.1. Описание экономического окружения
5.1. Оценка эксплуатационных затрат.
5.2. Стоимость отпускаемой продукции.
5.3. Оценка капитальных затрат.
5.3.1. Общие положения.
5.3.2. Оценка капитальных затрат на ПГУ с котломутилизатором .Л
5.3.3. Оценка капитальных затрат на ГТУ с промохлаждением и регенерацией и ГТУ с сатуратором.
5.4. Техникоэкономическая оптимизация параметров газотурбинных установок усовершенствованных схем.
5.5. Сравнение экономической эффективности ГТУ усовершенствованных технологических схем.
5.6. Выводы по главе 5.
Выводы по диссертации.
Использованная литература.
Список использованных


Конверсионные ГТУ имеют высокую степень повышения давления в компрессоре, что способствует улучшению массогабаритных характеристик, однако делает невозможным применение регенерации теплоты уходящих газов для повышения экономичности. Вместе с тем известно, что применение промежуточного охлаждения воздуха при сжатии и промежуточного подогрева газов при расширении двукратный подвод теплоты позволяют применить регенерацию теплоты уходящих газов в установках с высокой степенью повышения давления. В настоящее время не проводится исследований по оценке целесообразности применения данных мероприятий. Достаточно широко рассматриваются способы повешения показателей газотурбинных установок путм увлажнения рабочей среды. Впрыск воды перед компрессором или между ступенями компрессора, как правило, применяется для повышения мощности установки при высоких температурах наружного воздуха. Впрыск пара, генерируемого в котлеутилизаторе, повышает мощность и экономичность установки. Относительно новым и весьма перспективным способом увлажнения рабочей среды газотурбинных установок является применение увлажняющих колонн сатураторов. Данные установки находятся на стадии исследований и разработки. Отсутствуют опубликованные материалы по оптимизации параметров подобных установок, нет чтких рекомендаций по расчету подобных схем. Данная работа посвящена анализу способов повышения тепловой экономичности энергетических газотурбинных установок путм совершенствования их тепловых и технологических схем, выбору и оптимизации наиболее перспективным схем. Работа выполнена под руководством профессора кафедры Тепловых электрических станций Национального исследовательского университета Московского энергетического института, кандидата технических наук Цанева Стефана Вичева, которому автор выражает глубокую благодарность. Автор выражает признательность заведующему кафедрой ТЭС НИУ МЭИ Бурову Валерию Дмитриевичу за ценные замечания, советы и рекомендации при выполнении диссертационной работы. Автор благодарит коллектив НИЛ ГТУ и ПТУ ТЭС за помощь и ценные замечания при написании работы, а так же сотрудников кафедры ТЭС НИУ МЭИ за ряд сделанных важных и полезных рекомендаций. Глава 1. С созданием первой в мире газотурбинной установки не прекращались попытки оптимизации показателей ее работы с целью увеличения эффективности и экономичности. Основные усилия направлены на повышение начальной температуры газов перед турбиной, что достигается путем использования новых материалов и технологий изготовления лопаток, совершенствования систем охлаждения высокотемпературных частей установки, внедрения новых теплоизоляционных покрытий. В новых ГТУ фирмы i температура газов перед рабочими лопатками первой ступени турбины достигает С. Фирма ii планирует к выпуску установки с начальной температурой С. Однако анализ результатов технического прогресса в области стационарных ГТУ свидетельствует о том, что простейшие установки вплотную приблизились к технически возможному максимуму по экономичности. При увеличении температуры за пределами уже достигнутого уровня темп возможного роста КПД ГТУ заметно снижается, а трудности реализации существенно возрастают. Следует также отметить, что повышение начальной температуры свыше С требует существенного усовершенствования системы охлаждения горячих частей ГТУ, и, во многих случаях, перехода на паровое охлаждение. Дальнейшее увеличение экономичности ГТУ может быть достигнуто путем применения установок более сложных схем. Брайтона к циклу Карно. К карнотизации относят применение промежуточного охлаждения воздуха при сжатии, промежуточного подогрева газов при расширении и регенерации теплоты выхлопных газов. Цикл Карно позволяет достичь максимально возможного КПД при заданных температурах подвода 7 и отвода Т2 теплоты. Он характеризуется тем, что подвод и отвод теплоты происходит в изотермических процессах см. Рис. Термический КПД цикла Карно определяется из соотношения 1. Для идеального газа этот цикл практически нереализуем. Достижение высокой температуры в цикле только через адиабатное сжатие возможно лишь при экстремально высоком соотношении давлений. Для параметров, характерных для современных ГТУ, Тнт С и Гнв С получаем соотношение давлений
карно 1 1
1. Рис.