Инжиниринговый центр


Новости

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ВОЗДУХА ПОСТУПАЮЩЕГО В КОМПРЕССОР

  • 03.05.2019

УДК 621.311.22

А.Н. Алексенко, В.А. Фомин

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ВОЗДУХА ПОСТУПАЮЩЕГО В КОМПРЕССОР

 

В настоящее время в тепловой энергетике широко применяются парогазовые установ- ки с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ), которые обладают значительными преимуществами по сравнению с паротурбинными установками. Однако существенным недостатком при их эксплуатации является уменьшение мощности при сезонном повышении температуры наружного воздуха. В связи с этим актуальна задача охлаждения температуры воздуха перед компрессором ГТУ, особенно для южных регионов России.

Среди различных способов снижения температуры воздуха на входе в компрессор ГТУ наиболее широкое применение нашли схемы с установкой водо- воздушного теплообменника, по трубкам которого циркулирует хладагент, а через межтрубное пространство поступает воздух [1].

Целью данной работы является исследование энергетических характеристик ПГУ с охлаждением воздуха, поступающего в компрессор при помощи абсорбционных холодильных машин (АБХМ).

АБХМ представляет собой холодильную установку, работающую за счет тепла, а не электрической энергии. Источником тепловой энергии может служить горячая вода, выхлопные газы, водяной пар, природный газ и другие виды топлива. АБХМ могут использовать как напрямую выхлопные газы ГТУ, так и горячую воду/пар из котлов-утилизаторов.

В работе были исследованы характеристики ПГУ, в состав которой входят две ГТУ типа GT13E2 фирмы Alstom. Мощность ГТУ при номинальных параметрах наружного воз- духа составляет 182 МВт при КПД 37,4 %. Проведённые расчёты показали, что при повыше- нии температуры наружного воздуха от минус 30 оС до плюс 30 оС мощность ГТУ уменьшается на 27 %.

В энергетике России имеется определённый опыт применения АБХМ для охлаждения циклового воздуха ГТУ. В 2015-2016 годах на Астраханской ГРЭС на ПГУ-110 и ПГУ-235 ООО «Лукойл-Астраханьэнерго» были установлены АБХМ фирмы Shuangliang с целью охлаждения воздуха на входе в компрессоры газовых турбин LM 6000PF для компенсации потерь электрической мощности турбин в летний период времени [2,3].

Для проведения расчётных исследований на основе схем ПГУ с двухконтурным КУ и принципиальных схем применения АБХМ для охлаждения воздуха ГТУ разработана тепло- вая схема ПГУ с охлаждением воздуха перед компрессором ГТУ при помощи АБХМ (рис.1). Источником теплоты для АБХМ является горячая вода циркуляционного контура, ко- торая нагревается в водо-водяных теплообменниках ВВТО1 и ВВТО2. Водо-водяной тепло- обменник ВВТО1 включен в схему за газовым подогревателем конденсата после линии ре-циркуляции, ВВТО2 расположен на линии рециркуляции конденсата.

В комплексном воздухоочистительном устройстве (КВОУ) расположен воздухо- водяной теплообменник или воздухоохладитель (ВО) по трубкам которого течет холодная вода, охлаждаемая в АБХМ, а через межтрубное пространство проходит цикловой воздух. Для отведения выделяющейся в АБХМ теплоты в процессе абсорбции в схему включена градирня.

9

Рис.1. Принципиальная схема ПГУ с двухконтурным КУ и охлаждением воздуха перед ГТУ при помощи АБХМ: К – компрессор; ГТ – газовая турбина; ПТ – паровая турбина; ППВД, ППНД – пароперегреватели, соответственно, высокого и низкого давлений пара; ИВД, ИНД – испарители, соответственно, высокого и низкого давлений; Д – деаэратор; ЭкВД – экономайзер высокого давления; ГПК – газовый подогреватель конденсата; ВВТО1 и ВВТО2 – водо-водяные теплообменники; БВД, БНД – барабаны, соответственно, высокого и низкого давлений; ПНД – подогреватель низкого давления; КПУ – конденсатор пара из уплотнений; НЦ и НР – циркуляционный и рециркуляционный насосы; КВОУ – комплексное воздухоочистительное устройство; АБХМ – абсорбционная холодильная машина; ОКБ-охладитель конденсата бойлера; Б1, Б2, Б3, Б4 – сетевые подогреватели; РОУ – редукционная охладительная установка

Для проведения расчётных исследований разработана математическая модель ПГУ с охлаждением воздуха перед компрессором. В её состав вошли уравнения тепловых балансов для расчёта котла-утилизатора, водо-водяных теплообменников и охладителя воздуха перед компрессором, а также уравнения для расчёта электрической мощности паровой турбины. Ре- шение системы уравнений математической модели в системе MathCAD позволило определять тепловую мощность воздухоохладителя, необходимую для охлаждения воздуха перед компрессором до температуры +15оС, и далее находить соответствующую мощность АБХМ.

На основе математической модели выполнены расчёты энергетических показателей ПГУ при номинальном значении температуры (+ 15оС) и в интервале температур плюс 30оС минус 30 оС. Изменение мощности ПГУ в этом интервале температур составило 140 МВт.

В качестве места установки ПГУ выбран город Краснодар. Анализ климатических ха- рактеристик города Краснодар показал, что применение АБХМ для охлаждения воздуха пе- ред компрессором целесообразно с апреля по октябрь, когда среднемесячная максимальная температура превышает +15 °С. Результаты расчётов мощностей АБХМ и ВВТО2 в период апрель – октябрь представлены на рис. 2 и 3.

Расчёты показали, что в июле для охлаждения воздуха, поступающего в компрессор, требуется АБХМ холодопроизводительностью 18 МВт. Исходя из этого, были выбраны че- тыре АБХМ фирмы Shuangliang серии HSA-1323 единичной мощностью 4650 кВт.

10

Выводы. Выполненные исследования энергетических показателей ПГУ на базе ГТУ типа GT13E2 фирмы Alstom при работе системы охлаждения воздуха в период апрель- октябрь для г. Краснодар показали, что прирост мощности ПГУ составляет от 10 до 40 МВт. Таким образом, результаты анализа энергетических показателей ПГУ с системой охлаждения воздуха, использующей водо-водяные теплообменники в качестве источников теплоты для АБХМ, показывают целесообразность её использования при разработке тепловых схем ПГУ для южных регионов России.

 ЛИТЕРАТУРА:

  1. В.Е. Михайлов. Охлаждение циклового воздуха для повышения экономичности газотурбинных установок // Научно-технические ведомости СПбГПУ №3,
  2. Д.Л. Догадин, А.Б. Анохин, Г.Г. Латыпов, И.Н. Крыкин. Охлаждение циклового воздуха компрессора ПГУ-110 с помощью абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин // Газотурбинные технологии, ноябрь
  3. Е. Шадек, В. Штеренберг, Б. Маршак. Охлаждение воздуха на входе компрессора ГТУ: расчет, анализ, системы, режимы // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ №3,