Комбинированная энергетическая установка на базе газотурбинного двигателя типа SGT5-8000H
Автор: Гафуров А.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З.
Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 9 (15), 2016 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается способ работы комбинированной энергетической установки на базе газотурбинного двигателя типа Siemens SGT5-8000H с вакуумирующим агрегатом, охлаждаемого низкокипящим рабочим контуром. Представлены результаты расчета и показатели эффективности комбинированной энергетической установки.
Газотурбинный двигатель, вакуумирующий агрегат, низкокипящее рабочее тело
Короткий адрес: https://sciup.org/140269754
IDR: 140269754
Combined power plant based on a gas turbine type SGT5-8000H
Mode of work of the combined power plant on the basis of the gas turbine Siemens SGT5-8000H engine with the vacuumizing unit cooled by the low-boiling working contour is considered. Results of calculation and indicators of efficiency of the combined power plant are provided.
Текст научной статьи Комбинированная энергетическая установка на базе газотурбинного двигателя типа SGT5-8000H
Рассмотрим современную одновальную парогазовую установку типа SCC5-8000H 1S мощностью 600 МВт (ПГУ-600), где на одном валу расположены газовая турбина типа SGT5-8000H, общий электрогенератор и паровая турбина типа Siemens SST5-5000. Котел утилизатор (КУ) для ПГУ-600 является трехконтурным с промежуточным перегревом пара. Основные результаты расчетов для ПГУ-600 представлены в табл. 1.
Таблица 1
|
Показатель параметра |
Значение параметра |
|
Теплопроизводительность КУ, кВт |
523829 |
|
Температура продуктов сгорания ГТУ, К |
906,91 |
|
Суммарный общий расход пара в КУ, кг/с |
142,92 |
|
Температура пара высокого давления (ВД), К |
863,15 |
|
Давление пара ВД, МПа |
18 |
|
Расход пара ВД, кг/с |
113,35 |
|
Температура пара среднего давления (СД), К |
538,15 |
|
Давление пара СД, МПа |
3,24 |
|
Расход пара СД, кг/с |
12,81 |
|
Температура промперегрева, К |
863,15 |
|
Температура пара низкого давления (НД), К |
413,15 |
|
Давление пара НД, МПа |
0,118 |
|
Расход пара НД, кг/с |
16,76 |
|
Давление отработавшего пара в конденсаторе, МПа |
0,005 |
|
Степень влажности отработавшего пара, % |
8,715 |
|
Электрическая мощность газовой турбины, кВт |
386176 |
|
Электрическая мощность паровой турбины, кВт |
214471 |
|
Общая электрическая мощность ПГУ-600, кВт |
600647 |
|
КПД ПГУ-600 брутто по выработке электроэнергии, % |
60,2 |
|
КПД ПГУ-600 нетто по выработке электроэнергии, % |
56 |
|
Расход условного топлива на выработку электроэнергии, г/кВт·ч |
219,581 |
Для создания комбинированной энергетической установки, состоящей из газотурбинного двигателя типа Siemens SGT5-8000H и вакуумирующего агрегата, охлаждаемого низкокипящим рабочим контуром, предлагается схема на рис. 1 [1].
Рисунок 1 – Схема комбинированной энергетической установки: ВК – воздушный компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; ТП – турбина перерасширения; ТО1-2 – теплообменник-охладитель продуктов сгорания (испаритель сжиженного метанола); С – сепаратор-влагоотделитель; ДК – дожимной компрессор; ТД1-2 – турбодетандер; К12 – конденсатор водяного или воздушного охлаждения; КН1-2 – конденсатный насос; ЭГ1-3 – электрогенератор.
Эффективность работы вакуумирующего агрегата зависит от температуры охлаждения продуктов сгорания перед дожимающим компрессором. Чем ниже температура продуктов сгорания, тем меньше тратится работы на его сжатие до атмосферного давления в дожимающем 3
компрессоре. Использование парового контура для охлаждения продуктов сгорания в теплообменнике-охладителе ТО не представляется возможным из-за низкой температуры продуктов сгорания, что не позволяет выработать пар высоких параметров для паровой турбины.
Поэтому в качестве низкокипящего рабочего тела в замкнутом контуре циркуляции предлагается использовать сжиженный метанол CH 3 OH. Основные термодинамические свойства рабочего тела CH 3 OH в сравнении с водой Н 2 О представлены в таблице 2 [2].
Таблица 2
|
Показатель параметра, размерность |
CH 3 OH |
Н 2 О |
|
Молекулярная масса, г/моль |
32,042 |
18,015 |
|
Температура в тройной точке, К |
175,61 |
273,16 |
|
Давление в тройной точке, МПа |
1,86·10-7 |
6,1·10-4 |
|
Температура кипения при давлении 0,1013 МПа, К |
337,63 |
373,12 |
|
Удельная теплота парообразования (фазового перехода) при давлении 0,1013 МПа, кДж/кг |
1101,1 |
2256,5 |
|
Критическая температура, К |
512,6 |
647,1 |
|
Критическое давление, МПа |
8,1035 |
22,064 |
|
Критическая плотность, кг/м3 |
275,56 |
322 |
|
Максимальная температура нагрева, K |
620 |
2000 |
Основные результаты расчетов математической модели комбинированной энергетической установки на базе газотурбинного двигателя типа SGT5-8000H с вакуумирующим агрегатом, охлаждаемого низкокипящим рабочим контуром, представлены в таблице 3 [3, 4].
Результаты расчетов показывают, что предлагаемая комбинированная энергетическая установка позволяет вырабатывать электрическую мощность на уровне 590,2 МВт в летний и 662,13 МВт в зимний период времени с общей эффективностью (КПД нетто), соответственно, 58% и 60,77%, что является выше показателя эффективности традиционной ПГУ-600 равной 56%.
Таблица 3
|
Показатель параметра, размерность |
Значение параметра |
|
|
летом |
зимой |
|
|
Температура окружающего воздуха, К |
288,15 |
253,15 |
|
Расход воздуха на входе в компрессор, кг/с |
849,81 |
848,48 |
|
Расход топливного газа, кг/с |
19,755 |
21,089 |
|
Температура в камере сгорания, К |
1774 |
1774 |
|
Температура ПС за турбиной перерасширения, К |
633,91 |
628,08 |
|
Давление ПС за турбиной перерасширения, МПа |
0,0211 |
0,0211 |
|
Температура охлаждающей жидкости на входе ТО1-2, К |
310 |
275 |
|
Расход выделившегося конденсата ПС в процессе теплообмена в ТО1, кг/с |
69,57 |
69,57 |
|
Температура ПС на входе в ДК, К |
324 |
289 |
|
Температура ПС на выходе из ДК, К |
528,07 |
472,41 |
|
Температура выхлопных газов, К |
378,15 |
378,15 |
|
Вырабатываемая электрическая мощность, МВт |
590,2 |
662,13 |
|
Эффективный КПД, % |
58 |
60,77 |
Список литературы Комбинированная энергетическая установка на базе газотурбинного двигателя типа SGT5-8000H
- Гафуров А.М. Эффективность газовых турбин типа Siemens SGT5-8000H при использовании вакуумирующего агрегата. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 62-63.
- Гафуров А.М. Газотурбинная установка НК-16СТ с обращенным газогенератором и низкокипящим рабочим контуром. // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2012. - №4-1. - С. 78-83.
- Гафуров А.М., Калимуллина Р.М. Показатели эффективности современных газовых турбин типа Siemens SGT5-8000H. // Инновационная наука. - 2015. - № 12-2. - С. 34-36.
- Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Пути повышения эффективности современных газовых турбин в комбинированном цикле. // Энергетика Татарстана. - 2015. - № 1 (37). - С. 36-43.
