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

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

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
Показатель параметра, размерность	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.

Статья научная