Способ повышения единичной мощности современных газовых турбин выше 400 МВт

Новое поколение газовых турбин класса H являются образцом высокой производительности и эффективности. Одновальная газовая турбина SGT5-8000H развивает мощность в 400 МВт и имеет коэффициент полезного действия в 40%. Турбина обладает целым рядом инноваций, особенно в области охлаждения лопастей турбины, испытывающих на себе воздействие высоких температур (до 1500°С). Именно высокоэффективное охлаждение турбины положительно влияет на ее быстрый запуск.

Газовая турбина SGT5-8000H используется для процессов простого или комбинированного цикла, с комбинированным производством электроэнергии и тепла или без него, для всех диапазонов нагрузок, в особенности для работы при пиковых нагрузках. Помимо электростанций, турбина SGT5-8000H может также использоваться в нефтяной и газовой промышленности. В качестве привода компрессора эта турбина, спроектированная на основании проверенных стандартов, может использоваться, например, для производства сжиженного природного газа, либо в качестве прямого механического привода компрессора, либо для общего электрогенератора.

С помощью автоматизированной системы газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС ГРЭТ) была составлена математическая модель (ММ) газовой турбины типа SGT5-8000H и проведены расчеты его узловых параметров. АС ГРЭТ позволяет моделировать и проводить термогазодинамические расчеты газотурбинных 2

машин, комбинированных двигателей и установок и двигателей с изменяемым рабочим процессом [1].

Основные результаты расчетов ММ газовой турбины типа SGT5-8000H представлены в табл. 1 для температуры и давления окружающего воздуха соответственно 288,15 К и 0,1013 МПа [2].

Таблица 1

Рассмотрим один из способов повышения единичной мощности газовых турбин типа SGT5-8000H при использовании вакуумирующего агрегата, устанавливаемого в существующем газоходе за газовой турбиной, обеспечивающего дополнительное расширение продуктов сгорания на рабочих лопатках турбины за счет понижения давления ниже атмосферного. Схема установки представлена на рис. 1 [3].

Вакуумирующий агрегат (ВА) состоит последовательно из турбины перерасширения ТП, теплообменника-охладителя ТО и дожимного компрессора ДК. При установке вакуумирующего агрегата за ГТУ устанавливается давление ниже окружающей среды, что увеличивает теплоперепад на ГТУ. Сам ВА может быть установлен практически за любым типом ГТУ – существующих и перспективных параметров [4].

Рисунок 1 – Схема газотурбинного двигателя типа SGT5-8000H с использованием вакуумирующего агрегата, охлаждаемого водой: ВК – воздушный компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; С – сепаратор-влагоотделитель; ЭГ – электрогенератор; ЦН – циркуляционный насос; ВН – вакуумный насос.

Основные результаты расчета ММ газовой турбины типа SGT5-8000H с вакуумирующим агрегатом представлены в таблице 2 [5].

Таблица 2

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 компрессоре. Результаты расчетов показывают, что использование вакуумирующего агрегата в существующем газоходе за ГТУ типа Siemens SGT5-8000H позволяет повысить единичную мощность на 71,533 МВт и эффективный КПД установки на 8,71%.