5.2 Результаты расчета котла-утилизатора в переменных режимах работы установки

Рассчитаны изменения значений параметров пара в зависимости от электрической мощности ГТУ и температуры наружного воздуха.

Расчет произведен с дожиганием, для поддержания температуры на входе в КУ равный 600 ⁰С.

Дожигание топлива на ПГУ-ТЭЦ применяется для целей: стабилизации параметров газа перед КУ, увеличения мощности установки.

Расчет изменения параметров пара произведен согласно балансовым уравнениям для котла-утилизатора, приведенных в пункте 3.3. Рассчитано изменение паропроизводительности котла при изменении температуры наружного воздуха и переменной мощности ГТУ.

Исходные даны для расчета получены при расчете климатических и дроссельных характеристик ГТУ и приведены в таблицах 5.2-5.4.

Ниже приведен расчет на номинальном режиме работы, обозначения и исходные данные аналогичны п. 3.3.

1. Количество теплоты из ГТУ:

(5.1)

2. Величина дожигания:

(5.2)

3. Потери с уходящими газами:

(5.3)

4. Паропроизводительность КУ:

(5.4)

5. Тепло, отданное газами ГТУ в паротурбинный цикл

(5.5)

6. Тепло, полученное нагреваемой стороной (расчет по балансовой формуле)

(5.6)

7. Расход топлива КУ

(5.7)

8. Расход топлива энергоблока

(5.8)

9. Расход теплоты топлива энергоблока

(5.9)

10. КПД энергоблока

(5.10)

Расчет на других режимах произведен в программе Excel и приведен ниже.

Таблица 5.2 – Расход газов после ГТУ

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Расход газов после ГТУ, кг/с
-30	149,05	175,67	215,10
-15	145,66	171,67	210,20
0	142,64	168,11	205,85
15	140,00	165,00	202,11
30	137,73	162,33	198,76

Таблица 5.3 – Расход топлива ГТУ

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Расход топлива ГТУ, кг/с
-30	3,15	3,96	5,00
-15	2,94	3,71	4,68
0	2,71	3,41	4,30
15	2,58	3,25	4,10
30	2,39	3,01	3,80

Таблица 5.4 – Прочие данные для расчета

Параметр	Значение	Единица измерения
Теплота сгорания топлива	50000,00	кДж/кг
Температура газов после ГТУ	558,97	град.С
Температура пара после КУ*	560	град.С
Давление пара	14,00	Мпа
Энтальпия пара	3488	кДж/кг
Температура газа на входе в КУ*	600	град.С
Энтальпия пит.воды	985	кДж/кг
Температура газов на выходе из КУ**	111.49	град.С
Номинальный режим работы
Паропроизводительность КУ	34,15	кг/с
Расход газов после ГТУ	202,11	кг/с
Величина дожига	12,785	МВт

Примечание:

*принятые величины

**рассчитано для номинального режима и принято, так как принята программа регулирования для поддержания температуры газов на выходе из КУ

Мощность ГПК приведена в таблице 3.16.

Результаты расчета приведены в таблицах 5.5-5.10

Таблица 5.5 – Количество теплоты из ГТУ, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Количество теплоты из ГТУ, МВт
-30	99,14	116,85	143,08
-15	96,89	114,19	139,82
0	94,88	111,83	136,93
15	93,12	109,75	134,44
30	91,62	107,98	132,21

Таблица 5.6 – Величина дожигания, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Величина дожигания, МВт
-30	9,42	11,11	13,60
-15	9,21	10,85	13,29
0	9,02	10,63	13,02
15	8,85	10,43	12,78
30	8,71	10,26	12,57

Таблица 5.7 – Потери с уходящими газами, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Потери с уходящими газами, МВт
-30	17,87	21,06	25,79
-15	17,46	20,58	25,20
0	17,10	20,16	24,68
15	16,79	19,78	24,23
30	16,51	19,46	23,83

Таблица 5.8 – Паропроизводительность КУ, кг/с

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Паропроизводительность КУ, кг/с
-30	24,90	29,74	36,29
-15	24,48	28,97	35,51
0	24,14	28,31	34,65
15	23,66	27,76	34,15
30	23,36	27,51	33,74

Таблица 5.9 – Теплота, подведенная к паро-водяной смеси, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Теплота, подведенная к паро-водяной смеси, МВт
-30	62,32	74,44	90,84
-15	61,26	72,52	88,87
0	60,43	70,87	86,74
15	59,23	69,48	85,47
30	58,46	68,86	84,44

Таблица 5.10 – Теплота, использованная в КУ, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Теплота, использованная в КУ, МВт
-30	90,32	106,44	130,34
-15	88,26	104,02	127,37
0	86,43	101,87	124,74
15	84,83	99,98	122,47
30	83,46	98,36	120,44

Показатели работы блока ГТУ-КУ приведены в таблицах 5.11-5.14

Таблица 5.11 – Расход топлива КУ, кг/с

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Расход топлива КУ, кг/с
-30	0,188	0,222	0,272
-15	0,184	0,217	0,266
0	0,180	0,213	0,260
15	0,177	0,209	0,256
30	0,174	0,205	0,251

Таблица 5.12 – Полный расход топлива энергоблока, кг/с

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Полный расход топлива энергоблока, кг/с
-30	3,335	4,186	5,272
-15	3,129	3,927	4,946
0	2,886	3,621	4,560
15	2,757	3,459	4,356
30	2,565	3,271	4,051

Таблица 5.13 – Полный расход теплоты топлива энергоблока, МВт

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Полный расход теплоты топлива энергоблока, МВт
-30	166,74	209,28	263,60
-15	156,46	196,34	247,29
0	144,31	181,06	228,02
15	137,85	172,93	217,78
30	128,27	160,87	202,57

Таблица 5.14 – Коэффициент использования топлива брутто энергоблока и КПД по выработке электрической энергии энергоблока

Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	Коэффициент использования топлива брутто
-30	0,8128	0,8326	0,8374
-15	0,8284	0,8457	0,8495
0	0,8605	0,8754	0,8782
15	0,8657	0,8774	0,8792
30	0,8962	0,9051	0,9056
Режим работы ГТУ/ Температура наружного воздуха, оС	0,5	0,75	1
	КПД по выработке электрической энергии энергоблока
-30	0,5915	0,6593	0,6784
-15	0,6064	0,6719	0,6896
0	0,6522	0,7151	0,7310
15	0,6507	0,7094	0,7240
30	0,7029	0,7559	0,7671

Набор кривых зависимости паропроизводительности КУ для различных режимов работы приведен на рисунках 5.2-5.3. Зависимость теплоты сгорания топлива от режима работы ГТУ приведена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.2 – Кривые зависимости паропроизводительности КУ от температуры наружного воздуха для различной нагрузки ГТУ

Рисунок 5.3 – Кривые зависимости паропроизводительности КУ от нагрузки ГТУ для различной температуры наружного воздуха.

Рисунок 5.4 – Зависимость теплоты сгорания топлива от мощности ГТУ и температуры наружного воздуха.

Зависимость коэффициента использования топлива энергомодуля от мощности ГТУ приведена на рисунке 5.5, зависимость КПД энергомодуля по выработке электрической энергии от мощности ГТУ – на рисунке 5.6. Проанализируем приведенные зависимости. Как видно, линии зависимостей для более низких температур находятся ниже линии для более высоких температур. Для объяснения этого явления запишем выражение для определения

из которого следует, что коэффициент использования топлива зависит от коэффициента использования топлива ГТУ (равен КПД ГТУ по выработке электроэнергии, рисунок 5.7) и отношения теплоты, полученной нагреваемой средой в КУ к полному расходу теплоты топлива на энергоблок. Первое слагаемое имеет порядок величин уменьшающихся от отрицательной температуры к положительной, второе слагаемое имеет обратный порядок изменения и, согласно расчетам, превышает первое слагаемое. Такое поведение величин может быть связано с неполным использование теплоты дымовых газов в результате задания программы регулирования по уходящим газам.

Рисунок 5.5 – Зависимость коэффициента использования топлива энергомодуля от мощности ГТУ

Рисунок 5.6 – Зависимость КПД энергомодуля по выработке электрической энергии от мощности ГТУ

Рисунок 5.7 – Зависимость КПД ГТУ по выработке электрической энергии от мощности ГТУ