6.2 Энергетические показатели гту-тэц

Простейшая тепловая схема ГТУ-ТЭЦ и соответствующая ей схема тепло­вых потоков приведены на рис. 6.4. Утилизация теплоты выходных газов ГТУ в КУ связана с некоторым повышением сопротивления выходного тракта, что приводит к снижению, прежде всего, электрической нагрузки. Это снижение было предложено учитывать коэффициентом .

Рисунок 6.4 – Простейшая тепловая схема (а) и схема тепловых потоков (б) ГТУ-ТЭЦ. [1]

Возможны режимы работы ГТУ-ТЭЦ с дожиганием топлива в среде вы­ходных газов ГТУ для повышения тепловой нагрузки ТЭЦ, стабилизации па­раметров генерируемого технологического пара и др.

Тепловая мощность КУ (ГВТО), кВт, в зависимости от типа тепловой на­грузки определится из соотношений:

1. в режиме без дожигания топлива

, (6.1)

где — количество выходных газов ГТУ, кг/с; , — количество со­ответственно технологического пара и сетевой воды, кг/с; , — эн­тальпия соответственно выходных газов ГТУ и уходящих газов КУ, кДж/кг; — энтвльпия соответственно технологического пара и его обратного конденсата, кДж/кг; — энтальпия соответственно прямой и обрат­ной сетевой воды, кДж/кг; — коэффициент сохранения теплоты в КУ;

2. в режиме с дожиганием топлива [см. также (6.1)]

, (6.2)

где — количество дожигаемого перед КУ топлива, кг/с; — количе­ство газов на входе в КУ, кг/с; — энтальпия газов на входе в КУ, кДж/кг.

Величина связана с теплотой выходных газов ГТУ зависимостью (ре­жим без дожигания)

. (6.3)

При проектировании ГТУ-ТЭЦ стремятся получить возможно самую низ­кую температуру уходящих газов КУ =80—100°С с учетом точки росы. Полная утилизация теплоты технически неосуществима.

Коэффициент эффективности утилизации теплоты в КУ (режим без дожи­гания)

. (6.4)

Зависимость этого показателя от температуры выходных газов ГТУ и температуры уходящих газов КУ приведены на рис. 6.5. Как и следова­ло ожидать, он увеличивается при повышении температуры и снижении , изменяясь в границах 0,7—0,9.[11]

Рисунок 6.5 – Зависимость степени утилизации газов на выходе ГТУ от температуры газов за ГТ при различных значениях температуры за газоводяным теплообменником

1 – Т_УХ = 60^оС; 2 - Т_УХ = 80^оС; 3 - Т_УХ = 100^оС. [1]

При анализе показателей ГТУ-ТЭЦ авторами использован также коэффи­циент потери теплоты с выходными газами ГТУ

(6.5)

Зависимость от типа применяемых ГТУ и параметров наружного воздуха для целого ряда энергетических ГТУ типов: НК-37-1; ГТУ-16У; ГТЭ-115-1170; ГТЭ-110; 9FA (General Electric); GT8C, GT13D, GT13E2 (ABB); V94.2, V64.3 (Siemens) и др., приведена на рис. 6.6. На него мало влияют начальные параметры газов перед газовыми турбинами. Он увеличивается, прежде всего, когда температура наружного воздуха становится выше 0 °С.

Рисунок 6.6 – Зависимость коэффициента от температуры наружного воздуха для ряда типов ГТУ (на графике не указаны типы энергетических ГТУ, которым соответствует каждая из линий, поскольку коэффициент практически не зависит от типа ГТУ). [1]

По аналогии с ПТУ, авторами введено понятие доли теплоты на внешнего потребителя по отношению к теплоте сжигаемого топлива. Вели­чину можно оценить с помощью коэффициентов и и представить в усредненном виде соотношением (погрешность в пределах 1—3 %):

. (6.6)

Таким образом, наряду с параметрами газов на входе и выходе КУ (ГВТО) ГТУ-ТЭЦ основным параметром, оказывающим влияние на величи­ну является и температура наружного воздуха . На рис. 6.7 это влия­ние показано для ряда типов энергетических ГТУ, выходные газы которых охлаждаются в ГВТО до Т_ух = 100 °С. Большие значения ( связаны как с повышением , так и с ростом температуры выходных газов ГТУ в соот­ветствии с их конструктивной схемой и начальными параметрами газов.

Как было уже отмечено, ГТУ-ТЭЦ — это частный случай более общей схе­мы парогазовой ТЭЦ. На ГТУ-ТЭЦ отсутствует выработка электро­энергии на базе утилизации теплоты выходных газов ГТУ. Вместе с тем, в дан­ном случае также актуален вопрос о методе разделения общего расхода топли­ва на ТЭЦ между видами отпускаемой энергии (электричество и теплота).[13]

Общий расход топлива на ГТУ-ТЭЦ определяется с учетом его дожига­ния в среде выходных газов ГТУ перед КУ. Долю расходов топлива для про­изводства соответственно электрической энергии и теплоты по «пропорцио­нальному» методу их разделения (метод ОРГРЭС) определим, приняв для ГТУ-ТЭЦ и , т.е.

(6.7)

Рисунок 6.7 – Зависимость коэффициента от температуры наружного воздуха для разных типов ГТУ

Δ – ГТУ-16У; ■ – V94,2;□ – НК-37;● – GT13D; ▲ – GT13E; ○ – GT8C; ◊ - ГТЭ-110; * - V64,3; ˣ - ГТЭ-115. [1]

Рисунок 6.8 – Зависимость КПД производства электрической энергии ГТУ-ТЭЦ от доли теплоты, затраченной на внешнего потребителя, при различных методах разделения топлива и разных значениях КПД

1 – 0,37; 2 – 0,35; 3 – 0,33; 4 – 0,37; 5 – 0,35; 6 – 0,33. [1]

(6.8)

Основными показателями тепловой экономичности ГТУ-ТЭЦ с учетом дожигания служат:

1) КПД производства электроэнергии

(6.9)

Зависимость этого КПД от доли теплоты и метода разделения общего расхода топлива на ТЭЦ для нескольких значений КПД (0,33; 0,35; 0,37) представлена на рис. 6.8. Сплошные линии соответствуют распределению то­плива по «физическому» методу, а пунктирные — по «пропорциональному» методу. По сравнению с КПД производства электроэнергии ГТУ в автономном режиме аналогичный КПД для ГТУ-ТЭЦ возрастает при «пропорциональном» методе разделения топлива па 30—50 % в зависимости от значения ;

2) расход условного топлива на единицу генерируемой электроэнергии, г/(кВт • ч),

(6.10)

3) КПД производства теплоты

(6.11)

С увеличением доли теплоты КПД производства теплоты на ГТУ-ТЭЦ может превысить 100 %, что является следствием принятой ОРГРЭС методики разделения топлива. Этим показателем следует пользоваться для сравнения различных вариантов схем отпуска теплоты потребителям;

4) расход условного топлива на единицу производимой теплоты, кг/ГДж:

(6.12)

При сравнительном анализе вариантов тепловых схем ГТУ-ТЭЦ применя­ют показатели, не зависящие от метода разделения общего расхода топлива на ТЭЦ;

5. коэффициент использования теплоты сжигаемого топлива

(6.13)

Эта величина представляет собой показатель суммарной тепловой эффек­тивности ГТУ-ТЭЦ при выработке как электрической энергии, так и тепло­ты. При = 0 получаем

(6.14)

5. удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении

(6.14)