3.2 Моделирование расчета технико-экономических показателей

парогазовых установок

Расчет тепловой схемы энергетической ГТУ в переменном режиме — весьма сложная задача. В полном объеме она выполняется фирмами-изгото­вителями установки с использованием собственных расчетных методов, стендовых испытаний, моделирования и результатов измерений характери­стик первых опытных образцов. Научно-исследовательские и проектные ин­ституты, энергопредприятия, вузы и другие организации используют пред­ставляемые фирмами характеристики и по ним оценивают возможности той или иной ГТУ. При наличии достаточной информации энергетические пока­затели ГТУ для различных режимов работы можно определить, аппроксими­руя информацию фирм-изготовителей оборудования, представляемую ими в графической или табличной форме.

В Московском энергетическом институте в НИЛ «Газотурбинные и парога­зовые ТЭС» создана программа аппроксимации таких табличных данных с ис­пользованием метода наименьших квадратов, которая позволяет получить за­висимости заводских характеристик от нескольких переменных.

С помощью этой программы обработаны технические данные ряда отече­ственных и зарубежных ГТУ и получены уравнения, с достаточной степенью точности (погрешность 0,5—1,0 %) описывающие энергетические характери­стики этих ГТУ в различных режимах.

Проведенные расчеты показывают, что характеристики ГТУ при номи­нальной нагрузке можно описать полиномами с использованием многочле­нов второго и третьего порядков:

где F_о — номинальная характеристика ГТУ для условий по ISО (T_{к в} = 15 °С, р_н = 0,1013 МПа, φ= 60%).

К примеру, для зарубежной энергетической ГТУ средней мощности полу­чены и использованы при расчетах следующие зависимости:

для электрической нагрузки ГТУ, МВт:

для КПД ГТУ:

для расхода газов за ГТУ:

для температуры газов за ГТУ:

Некоторым энергетическим ГТУ свойственно наличие излома характери­стик работы при определенной температуре наружного воздуха Т_изл, что объясняется ограничениями максимально возможной электрической нагруз­ки генератора ГТУ. В таком случае характеристики установки могут быть со­ставлены из двух уравнений, каждое из которых корректно для определенно­го интервала температур:

В качестве примера характеристики зарубежной энергетической ГТУ средней мощности, аппроксимированные с учетом излома, представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Коэффициенты с, d характеристик ГТУ

Показатель	Коэффициент	Значение коэффициентов при i, равном
		0	1	2	3
Электрическая мощность ГТУ, МВт		70 68,10	0 -0,3448	0 -7,119 -10-1	0 0
Электрический КПД ГТУ, %		36,29 36,22	-0,01232 -0,02821	-1,136- Ю-4 -1,430 -Ю-3	0 1,354 -10-5
Расход газов на вы­ходе ГТУ, кг/с		211,66 200,99	1,736 -0,5386	0,08334 -2,984 -Ю-3	1,371 • 10-3 0
Температура газов на выходе ГТУ, °С		522,6 522,7	0,2757 0,3074	-1,544 - -3,768 -Ю-3	4,856 -10-6 7,829-1 0-5

Если необходимо аппроксимировать зависимости параметров ГТУ не только от температуры наружного воздуха, но и от ее нагрузки, то пользу­ются более сложными зависимостями. В общем виде они могут быть пред­ставлены так:

где N — относительная нагрузка ГТУ.

При определении электрического КПД зарубежной энергетической ГТУ средней мощности были получены следующие значения коэффициента a_i,j -для полинома при п = 3:

В этом полиноме среднеквадратическое отклонение при аппроксимации равно 0,22%, что вполне удовлетворяет точности расчетов. Проведенные исследования показали, что дальнейшее увеличение п > 3 не приводит к повышеиию точности определения характеристик.

Для исследования показателей тепловой экономичности ПГУ с парал­лельной схемой и их оптимизации наряду с предложенной выше методикой авторами разработан алгоритм, схема которого приведена на рис., и программные продукты, реализованные на современных средствах вычисли­тельной техники. На первом этапе выбирают основное оборудование, типы ПТУ и ГТУ, тепловую схему КУ, тип сжигаемого в элементах схемы топли­ва, систему технического водоснабжения, характеристики водно-химическо­го процесса и др.

Затем делают предварительный расчет КУ и ПТУ с учетом потоков конденсата и питательной воды, подогреваемых вне системы ее регенерации. После этого проводят поверочный расчет энергетического парового котла на частичной нагрузке в соответствии с требованиями технологического процес­са, протекающего в нем, и расчет КУ. После соответствующих итераций пере­ходят к определению показателей тепловой экономичности всей ПГУ.

При исследовании показателей экономичности различных вариантов тепловых схем ПГУ были рассмотрены следующие режимы работы:

режим А — электрическую нагрузку ПТУ поддерживают максимально возможной. Принимают предельно допустимый пропуск пара в проточную часть ПТУ с учетом ограничений пропуска пара в конденсаторе и электри­ческой нагрузки генератора. Газотурбинная установка работает с номиналь­ной нагрузкой, а ее характеристики соответствуют параметрам наружного воздуха и виду сжигаемого топлива.

Тепловую нагрузку энергетического парового котла и его паропроизводительность изменяют в соответствии с работой ГТУ и количеством генерируе­мого в КУ пара. Если эта нагрузка оказывается ниже допустимой по режим­ным соображениям, то необходимо регулировать нагрузку ГТУ, что повлияет на экономичность всей установки.

Эти обстоятельства заставляют тщательно просчитывать возможные режимы работы и выбирать типоразмер основного оборудования ПГУ;

режим Б — тепловая нагрузка и паропроизводительность энергетического парового котла соответствуют их номинальным значениям и поддерживаются постоянными. Паротурбинная установка, как и в режиме А, работает с предельно возможным пропуском пара через проточную часть. Нагрузка энергетической ГТУ изменяется в соответствии с необходимой паропронзводительностью КУ. Такому режиму (очевидно менее предпочтительному) будут соответствовать определенные типоразмеры основного оборудования ПГУ.

Термодинамическая оптимизация тепловых схем и параметров парогазовых установок позволяет из большого количества возмож­ных вариантов отобрать основные для детального технико-эконо­мического анализа.

Она основана на исследовании динамики соотношения капитальных и эксплуатационных затрат на уста­новку при изменении тепловой схемы и параметров цикла.

Усложнение тепловой схемы и повышение параметров пара п газа приводит к увеличению капитальных затрат на оборудо­вание установки. Увеличение капиталовложений допустимо при условии, что они компенсируются уменьшением эксплуатационных расходов, из которых основными являются расходы на топливо и зарплата персонала. Топливная составляющая эксплуатацион­ных расходов уменьшается с повышением параметров пара и газа и отчасти с ростом мощности агрегатов. Составляющая зарплаты уменьшается в основном с увеличением мощности агрегатов.

Эффективность типовой паровой турбины. Вытеснение паровой регенерации и ограничения по прочности проточной части не позволяют сохранить номинальный расход пара на турбину при использовании ее в схеме ПГУ, что приводит к уменьшению макси­мальной электрической мощности паровой ступени ПГУ.

Рис. 17 - Схема алгоритма расчета тепловой схемы ПГУ с параллель­ной схемой.

Рис. 18 - Схема алгоритма расчета ПГУ с КУ