3. Газотурбинные теплоэлектроцентрали

3.1 Расчет тепловой схемы отопительной гту-тэц и определение ее энергетических показателей

На рисунках 3.1 и 3.2 приведены принципиальная тепловая схема ГТУ-ТЭЦ и схема тепловых потоков соответственно.

Рис. 3.1. Принципиальная тепловая схема ГТУ-ТЭЦ:

ДК – дожимающий компрессор; ДКС – дополнительная камера сжигания топлива; СК – стопорные клапаны; РК – регулирующие топливные клапаны; СН - сетевой насос

Рис. 3.2. Схема тепловых потоков ГТУ-ТЭЦ

Принята закрытая схема отпуска теплоты с ТЭЦ. Сетевая вода подогревается в котле-утилизаторе (газоводяном теплообменнике).

В качестве пикового источника теплоты предусмотрено установленное перед ГВТО устройство для дожигания топлива в потоке уходящих газов (дополнительная камера сжигания – ДКС). В ГТУ предусмотрен дожимающий компрессор (ДК) для нормальной работы топливной системы.

Для расчета тепловой схемы ГТУ-ТЭЦ и определения показателей ее работы используем следующие исходные данные.

1. Тип, параметры рабочего тела и заводские характеристики энергетической ГТУ, включенной в схему.

2. Тип и параметры поступающего на ТЭЦ топлива (природный газ, жидкое газообразное топливо).

3. Сетевой график работы отопительной системы, к которой подключена ТЭЦ, отопительная нагрузка (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Сетевой график отопительной системы

tнв, °С	Tос, °С	Tпс, °С
- 26	70	150
+ 8	40	70
+ 30	40	70

При расчете промежуточных параметров излом графика температуры обратной сетевой воды не учитывается.

4. Прочие параметры:

- давление сетевой воды Р_св = 1 - 1,5 МПа;

- КПД дожимающего компрессора (ДК) η_дк = 80 - 85 %;

- атмосферное давление Р_бар;

- КПД дополнительной камеры сгорания η_дкс = 98,5 - 99 %;

- коэффициент рассеивания теплоты в ГВТО η_гвто = 98 - 99 %;

- КПД котельной для производства тепловой энергии (если источником тепла является водогрейный котел) = 80 - 90 %.

При расчете тепловой схемы необходимо задаться следующими исходными данными:

- давлением газа перед дожимающим компрессором, Р_м;

- потерей давления на выхлопе ГТУ ΔР_вых;

- недогревом сетевой на холодном конце ГВТО Δt_гвто;

- зимним расходом сетевой воды ;

- летним расходом сетевой воды .

Расчет энергетических показателей ГТУ-ТЭЦ проводится для нескольких значений температуры наружного воздуха, например t_нв = - 26 °С, - 16, - 6, + 8, + 15 °С (для t_нв = + 8 °С расчет производится как для летнего, так и для зимнего расхода сетевой воды).

Рекомендуется следующий порядок расчета тепловой схемы отопительной ГТУ-ТЭЦ

1. Определяем соответствующую расчетному режиму величину отопительной нагрузки:

где G_св – расход сетевой воды; h_пс, h_ос – энтальпии соответственно прямой и обратной сетевой воды.

2. Рассчитываем количество теплоты в выхлопных газах ГТУ в данном режиме (Q_кт) и количество теплоты, которое можно получить в ГВТО при утилизации теплоты этих газов (рис. 3.1):

При этом температуру уходящих газов за ГВТО определяем с учетом принятого температурного напора на «холодном» конце

рекомендуется принимать = 30 - 40 °С.

Энтальпию уходящих газов рассчитываем в соответствии с [ 6] (см. прил. А).

3. Определяем режим отпуска теплоты на ГТУ-ТЭЦ в зависимости от мощности установленных на ней агрегатов и тепловой нагрузки ТЭЦ.

Возможны следующие варианты

а) В уходящих газах имеется избыток теплоты , в этом случае регулирование производится байпасированием ГВТО по газовой стороне:

В расчете предварительно принимаем, что изменение расхода газов не влияет на коэффициент теплоотдачи, т. е. доля газов, прошедших через ГВТО, пропорциональна доле утилизируемой теплоты:

где

Дальнейший расчет с учетом изменения коэффициента теплофикации носит итеративный характер с проверочным расчетом ГВТО на каждом шаге.

С достаточной точностью окончательное соотношение определяется по формуле

Следовательно,

б) Теплота уходящих газов не обеспечивает отпуск всего необходимого количества теплоты регулирование производится дожиганием необходимого количества топлива перед ГВТО.

В расчете предварительно принимаем, что изменение температуры газов не влияет на коэффициент теплоотдачи в ГВТО, т. е. отношение тепловых потенциалов перед ГВТО пропорционально отношению утилизируемой теплоты:

где

Дальнейший расчет с учетом изменения коэффициента теплофикации носит итеративный характер с проверочным расчетом ГВТО на каждом шаге.

С достаточной точностью окончательное соотношение определяется по формуле

Следовательно, теплота газов перед ГВТО

Определяем количество дожигаемого топлива:

после чего рассчитываем параметры газов перед ГВТО:

Температура уходящих газов рассчитывается по формуле

4. Определяем параметры работы дожимающего компрессора.

Основная часть расхода электроэнергии на «собственные» нужды по выработке электрической энергии состоит из расхода электроэнергии на привод дожимающего компрессора. Мощность дожимающего компрессора можно достаточно точно оценить по следующей формуле

где В_т – расход топлива в камеру сгорания ГТУ, кг/с; Н_сж – работа сжатия 1 кг топлива в дожимающем компрессоре до давления Р_г, кДж; - давление топлива за компрессором, МПа; - максимальное давление воздуха за основным компрессором, МПа; - КПД компрессора.

5. Определяем показатели тепловой экономичности для ГТУ-ТЭЦ (рис. 3.2 и табл. 3.2), используя следующие методы разделения топлива, сжигаемого на ТЭЦ для производства электрической и тепловой энергии: «физический» и «пропорциональный» (метод ОРГРЭС).

Таблица 3.2

Показатели тепловой экономичности ГТУ-ТЭЦ

«Физический» метод	«Пропорциональный» метод
Доля теплоты, отнесенная на внешнего пользователя:
Доля расхода топлива, отнесенная на выработку электроэнергии:
Доля расхода топлива, отнесенная на выработку тепловой энергии:
КПД ГТУ-ТЭЦ по выработке электроэнергии:
КПД ГТУ-ТЭЦ по выработке тепловой энергии:
Удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии, г:
Удельный расход условного топлива на выработку 1 ГДж тепловой энергии, кг:

Здесь η_пот – коэффициент, учитывающий потери теплоты в камере сгорания ГТУ и камере дожигания ГТУ, упрощенно может быть принят из интервала η_пот = 0,98 - 0,99; - соотношение КПД при раздельном производстве электрической и тепловой энергии.

Полный КПД (коэффициент использования теплоты топлива) ГТУ-ТЭЦ: