ОПТИМИЗАЦИЯ СТЕПЕНИ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ГАЗОТУРБИННОЙ И ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКАХ
В России около 70 % оборудования тепловых электрических станций (ТЭС) выработало срок эксплуатации и устарело. Необходима массовая его замена с внедрением новых технологий производства электроэнергии и теплоты. Из числа освоенных энергетических технологий наиболее высоким экономическим потенциалом обладают парогазовые установки (ПГУ). В них реализуется комбинированный цикл производства электроэнергии в газотурбинной установке (ГТУ), работающей на природном газе или жидком топливе, и паровой турбине, водяной пар для которой выpaбатывается в утилизационном котле (УК) за счет теплоты отходящих из ГТУ газов. Кроме термодинамического совершенства ПГУ обладают рядом других преимуществ, наиболее важными из них по сравнению с ТЭС являются: в 2-3 раза меньшие удельные капитальные затраты, в 1,3-1,5 раза меньшая себестоимость производимой электроэнергии, в 3-4 раза меньшие сроки строительства, в 1,5-2,0 раза меньший экологический ущерб. Поэтому в настоящее время парогазовые установки активно развиваются и распространяются, в том числе и в энергетике России.
При проектировании и создании ПГУ возможны два подхода:
1) при заданных ГТУ, т.е. выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами;
2) при незаданных ГТУ, т.е. специально проектируемых для работы в составе ПГУ.
Эти вопросы, касающиеся такого важного параметра цикла, как степень повышения давления воздуха ε, были рассмотрены применительно к энергетической газотурбинной установке ГТЭ-45У производства ТМЗ (г. Екатеринбург), работающей на природном газе. Эта ГТУ имеет номинальную электрическую мощность 42 МВт, температуру газов на входе в газовую турбину 1227 °С, степень повышения давления воздуха в компрессоре 13,5 и КПД на муфте 35 %.
Были разработаны математические модели и программы для расчета хаpaктеристик продуктов сгорания топлива, тепловой схемы ГТУ, производительности УК, мощности паровой турбины и выходных хаpaктеристик ПГУ. Степень повышения давления воздуха в компрессоре изменялась в диапазоне от 5 до 50. Результаты расчета приведены в таблице и на рисунке, где использованы следующие обозначения: , - КПД по выработке электроэнергии в ГТУ и ПГУ, GГ - расход газов ГТУ, T4 - температура отработавших в ГТУ газов, T5 - температура газов на выходе из УК, Gук - паропроизводительность УК, - электрическая мощность паровой турбины, g - удельный расход воздуха в ГТУ.
Хаpaктеристики ГТУ и ПГУ
при различных значениях
|
ε |
|
|
GГ, кг/с |
T4, °C |
T5, °C |
Gук, кг/с |
МВт |
|
5 |
22,8 |
44,7 |
142,1 |
822 |
183 |
28,5 |
40,1 |
|
10 |
29,9 |
46,7 |
119,0 |
675 |
195 |
18,9 |
23,0 |
|
15 |
33,0 |
47,3 |
115,1 |
599 |
202 |
16,2 |
18,0 |
|
20 |
34,8 |
47,5 |
115,5 |
549 |
207 |
14,4 |
15,3 |
|
25 |
36,0 |
47,4 |
117,8 |
508 |
211 |
13,1 |
13,3 |
|
30 |
36,6 |
47,1 |
120,5 |
483 |
214 |
12,3 |
12,1 |
|
35 |
37,0 |
46,8 |
124,0 |
459 |
217 |
11,6 |
11,1 |
|
40 |
37,2 |
46,4 |
127,9 |
439 |
220 |
11,0 |
10,3 |
|
45 |
37,32 |
45,9 |
132,2 |
422 |
222 |
10,5 |
9,7 |
|
50 |
37,29 |
45,4 |
136,8 |
407 |
224 |
10,0 |
9,1 |
Анализ полученных результатов показывает, что для ГТУ простого цикла оптимальное по КПД значение ε составило около 45 (рисунок), что значительно превосходит ε = 13,5 в построенной ГТЭ-45У. Следует отметить, что в пpaктике проектирования газотурбинных двигателей при выборе степени повышения давления в качестве критерия используются: КПД (удельный расход топлива), удельная эффективная работа (удельный расход воздуха), технико-экономические показатели и пр. Возможны также компромиссные решения. При оптимизации по минимальному удельному расходу воздуха существенно упрощается компрессорная часть и в целом улучшаются массогабаритные хаpaктеристики всей ГТУ. Поэтому этот критерий часто используется для трaнcпортных ГТУ. Оптимизация по минимальному удельному расходу воздуха g (см. рисунок), показала, что εопт значительно снижаются и лежат в районе 15-17. С учетом пологости кривой g в районе минимума (см. рисунок) этот результат можно считать достаточно близким тому, что есть в реальном двигателе.
Для ГТУ в составе комбинированной парогазовой установки оптимальная степень повышения давления составила около 19 (см. рисунок), что значительно ниже, чем для ГТУ простого цикла. Это вполне закономерно, т.к. при меньших ε уменьшается степень понижения давления в газовой турбине и, следовательно, при неизменной начальной температуре газа увеличивается температура газов на выходе из ГТУ (T4 в таблице). В результате возрастаетколичество пара, генерируемого в утилизационном котле, и мощность паровой турбины (таблица), что компенсирует снижение эффективности газотурбинной части комбинированной установки.
Результаты оптимизации степени повышения давления воздуха в компрессоре для ГТУ и ПГУ
Сопоставляя эффективность ПГУ при εопт = 19 и при εопт = 13,5 (как в ГТЭ - 45У) можно отметить, что электрические КПД соответственно составляют 47,60 и 47,25 %. Проигрыш по КПД в ПГУ на базе существующей ГТЭ - 45У по сравнению с оптимальным вариантом не превышает 0,75 % относительных.
На основании изложенного можно сделать вывод, что рассматриваемая газотурбинная установка
ГТЭ-45У по степени повышения давления воздуха вполне подходит для создания на ее основе эффективной комбинированной ПГУ.
Статья в формате PDF
114 KB...
22 09 2026 16:49:19
Статья в формате PDF
112 KB...
21 09 2026 20:45:57
Статья в формате PDF
835 KB...
20 09 2026 8:38:12
Статья в формате PDF
114 KB...
19 09 2026 1:43:46
Статья в формате PDF
120 KB...
18 09 2026 20:32:24
Статья в формате PDF
294 KB...
17 09 2026 18:25:26
Статья в формате PDF
104 KB...
16 09 2026 16:40:23
Статья в формате PDF
97 KB...
15 09 2026 21:30:36
Сложность современной социально-экономической жизни России при переходе от социализации к рыночным отношениям. Необходимы особые инструменты для социализации общества к новым условиям жизни. Развитие теоретико-методологического инструментария социальной работы для дальнейшей социализации российского общества. Взаимодействие социальной работы и философии хозяйства при социализации.
...
14 09 2026 19:15:50
Статья в формате PDF
112 KB...
13 09 2026 16:37:51
Статья в формате PDF
254 KB...
12 09 2026 18:42:45
Статья в формате PDF
92 KB...
11 09 2026 4:47:23
Представлены результаты исследования зерновых сушилок в условиях нормального функционирования, а также оценки их динамических хаpaктеристик в виде передаточных функций. Приведены оценки неравномерности поля температуры и влагосодержания зерна, на основании чего делается вывод о необходимости стабилизации количества тепловой энергии подаваемой в сушильную камеру.
...
10 09 2026 10:20:14
Статья в формате PDF
136 KB...
09 09 2026 17:17:14
Статья в формате PDF
253 KB...
08 09 2026 7:16:16
Статья в формате PDF
100 KB...
07 09 2026 13:17:51
Статья в формате PDF
106 KB...
06 09 2026 13:19:31
Аграрная реформа высветила многие проблемы, носящие хаpaктер долговременного действия на экономику России и, в частности, на ее агропромышленный комплекс, от успешного развития которого зависит продовольственная безопасность страны и жизненный уровень населения. К их числу относится и проблема земельных отношений.
...
05 09 2026 6:47:55
Статья в формате PDF
254 KB...
04 09 2026 13:53:34
Статья в формате PDF
120 KB...
03 09 2026 10:37:45
Статья в формате PDF
99 KB...
02 09 2026 10:49:15
Статья в формате PDF
114 KB...
01 09 2026 12:18:51
Статья в формате PDF
105 KB...
31 08 2026 5:27:34
Статья в формате PDF
91 KB...
30 08 2026 19:55:11
Статья в формате PDF
119 KB...
29 08 2026 8:55:52
Статья в формате PDF
137 KB...
28 08 2026 14:14:51
Представлены данные литературы, посвященные изучению консервативной тактике при травматических повреждениях селезенки. Показаны показания и противопоказания и необходимые условия для проведения консервативного лечения таких повреждений.
...
26 08 2026 20:53:15
Статья в формате PDF
127 KB...
24 08 2026 23:19:20
Статья в формате PDF
103 KB...
23 08 2026 9:59:24
Статья в формате PDF
142 KB...
22 08 2026 18:29:39
Статья в формате PDF
282 KB...
21 08 2026 2:39:35
Статья в формате PDF
111 KB...
20 08 2026 2:28:56
Статья в формате PDF
96 KB...
19 08 2026 21:44:34
Статья в формате PDF
452 KB...
18 08 2026 23:37:11
Статья в формате PDF
148 KB...
17 08 2026 18:25:47
Статья в формате PDF
97 KB...
16 08 2026 23:49:45
Статья в формате PDF
155 KB...
15 08 2026 11:53:48
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
