автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Исследование переменного режима работы парогазовых установок утилизационного типа

од

2 0. ^ т1

На правах рукописи

ЭСКАНДАРЫ МАНДЖИЛИ ФАЗЛОЛАХ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК УТИЛИЗАЦИОННОГО ТИПА

Специальность 05.04.12- Турбомашины и комбинированные турбоустановки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

- а -

Работа выполнена в Московском энергетическом институте ( Техническом университете)

Нзучный руководитель: доктор технических наук профессор А.Д.Трухнии

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Аракелян Э.К.

кандидат технических наук Длугосельский В.И.

Ведущая организация: ТЕПЛОЭЛЕКТРОПГОЕКТ

Зашита состоится 16.05.1997 г. в аудитории Б-409 в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета К 0.53.16.05 Московского энергетического института по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул.,17

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу:111250, г. Москва Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " $$ " Ц 1997 г.

Ученый секретарь — ЛебедаваА.И.

диссертационного Совета К 053.16.05

- з -

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы парогазовые установки утилизационного типа (ПГУ-У) получают широкое распространение в качестве основных источников электроэнергии во многих странах. Это стало возможным благодаря созданию мощных высокоэкономичных ГТУ с температурой газов на выходе 520 - 580 °С. Уже сейчас КПД нетто таких ПГУ достиг 52-54% и в перспективе он превысит 60Z. Поэтому в настоящее время развитие теплоэнергетики, использующей природный газ, должно осуществляться строительством ПГУ-У. Это позволяет не только экономить топливо, но и сократить втрое (при той же мощности) расход охлаждающей воды, улучшить экологическую обстановку и обеспечить нормальное покрытие графиков электрической нагрузки.

Важным потенциальным преимуществом ПГУ-У является высокая маневренность, обеспечиваемая в первую очередь ГТУ. Однако даже поверхностный анализ условий работы ПГУ при частичных нагрузках (переменном режиме) показывает, что, даже при высоких показателях маневренности ГТУ, условия работы других элементов ПГУ-У (котла-утилизатора и паровой турбины), могут измениться так, что по условиям надежности, не говоря уже об экономичности, работа ПГУ в полном составе оборудования станет невозможной или нерентабельной.

Сложность изучения переменного режима ПГУ-У прежде всего обусловлена тесным взаимным влиянием отдельных элементов ПГУ: изменение условий работы любого из них существенно изменяет условия работы остальных элементов. Эти новые условия работы могут быть определены только с помощью трудоемких итерационных расчетов, в конечном итоге обеспечивающих выполнение уравнений тепло- массового и энергетического балансов.

Несмотря на важность проблемы переменного режима и на широкое освещение преимуществ ПГУ-У в рекламных проспектах западных фирм, методики расчета переменного режима в доступной нам иностранной и отечественной литературе отсутствуют, хотя нам известно, что в ряде организаций, например, во Всероссийском теплотехническом институте (П.А.Бере-зинец) такие методики имеются. Практическое отсутствие в доступных нам публикациях рассмотрения переменного режима работы ПГУ-У побудило нас к ее разработке с использованием современных представлении о переменном режиме работы отдельных элементов ПГУ-У и выполнению с ее помощью ряда наиболее актуальных исследовании.

Цель и задачи работы. Основная цель диссертационной работы - разработка методики расчета параметров рабочего тела по газовому и пароводяному трактам ПГУ-У, показателей надежности и экономичности одноконтурных и двухконтурных ПГУ-У при частичных нагрузках и исследование влияния различных факторов, перечисленных ниже, на эти показатели. Для достижения поставленной цели ставились и решолисв олсдуЬцке оадачп.

1. Разработать математические модели отдельных элементов ПГУ-У: экономайзерных, испарительных и пароперегревательных поверхностей котла-утилизатора (КУ), групп турбинных ступеней различного типа и конденсатора, с тем чтобы с их помощью можно было выполнить расчет любой тепловой схемы ПГУ-У и исследовать ее переменный режим.

2. Разработать эффективные программы расчета переменного режима одноконтурной и двухконтурной ПГУ для ПЭВМ, обеспечивающие исследование переменного режима.

3. Выполнить исследования переменных режимов одноконтурной и двухконтурной ПГУ, включающие изменение последовательности разгружения ГТУ, способа регулирования расхода воздуха через компрессоры Г ТУ, способа изменения начального давления перед паровой турбиной (переменное или постоянное начальное давление), включая различные типы парораспределения (сопловое и дроссельное).

4. Выполнить исследования переменных режимов ПГУ-У при различных температурах наружного воздуха.

5. Рассмотреть особенности работы при переменном режиме паровой турбины ПГУ-У и дать рекомендации по их проектированию.

Научная новизна выполненной работы состоит в разработке метода расчета параметров рабочих сред по газовому и паровому трактам ПГУ-У, показателей надежности и экономичности ПГУ-У при переменном режиме, создании программного обеспечения для выполнения расчетов, а также результаты исследования влияния таких важных факторов как способы обеспечения начального давления перед турбиной (скользящее и постоянное давление), тип парораспределения, последовательность разгружения отдельных ГТУ, регулирование расхода воздуха через компрессор и изменение температуры наружного воздуха.

Достоверность разработанных методов и полученных результатов обеспечивается использованием общепризнанных методов расчета переменного режима теплообменников, паровых турбин и конденсаторов, а также результатов экспериментальных исследований конвективного теплообмена,

теплообмена при кипении и конденсации, теории переменного режима турбинных решеток, ступеней и групп ступеней.

Апробация работы и публикации. Результаты исследования доложены на X Всероссийской межзвузовской научно-технической конференции "Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели", МГТУ, ноябрь 1996. По результатам выполненной работы выпущены две публикации.

Личный вклад автора. Все представленные в диссертации исследования выполнены лично автором.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах. Она включает 85 страниц машинописного текста, 109 иллюстаций, 18 таблиц и состоитиа введения, пяти глав, выводов по диссертации и списка литературы иэ47 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актульность темы диссертации и направления научных исследований.

Во первой главе представлен обзор опубликованных работ, посвященных использованию ПГУ-У в энергетике, детальному анализу результатов исследования конвективного теплообмена на внешних поверхностях пучков оребренных труб, теплообмена при кипении и конденсации, работе групп ступеней ПТ, КУ и конденсатора при переменном режиме.

Анализ литературных данных показал, что в имеющихся публикациях практически отсутствуют данные как по переменному режиму работы ПГУ-У, так и по методам его расчета. Однако при этом достаточно хорошо исследованы теплообмен в пучках труб с оребрением при конвекции и испарении, что позволяет строить мзтемзтические модели элементов КУ. Достаточно хорошо изучен переменный режим конденсатора (Л.Д.Берман) и переменный режим отдельных ступеней и отсеков ПТ (Б.М.Трояновский, Г.С.Са-ыойлович и др.)

В публикациях практически отсутствуют результаты расчетных или экспериментальных исследований вопросов, сформулированных в качестве аадач исследования настоящей диссертации.

Во второй главе на основе известных исследований конвективного теплообмена, теплообмена при кипении и общей теории теплообменников сформулированы математические модели элементов КУ: экономайзеров, испарителей и пароперегревателей. Разработанные модели могут использоваться для анализа переменного режима КУ любого типа: одноконтурных.

- ö -

двухконтурных, трехконтурных, с промежуточным перегревом пара и т.д. Наибольшие трудности вызывает выбор соотношении для расчета теплоотдачи при поперечном обтекании пучков труб с оребрением и при кипении воды внутри испарительных труб. На основе критического анализа имеющихся в литературе данных по конвективному теплообмену для пучков труб с оребрением для расчета коэффициентов теплоотдачи со стороны газов выбрано критериальное соотношение

Nur - 0.192(a/b)0•2(s/d)0-18 (h/d)■ 14Rer°' ^Pr0■36 при 10z<Rer<2.104 и

Nur - 0.0507(a/b)0 •2 (s/d)0 •16(h/d)•14Rer°•8Pr°•36 при 2.104<Rer<2.105, Nu-drdH/Xr ; Re-WrdH/vr.

В этих соотношениях dr- коэффициент теплообмена; dn~ наружный диаметр труб; Wr- условная скорость газов в узком сечении пучка; Лг.^г" теплопроводность и вязкость газов; а = si/dH ; b - S2/dн, si и S2- поперечный и продольный шаги труб, as- mar ребер.

Принято, что в испарительных трубах горизонтального КУ с естественной циркуляцией реализуется развитое пузырьковое кипение, определяющее коэффициент теплоотдачи с помощью соотношения:

«в - 3.35 q0-7 р0'16,

где q - тепловой поток от газов к кипящей воде, а р - ее давление.

На основе известной формулы Л.Д.Бермана для расчета осредненного коэффициента теплопередачи для пучков конденсаторов и ее сравнения с нормативными характеристиками при переменном режиме принята математическая модель работы конденсатора, учитывающая паровую нагрузку трубного пучка конденсатора, температуру и расход охлаждающей воды.

На основе формулы Флигеля и теории переменного режима ПТ, разработанной главным образом Б.М.Трояновским и Г.С.Самойловичем, разработаны уточненные модели переменного режима групп ступеней с короткими и длинными лопатками, а также регулирующих ступеней. Модели основаны на испольвовании иввестной формулы Флюгеля в исходном варианте

6 Рооуоо ' 1/2

Оо ■ Роио

Рог'Р2г Роо2-Р2о2

г/г

в которой й и Во- расходы пара в измененном и номинальном режимах, Рг-и Роо.ио и уоо - давления и удельные объемы пара перед отсеком, Рг >' Рго - давления за отсеком в таких же режимах.

Расчет отсека выполнялся последовательно от ступени к ступени. Для этого оценивалось изменение реактивности Др=р-р0 при изменении режнм.ч по соотношению:

ёр Дхф Лхф2 - = А--В -

1-ро

хфО

Хфо

2

А--, В= (1 + А/2) Хфо2 ,

[фС05в1. Хфо(1-ро)0"5- хф02]_1-1

где ДХф = х® - Хфо, х = о/С® - отношение скоростей, Сф = (гНо)1''*. Н0-располагаемый теплоперепад ступени.

Далее рассчитывались треугольники скоростей и определялся относительный лопаточный КПД Ло.л с использованием обобщенных соотношении для аэродинамических характеристик турбинных решеток. Потери от влажности определялись по соотношению

е,вл=2Хф[коУо+0.35(у2-Уо)].

Для ступеней с большой веерностью учитывалось изменение реакции по высоте ступени с помощью известного приближенного соотношения:

Р - 1-(1-рс)(г/гсГт

Для всех созданных моделей составлены математические алгоритмы и расчетные модули на Турбопаскале, которые легко компонуются в программы и позволяют рассчитывать переменный режим любых ПГУ.

В третьей главе с помощью математических моделей, разработанных в гл.2, создана методика расчетов переменного режима одноконтурной ГТУ.

Для использования созданных методов разработаны алгоритмы, основанные на применении итерационных процессов. На базе созданных алгоритмов составлены эффективные программы для ПЭВМ, использованные в дальнейшей для выполнения исследований.

В качестве объекта исследования испольвована одноконтурная ПГУ мощностью мВт, состоящая из двух ГТУ мощностью 110 МВт каждая, двух КУ горизонтального типа с естественной циркуляцией и одной ПТ мощностью МВт. Отсутствие в литературе достаточных данных по характеристикам элементов ПГУ-У заставило нас выбрать для газотурбинной части ГТУ типа ГТГ-110 КБ "Машпроект", данные по которой опубликованы в литературе, провести приближенную оптимизацию параметров паросиловой установки и разработать общую концепцию ПТ и ее проточной части. Опираясь на рззраОотанные алгоритмы с учетом ограничений по надежности были выполнены конструктивные расчеты всех элементов паросиловой установки (ПСУ) и рассчитаны все параметры по газовому и пароводяному трактзм, а также показатели экономичности и надежности для номинального режима.

Исследование влияния последовательности раагружения ГТУ показало, что последовательное разгружение ГТУ является более экономичным способом регулирования нагрузки ПГУ-У, чем синхронное, однако выигрыш при этом невелик. И при синхронном, и при последовательном способе изменения нагрузки влажность за последней ступенью возрастает на 1-27., причем примерно одинаково для обоих способов. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании при выборе конечных параметров для .чсм;яал1Ного режима. Значение паросодержания на выходе из экономайзера не вызывает опасения. Таким образом, в целом можно считать, что с учетом замечания о выборе конечных параметров снижение нагрузки мажет производиться любым удобным для эксплуатационного персонала способом.

Исследование типа парораспределения на экономичность ПГУ-У показало, что использование дроссельного парораспределения уменьшает КПД ПГУ-У по сравнению с режимом скользящего давления в зависимости от нагрузки на 1-1.27. (абс). Основной причиной ухудшения экономичности является снижение КПД КУ из-за уменьшения температурных напоров в испарителе. Конечная сухость при использовании дроссельного парораспределения меньше, чем при скользящем давлении из-за меньшего расхода пара в конденсатор.

Весьма значительное влияние на все характеристики ПГУ-У оказывает наличие средств регулирования расхода воздуха в камеру сгорания ГТУ

при изменении режима работы. Наиболее эффективным способом поддержания высокой экономичности ГТУ и, соответственно, ПТУ при переменных режимах является регулирование расхода воздуха в камеру сгорания. Это позволяет обеспечить в переменных режимах высокую температуру уходящих газов ГТУ, и следовательно, КПД ПСУ. Изменение расхода воздуха через компрессор особенно благоприятно сказывается на конечной влажности, которая при снижении нагрузки ГТУ снижается на 1-1.ЗХ.

В четвертой главе с помощью разработанных в гл.2 математических моделей типичных элементов ПГУ-У построена обобщающая математическая модель переменного режима работы двухконтурной ПТУ, состоящей из двух ГТУ (таких же как и для одноконтурной ПТУ) со своими КУ, деаэратора и ПТУ, турбина которой может Сыть выполнена с сопловым или дроссельным парораспределениям или работать при скользящих начальных параметрах. Обобщающая математическая модель реализована в виде алгоритмов и программы для ПЭВМ. Блок-схема программы показана на рис.1. Программа позволяет для заданных значений температуры и расхода газов, покидающих ГТУ, рассчитать все параметры, рзсходы и экономические показатели всех элементов ПСУ (КУ, ПТ, конденсатора, деаэратора) и всей ПТУ в целом. Таблица 1 и рис.2 и 3, с одной стороны, иллюстрируют возможности разработанной программы, а с другой,- являются результатами исследования типа парораспределения на параметры газового и пароводяного трактов ПГУ и показатели экономичности и надежности при постоянной частоте вращения компрессоре.

Наиболее рациональным способом эксплуатации двухконтурной ПГУ-У в переменны;-: режимах, как это хорошо видно из табл.1, является режим скользящих начальных параметров, при котором в контуре ВД КУ генерируется максимальное количество пара и сохраняется практически неизменным КПД ПТ (рис.2). Для рассчитанной ПГУ при снижении мощности ГТУ до 507» мощность ПТ уменьшается на 37.87., а ее КПД снижается только на IX (абс.).

При снижении нагрузки при использовании соплового парораспределения конечная влажность оказывается больше, чем при других типах парораспределения в основном из-за поддержания начального давления.

Наличие контура низкого давления (НД) не только существенно повышает все экономические показатели при номинальном режиме, но и способствует их поддержанию при раагружении ГТУ. Это объясняется тем, что, как видно ив рис.4, при снижении нагрузки ГТУ расход пара контура НД остается практически неизменным. При постоянном расходе воздуха в

Расчет ЧНД паровой турбины

Расчеты показателей ПГУ

I Конец I

Рис.1. Блок-схема программы для расчета двуххонтурной ПГУ

76

м"7*

7я&.......а.......Й.......а.......а.......¿'б......тбо

Ржо.2. Зависим ост» КПД паровой турбины от мощности ГТУ при

1-окошващм дав лайке

2-дрооовЛ1Нов парораспределение

3-оо иловое парораспределение

мощности ГТУ при G*=court. 1-скоте ящев давление Z-дроссельное парораспределение З-сопловое парораспределение

кг/о 120

100

80

60

40

20

Я»

1<т, МВт

'/¿А..............¿¿¿'"""¿1о

Ряо.4. Зависимость паропровзводтетпвоств жовтуров ВД к НД и расхода пара в ЧНД от мощности ГТу при синхровиом измене -- мощвоотн ГТУ (Сг^оопжЬ, р0=таг)

520

•с

500 480 460 440 420 400 380

/

■¿'6.......Й.......%.......&

м™ я

1. ....... .1 ...... .. .

Ж

Чо

Рис.5. Зависимое» начальной температурк пара от мощности ГТУ

9»=

- — - &,=сопг1

Таблица.1

Параметры пара при нерегулируемом расходе жоадуха доя рааши типов парораспределения (Эк-сопеЬ)

Параметры Нагрувк

100« 75» | 50»

Температура пара перед турбиной, °С: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 501.Э 501.5 501.5 462.8 463.4 463.4 396. 3 396.6 396.6

температура пара контура ВД, поступающего на смешение с паром контура НД, °С: скользяще» давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 210.1 210.1 210.1 191.2 191.2 175.0 155.0 155.2 137.2

Давление за регулирующими клапанами, ри, НПа: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 5.0 5.0 5.0 3.9 3.8 5.0 3.0 2.6 5

Расход пара контура ВД, кг/с: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 88.4 88.4 88.4 72.8 69.5 69.5 57.5 50.6 50.6

температуря пара иэ контура вд, °с: скользящее давление дросельное парораспрделение сопловое парораспределение 232.7 232.7 232.7 226.8 236.4 236.1 217.0 239.7 _239^5__ 20.79 26.92 27.00

Расход пара контура НД, кг/с: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 19.56 19.56 19.56 20.27 23.15 23.24

Давление а контуре НД, НПа: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 0.49 0.49 0.49 0.414 0.414 0.407 0.337 0.34 0.334

Температура пара перед ЧКД, °С: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 215.0 215.0 215.0 199.2 202.7 190.4 171.2 183.9 171.8

Расход в ЧНД 0*"*, кг/с: скользящее давление дроссельное парораспределение сопловое парораспределение 107.98 107.98 107.98 93.09 92.66 92.75 78.24 77.49 77.76

Давление в конденсаторе, кПа: скользящее давлениие дросельное парораспрделение сопловое парораспределение 4.81 4.81 4.81 4.10 4.08 4.08 3.48 3.45 3.45

Влажность за последной ступенью, % скользящее давление дросельное парораспрделение сопловое парораспределение 11.34 11.34 11.34 11.77 11.62 12.29 12.68 12.16 12.77

камеру сгорания ГТУ контур НД КУ является главным стабилизирующим фактором, поддерживающим высокую экономичность как собственно КУ, так и ПТ.

Использование последовательного разгружения ГТУ вместо синхронного дает повышение КПД ПТУ на 0.5-0.6Х (абс.) . При этом сохраняются все показатели надежности: начальные параметры пара, конечная влажность и паросодержание за экономайзером котла.

Для работы двухконтурной ПГУ-У в режиме покрытия переменной части графика нагрузки в режиме скользящего давления ее ГТУ должны снабжаться средствами регулирования расхода воздуха через компрессор. Постоянство температуры уходящих газов ГТУ, при снижении их нагрузки дает даже увеличение температуры пара ВД (см. табл.2 и рис.5), что обеспечивает повышение КПД паровой турбины при снижении нагрузки. Для рассмотренной ПГУ при снижении мощности ГТУ до 50Х мощность ПТ уменьшается на 30.571, а ее КОД увеличивается на О.ЗХ (абс.). При этом влажность за последней ступенью уменьшается на 1-1.5Х в основном из-аа повышения начальной температуры пара и снижения его давления.

Особое значение для ПГУ, работающей в переменном режиме, имеет изменение температуры наружного воздуха. Оно приводит не только к глубокому изменению условий работы и показателей экономичности ГТУ, но и к существенному изменению условий работы ПТ, ПТУ, ПСУ. Эти изменения могут Оить столь оущоитвоннмми, что могут возникнуть серьовные ограничения по режимам работы. Это проявляется, в частности, в недопустимом повышении начальной температуры пара и конечного давления ПСУ при высоких температурах наружного воздуха, недопустимом повышении конечной влажности при низких температурах наружного воздуха и малых мощностях ГТУ. Из рис.6 видно, что при нагрузке ГТУ 50Х при температуре наружного воздуха ниже 9 °С эксплуатация ПГУ становится невозможной из-за увеличения влажности сверх некоторой предельной величины (13 X).

Изменение температуры наружного воздуха оказывает на экономичность ГТУ и ПСУ противоположное влияние. При уменьшении tH.a КПД Г ТУ увеличивается, а ПСУ уменьшается, причем, несмотря на меньшую долю ПСУ в балансе ПГУ, преобладающим оказывается все-таки влияние ПСУ, и поэтому КПД ПГУ уменьшается.

Как видно из рис.7, для каждой температуры наружного воздуха имеется оптимальная нагрузка ГТУ, при которой КПД ПГУ максимален.

В пятой главе рассмотрены особенности работы ПТ для ПГУ-У при номинальном и переменном режимах при разных типах парораспределения и

Г)

| 86.0

и» "С

та-Й.......&

Рио.С. Зависимость конечной сухости пара от температуры наружного воздуха

56

я

54

52 50 48 46 44

ОД......

......Гб "

Рис.7. Зависимость КПД ПГУ от тамдаратурц наружного воздуха для разных можноотев ГТУ Р0=таг

и. и иц-ш-и-и

То

Тжбяжца.2

Параметры пара и расходы в ПСУ при изменяемой (6*-уаг) и неизменяемом ((¿к-сопзЪ) расходе воздуха через компрессор при скользящем давлении

Параметры Нагрузка ГТУ 1001 75« 50»

Температура пара перед турбиной t,"", °С , при: G* - var G, = const 501.5 501.5 504.7 462.8 509.3 396.3

Давление пара перед стопорным клапаном р , МПа, при: Сж " var G* - const 5 5 4.23 3.96 3.49 2.95

Температура пара контура ВД, поступающего на смешение с паром контура НД, °С, при: Gk - var G* - const 210.1 210.1 215.0 191.2 216.9 155.0

Расход пара контура ВД, кг/с, при: G* - var G* « const 86.4 88.4 76.38 72.82 62.67 57.45

Температура пара из контура НД, "С G, - var G( = const 232.7 232.7 222.3 226.8 208.8 217.0

Расход пара контура НД, кг/с, при: Gg = var G* » const 19.56 19.56 15.4 20.27 11.63 20.79

Расход пара в ЧНД, кг/с, при: G% « var G* - const 107.98 107.98 91.77 93.09 74.3 78.24

Давление в контуре НД, Мпа, при: G» - var Gj - const 0.49 0.49 0.414 0.414 0.336 0.337

Температура пара перед ЦНД, °С, при: G» « var Gk = const 215 215 215.1 199.2 214.8 171.2

Давление в конденсаторе, кПа, при: GK = var G« - const 4.81 4.81 4.04 4.1 3.33 3.48

Влажность за последной ступенью, », при: Gx - var Gi - const 11.34 11.34 11.03 11.77 10.55 12.68

способах регулирования мощности ГТУ.

Паровые турбины для ПГУ-У по сравнению о классическими имеют уменьшенный теплоперепад и увеличивающийся по ходу движения пара раз-ход. Это делает ПТ очень чувствительной к переменному режиму.

В общем случае теплоперепеды и экономичноеть промежуточных ступеней ПТ ПГУ-У при изменении нагрузки не оотаются постоянными из-за существенного изменения начальных параметров пара (особенно температуры). Поэтому при расчетах переменного режима необходимо принимать во внимание изменение экономичности всех ступеней. Использование в компрессоре ГТУ Н1А способствует сохранению начальной температуры пара и экономичности промежуточных ступеней.

Регулирование расхода воздуха через компрессор ГТУ позволяет улучшить все показатели последней ступени: поддержать располагаемый теплоперепад и тем самым экономичность, снизить влажность и потери от нее, а также потери о выходной скоростью. При отсутствии регулирования расхода воздуха в ГТУ, контур НД стабилизирует теплоперепад ЦНД и последней ступени из-за поддержания расхода и температуры в этом контуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе использования фундаментальных закономерностей тепломассообмена, технической термодинамики, газодинамики и теории анерге-тических машин получено новое решение задачи о переменном режиме работы ПГУ-У и выполнены важные прикладные исследования, направленные на обеспечение экономичной и надежной работы ПГУ-У в условиях покрытия переменной части графика нагрузки энергосистем.

2. На основе известных исследований конвективного теплообмена, теплообмена при кипении и общей теории теплообменников сформулированы математические модели элементов КУ-. экономайзеров, испарителей и пароперегревателей. На основе теории переменного режима турбинных решеток, ступеней и групп ступеней разработаны уточненные модели переменного режима групп ступеней с короткими и длинными лопатками, а также регулирующих ступеней, учитывающие специфические условия работы ПТ в составе ПГУ-У. Модель основана на использовании формулы Флигеля в исходном варианте и учете реального процесса расширения пара в проточной части. Обоснована возможность использования известной формулы Л.Д.Бер-мана для расчета переменного режима работы конденсаторов турбин ПГУ-У. Разработанные модели могут использоваться для анализа переменного ре-

жима КУ любого типа: одноконтурных, двухконтурных, трехконтурных, с промежуточным перегревом пара в ПТУ и т.д. Для всех ооэданных моделей составлены математические алгоритмы и программы в виде расчетных модулей на Турбопаскале, которые легко используются в программах раочета переменного режима любых ПГУ.

3. на базе разработанных математичеоких моделей переменного режима типичных элементов ПГУ-У и итерационных вычислительных процеооов построены обобщающие математические модели переменного режима работы одноконтурной и двухконтурной ПГУ-У. Модели включают две ГТУ о КУ, деаэратор и ПТУ, турбина которой может быть выполнена о сопловым или дроссельным парораспределениям или работать при скользящих начальных параметрах. Обобщающие математические модели реализованы в виде алгоритмов и программ для ПЭВМ, позволяющих для заданных значении температуры и расхода газов, покидающих ГТУ, рассчитать все параметры, расходы и экономические показатели всех элементов ПСУ (КУ, ПТ, конденоато-ра, деаэратора) и всей ПГУ в целом.

4. Исследование влияния последовательности разгружения газотурбинных установок, входящих в состав ПГУ вместе со своими КУ, показало, что при регулировании расхода воздуха черев компреооор главным источником потерь экономичности является ГТУ. Последовательное разгружение ГТУ является более экономичным споообом регулирования нагрузки, чем синхронное. Поэтому при уменьшении мощности ПТУ следует попользовать последовательное разгружение ГТУ, что может дать повышение КЦЦ на 0.5-0.67. (абс.) по сравнению с синхронным разгружением. При этом для двухконтурной ПГУ вследствие стабилизирующего действия контура низкого давления сохраняются все показатели надежности: начальные параметры пара, конечная влажность и паросодержание за экономайзером котла. Для одноконтурной ПГУ и при синхронном, и при последовательном способе изменения нагрузки влажность за последней ступенью возрастает на 1-27., причем примерно одинаково для обоих способов. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании при выборе конечных параметров одноконтурной ПГУ.

5. Для ПГУ-У для поддержания высокой экономичности и надежности при переменных режимах необходимо использовать ГТУ о регулированием расхода воздуха в камеру сгорания. Это позволяет обеспечить в переменных режимах высокую температуру уходящих гавов ГТУ, и следовательно, высокий КПД паросиловой установки. Для двухконтурной ПГУ-У регулирование расхода воздуха обеспечивает повышение КОД ПТ на О.ЗХ (абс.). При

этом влажность эа последней ступенью уменьшается на 1-1.52 в основном из-за повышения начальной температуры пара и снижения его давления.

6. Наиболее рациональным способом эксплуатации двухконтурной ПГУ-У в переменных режимах является режим скользящих начальных параметров при котором КУ генерирует максимальное количество пара и сохраняется практически неизменным К1Д ПТ. При использовании соплового парораспределения конечная влажность оказывается больше, чем при других типах парораспределения в основном из-за постоянства начального давления. Использование дроссельного парораспределения уменьшает КГЩ ПГУ-У по сравнению с режимом скользящего давления в зависимости от нагрузки на 1-1.27. (абс). Основной причиной ухудшения экономичности является снижение КГЩ КУ из-за уменьшения температурных напоров в испарителе.

7. Контур НД двухконтурной ПГУ не только существенно повышает все экономические показатели при номинальном режиме, но и способствует их поддержанию при разгружении ПГУ. При постоянном расходе воздуха в камеру сгорания ГТУ главным стабилизирующим фактором является контур НД КУ, который поддерживает высокую экономичность как собственно КУ, так и ПТ.

8. Изменение температуры наружного воздуха приводит не только к глубокому изменению условий работы и показателей экономичности ГТУ, не и к существенному изменению условий работы ПТ, ПТУ, ПСУ. Эти изменения могут быть столь существенными, что могут возникнуть серьезные ограничения по несению нагрузки. При частичных нагрузках это проявляется е недопустимом повышении начальной температуры пара и конечного давления ПСУ при высоких температурах наружного воздуха, недопустимом повышении конечной влажности при низких температурах наружного воздуха.

9. Изменение температуры наружного воздуха оказывает на экономичность ГТУ и ПСУ противоположное влияние. При уменьшении ^.в КПД ГТУ увеличивается, а КПД ПСУ уменьшается, причем, несмотря на меньшую долю ПСУ в балансе ПГУ, преобладающим оказывается влияние ПСУ, и поэтому при уменьшении температуры наружного воздуха КГД ПГУ уменьшается. Для каждой температуры наружного воздуха существует оптимальная нагрузка ГТУ, при которой КПД ПГУ имеет максимальное значение.

10. Паровые турбины для ПГУ-У имеют по сравнению с классическими уменьшенный теплоперепад и увеличивающийся по ходу проточной части расход пара. Это делает ПТ очень чувствительной к переменному режиму. В общем случае теплоперепады и соответственно экономичность промежуточных ступеней ПТ ПГУ при изменении нагрузки не остаются постоянными из-за

- ко -

изменения начальных параметров пара, и это необходимо учитывать пр; расчетах переменного режима.

11. Регулирование расхода воздуха через компрессор ГТУ позволяв улучшить все показатели последней ступени: поддержать располагаемы) теплоперепад и тем самым экономичность, снизить влажность и потери с--нее, а также потери с выходной скоростью. При отсутствии регулировани; расхода воздуха в ГТУ контур НД стабилизирует теплоперепад ЦНД и последней ступени . Поэтому в этом случае дроссельное перераспределен!'.' способствует поддержанию теплоперепзда последней ступени больше, че! другие типы парораспределения, так как температура пара в камере смешения оказывается выше.

12. Потери от влажности при сопловом парораспределении максимал' ны, особенно при отсутствии РПА, так как в этом случае в камере смеш-> ния пар из ЧВД нагревзется паром контура НД в меньшей степени.

Полученные в диссертации результаты используются в МЭИ при чтет-курсов "Энергетические установки", "Переменный режим энергетических у-таноЕок" и "Парогазовые установки".

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Эскандари Ф., Трухний А.Д. Моделирование на ПЭВМ переменного ре жимз одноконтурной парогазовой установки и исследование режимов ее ра боты при скользящем давлении// Вестник МЭИ.- 199В,- N4.- С.63-59.

2. Эскандары Ф., Трухний А.Д. Исследование переменного режима парогазовой установки утилизационного типа/'/ Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция " Газотурбинные комбинированные установки и двигатели". Тез. докл.- М., 1996.- С.20-22.

И^ч. л. Тираж №0 3,чк;п^/7

Типографии МЭИ, Краеимказармепн.чч. 1.4.