автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение эффективности работы ТЭЦ на основе внедрения детандер-генераторных агрегатов

РГб од

2 7 ПИВ 1997

На правах рукописи

ГУСЬКОВ ЮРИЙ ЛЕОНИДОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЬОТЫ ТЭЦ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические

станции (тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997 г.

1';ин>|;| иыиолпспа и 1'ЛО "ЮС России"

Научный руководитель: кандидат технических паук Кудриным В.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Иванов В. А. кандидат технических наук, профессор Тшнин С.Г.

Ведущая организация: АО "Научно-исследовательский ипсшту| экологических проблем энергетики"

Зашита диссертации состоится " февраля 1997 г. в 1т""часов в аудитории б на заседании диссертационного Совета К-053.16.01

при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: Москва, Красноказарменная ул., 17.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим высылать по адресу: 111250 Москва, Е-250. Красноказарменная ул., 14, Ученый Совет МЭИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

А втореферат разослан "15" января 1997 г.

Ученый секрегарь диссертационного^?/' Сонета, к.т.н. с.н.с.

— А.В.Андрюшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В существующих системах газоснабжения перед использованием газа на промышленных предприятиях и в жилых домах предусматривается понижение его давления по сравнению с давлением в магистральном трубопроводе. До последнего времени давление газа снижалось лишь за счет простого дросселирования.

В последнее время н ряде стран Европы и в США появились промышленные установки, позволяющие использовать потенциальную шерпно избы ючного давления газа для получения электроэнергии. Большинство из этих установок включают в себя гак называемые машины расширшслыюго действия, в которых происходит преобразование жяеициальной энергии давления газа в кинетическую энергию, а затем в электрическую. Эти же машины могут быть использованы для получения наряду с электрической энергией также холода и тепла.

Детандер-генераторный агрегат, установленный на ТЭЦ-21 филиале АООТ "Мосэнерго" и принадлежащий фирме "Криокор", является уникальной, не имеющей аналогов в мировой практике установкой. С)|.|11Г11пел1,пымп особенностями этой установки являются ее высокая мощность (2 агрегата по 5 МВт каждый), а также то. что она включена в тепловую схему ТЭЦ.

Отсутствие методических подходов к определению эффективности использования детандер-генераторных агрегатов при их включении в юпловую схему ТЭЦ. а также отсутствие данных о их эксплуатационных пеныI;шпя\, сдерживают дальнейшее развитие этих достаточно экономичных, удобных и экенлушации установок, позволяющих не только вырабатывать электрическую энергию, но и повышать технико

- жономичсскнс показатели работы электростанции н целом.

Цель работы. Целыо настоящей работы является определение эффективности и оптимальных условий использования детандер-icucpaiopiiMx aipcraioB, предназначенных для ушлнзацни энер| ни давления кпа с получением электроэнергии, на теплоэлектроцентралях.

Комкрст нымн задачами в работе являлись:

- patpaooiKa меюдики определения эффективности использования де-iaii;iep-iенерлторных агрегатов при их включении в тепловую схему ТЭЦ.

- разрлбожа меюдики определения приростом мощности теплофикационных |урбин без промежуточною перегрева пара и с промежуточным перегревом при различных схемах включения детандер-геиератор'ных агрегатов и режимах их работы (различных мощностях ДГА. температурах газа на выходе из турбодетандера и т.п.).

- проведение испытаний детандер-генераторных агрегатов в промышленных условиях с нелыо определения их эксплуатационных характеристик и степени влияния основных режимных параметров ДГА на сю работу.

- проведение расчетов по разработанным методикам с келью определения эффективности включения детандер-генераторных агрегатов в тепловые схемы ТЭЦ с различными теплофикационными турбинами при различных схемах их включения и режимах работы и разраСннка рекомендаций по оптимальным режимам ДГА и ТЭЦ.

Научная новизна работы. Разработаны методика определения эффективности использования детандер-генераторных агрегатов при их включении в тепловую схему ТЭЦ и методика определения приростов мощности теплофикационных турбин при различных схемах включения детандер-генераторных агрегатов и режимах работы ТЭЦ. Определена степень влияния различных режимных факторов и параметров детандер-генераторного агрегата на его работу. Получены математические зависимости, устанавливающие связь между различными параметрами работы ДГА и ТЭЦ.

Практическая ценность работы. На основании проведенных испытаний получены эксплуатационные энергетические характеристики ДГА, построена эксплуатационная номограмма детандер-генераторного агрегата. Разработанные методики могут быть использованы при принятии решения о рекомендациях по включению в тепловую схему и оптимизации режимов работы ДГА, о дальнейшем внедрении детандер-генераторных агрегатов на теплоэлектроцентралях и о масштабах такого внедрения. Результаты работы могут использоваться проемными организациями при разрабожс схем включения ДГА в тепловую схему ТЭЦ, а также при проектировании детандер-генераторных агрегатов.

Публикации. По результатам исследовании, изложенных в дпсссрш-цин, опубликовано три печатных работы.

Апробация. По основным результатам работы сделаны доклады на 2-ой международной научно-технической конференции "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы эпер-гешки", совместном семинаре кафедр ТЭС н АСУ ТП МЭИ. па конференции РАО "ЕЭС России" совместно с АО "Криокор" "Энергосбережение и экология".

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пя-1и иши. выводов, списка использованной лнтсра1уры, насчшы-вающего 49 наименований, приложении с таблицами математической обработки результатов испытаний ДГА, содержит 154 страницы, основного текста 67 страниц, иллюстраций 32 страницы, таблиц 41.

СОДЕРЖАНИЕ РАЬОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации.

В первой главе рассматривается состояние вопроса в основном по машинам, аппаратам и схемам, применяемым при создании установок для утилизации давления природного газа с производством электро-шсргин.

На основании обзора литературных данных определены цель и чадами данной работы.

Во второй главе анализируются изменения в работе теплофикационных турбин при включении в тепловую схему ТЭЦ детандер-генераюрного агрегата и разрабатывается методика определения эф-фскиишостн включения ДГА в этих условиях.

В работе предлагается для определения эффективности включения ДГА в тепловую схему ТЭЦ использовать сравнение коэффициентов полезного действия ТЭЦ по производству электроэнергии без ДГА м(,.,Ш| " ПР" со включении Пст.инг ил" определение величины щмсненпя КПД

А ]] (|1Ч| — Т^СГ.Т-щ} - 11гт.г>1||

Условием для сравнения двух вариантов принят неизменный заданный о туск тепла тепловому потребителю.

Для обеспечения сопоставимости двух рассматриваемых вариантов необходимо также выполнить условие равенства удельных энтальпий (или в рассматриваемом случае температур) двух потоков газа (прошедшего через ДГА и ^дросселированного на ГРП) при включении н схему ТЭЦ дегандер-геиераторного агрегат а.

В варнаше без ДГА КПД ТЭЦ по производству электроэнергии, в сошветствпи с принятой в России методикой, определяется из выражения :

Пег.™. = N,/cq„-Qt), (I)

i де QC1 = Q„ /iimr|ir- гепло, подведенное в коглоагрегаге, МВт.

Здесь N,- электрическая мощность ТЭЦ, кВт; Q0 - количество 1епла. подведенное с паром к турбоагрегатам ТЭЦ в единицу времени, кДж/с: Qi - тепловая нагрузка турбины. кДж/с: 11ка,г|тр - КПД котельного агрегата н трубопроводов соответственно.

При включении детандер-генераторного агрегата в тепловую схему ТЭЦ часть поступающего на электростанцию гача G,.™ направ-ляося на него в качестве рабочего тела, в результате чего появляется дополнительная выработка мощности на ДГА N^ . В то же время газ, пройдя через турбодетандер и выработав мощность NJlia, охлаждается. Для подогрева этого газа до температуры, которую имеет поток г аза, не прошедший через ДГА, требуется затратить тепло. Это тепло может бы п. подведено к газу либо в непосредст венно н топке ко тла за счет

сжигания дополнительного количества топлива, лиоо с оюорным паром турбины AD„ в соответствующем теплообменнике.

Тепло Д<Зд1Л, которое требуется поднести для подогрева una в теплообменнике перед детандер-генераторными агрегатами с целью обеспечения их нормальной работы, можно определить по формуле:

МЗдгл =G, (11,,-h,,). (2)

где Gr - расход газа на ДГА, кг/с; hn , h,, - энтальпии газа на входе в теплообменник и на выходе из него соответственно, кДж/кг.

В том случае, когда AQ;u Л поступает в теплообменник с отборным паром, для обеспечения постоянства тепла QT, отдаваемого тепловому потребителю, в режиме работы теплофикационной турбины с расходом пара в голову турбины, отличным от максимальною (именно такие режимы работы являются наиболее характерными для ТЭЦ системы Мосэнерго), необходимо увеличить расход пара в отборе гурбины на величину ADn, эквивалентную Д<3ДГЛ. Выражение для определения дополнительного расхода AD„ пара может быть получено in уравнения теплового баланса для теплообменника подогрева газа перед турбодетандером

AD,, = G, (h, , - h, ,) / (Ьотб-Ькотб) Г)тпдга (3)

Здесь Ьотб, Ькотб - энтальпии пара в отборе турбины, in которого греющий пар поступает в теплообменник для подогрева газа, и конденсата греющего пара в этом теплообменнике соответственно. кДж/кг; г|тпдга - коэффициент, учитывающий тепловые потери при подогреве ra ía в теплообменнике и транспорте тепла от турбины до теплообменника.

Увеличения расхода пара в отборе можно добиться двумя способами: за счет увеличения расхода пара в голову турбины при неизменном положении диафрагмы, либо за счет изменения положения диафрагмы (ее прикрытия) при постоянном расходе пара в голову турбины. Возможно также изменить расход пара в отборе за счет одновременного воздействия двух факторов.

При увеличении расхода пара в отборе только за счет увеличения расхода пара в голову турбины при неизменном положении диафрагмы в котле необходимо подвести тепло AQ^, которое для турбин без пром-перегрева может быть определено из выражения

AQc,=ADn(ho-h11„)/nKa4Tppi^t'W" + AQni , (4а) а для турбин с промперегревом

AQc =ADn [(Ib - h„.)+(l - ap)(li,„„ - hum)]/ЧкаЦтрpP1"«ia+AQrn. (46) Здесь |5р . коэффициент, учитывающий изменения расходов пара в регенеративных отборах турбины при увеличении расхода пара в

голову па ДО,,; аР - коэффициент, учитывающий отбор пара на регенерацию до промежуточного перегрева.

Электрическая нагрузка турбины за счет увеличения расхода пара в голову турбины на ДО,, возрастет на величину ДМ.И , которую можно определим, из выражении

Д!Ч.„ = ДО,, ( Ь0 - 11огГ,) 11„, /тягл. (5)

Ччеа. 11км - КПД механический и генератора турбины. ('{амем1м. ч ш АО,,, = ДО,, / ши...)

В рабою приводи гея также формула, позволяющая определить ЛЫ м с учем>м изменений процесса расширения пара и |урбиие при включении ДГА.

При и 1МС1К11Ш1 расхода пара и очборс I>|>Г)1мп.1 шлмсо за ечез шмспс-нии положении диафрагмы (ее прнкрьппя) при посюмнпом расходе пара » голову турбины количество пара, поступающее в чаегь турбины, расположенную (а шбором, умеш.иимся, и результате чего при посм>-яинои 1спл«)1)Ш1 нагрузке С?г электрическая мощнойь турбины снизится на величину Л1М.,,. (При пом принималось для упрощения, чю давление в отборе остается постоянным).

Изменение мощности турбины из-за прикрытия диафрагмы ДЫ,> складывается из нескольких составляющих; а именно - снижение мощности за счет уменьшения расхода пара в конденсатор (Д!^'), увеличение мощности, вырабатываемой потоком пара в конденсатор из-за снижения давления пара в конденсатореСДМ^") и уменьшение мощное ш. вырабазмвасмой потоком пара между отбором пара на последний подогреватель низкого давления и конденсатором(ДЫ,2'"). т.к. происходи! увеличение отбора пара на этот ПНД для компенсации снижения температуры конденсата перед ПНД в соответствии со снижением давления пара в конденсаторе.

Если пренебречь изменением расхода пара на регенеративные подогреваIели между отбором пара и последним ПНД, то суммарное изменение мощности ЦНД турбины можно определить из соотношения:

ДМ12 = (ЕО,'-Д111'-ЕОю-Д!1ю) . (6)

где 0,'.0,о - расход пара через отсеки турбины в новом и исход-пом режимах,кг/с: ДЬ/, ЛЬ¡п - соответствующие теплоперепады в этих режимах. кДж/кг.

В работе приводится также более зочпая формула для определения Д1М.,, . учитывающая изменения работы шпкопотенциалыюй час-М1 |урбнны при изменении положения диафрагмы.

Далее в этой главе рассмотрено выражение для КПД ТЭЦ по производству электроэнергии при включении ДГА в общем случае, при увеличении расхода пара в отборе турбины за счет обеих рассмотренных возможностей. С учетом того, что при включении ДГА в схему ТЭЦ наряду с мощностью самого ДГА появляемся дополшпельная мощность Д1Ч „, вызванная увеличением расхода пара в Iолову |урби-пы. а также происходит снижение мощности АМ,, турбины за счс1 уменьшении расхода пара в коиденсаюр при изменении положении диафрагмы, выражение для КПД ТЭЦ по производству электроэнергии при включении ДГА в схему ТЭЦ можно записан» следующим образом:

ч,,.,,,,.^ 1+Л^1 + Ы)111|+ЛК>,)/(0г|-01 +Л(?с). (7)

1киользуи уравнении (2.1) и (2.12), запишем выражение дни А^., ,.,, Д„ = + + N1,

11 0., 0| 1 АО, , О. , О, • (Я)

Учитывая, что ——— = п^.*, получим:

_ АЫ„ + Д1М,2 + ]ч|ДГ1|- ДО,. т- 7'ст,тэц|

Д'Лпэц-----„—тг , АГЧ---•

0СТ-0Г + А0С1

Из сказанного выше ясно, что

Д0ст=Д0ст,1 +Д0дга.1 +ДОгп = ДОп +ДОгп , ( I 0)

|де ДОп - количество тепла, затраченного в котле на подготовку дополнительного количества пара ЛОП|; ДОдга.т - гепло, отобранное с отборным паром от ДРп! на подогрев газа; ДОсм - тепло, идущее на выработку электроэнергии: Д0,п - тепло, которое должно быть затрачено для подогрева газового потока, прошедшего через ДГА, в том случае, когда энтальпия газа Ьг.тл2 на выходе из турбодетандера ниже, чем энтальпия потока газа, направляемого после ГРП непосредственно в энергетические котлы, МВт.

Заметим, что подвод дополнительного тепла, ДОгтл позволяет получить дополнительную мощность ДЫ,|, следовательно, отношение ДН н/АС^-т.-» можно условно рассматривать как КПД по выработке электроэнергии в дополнительном чисто теплофикационном цикле, организованном при подводе тепла , Д(2гтл .т.е.:

'/сгдоп=7~-- (II)

АОсп

После

несложных преобразований выражение (9) приводится к

виду:

>кс II

- II-

Л'/о п «I

ДЧ,.||- /1С" исг.(ьг2-|1дг:г).

'7с 1 ДО IV

_ 'к гПЩ

ЧЫ ЭДГ ¿1

'/|||ДГ л'

»С, -(11,1 -11Гтд)-'/стП

ТЭЦ11

г

' -I

'/п.

дга /

(12)

Полученные выражения позволяют определит!, изменение КПД скшшш по выработке электроэнергии как функцию от параметров газа. пара, соевой воды и других известных величин.

Следу о отметить, что при постоянной тепловой нагрузке ТЭЦ включение ДГА приводи! к некоторому увеличению вырабатываемой ктскфожсргпн. В случае, если дополнительная электрическая мощное 1Ь в энергосистеме не нужна, эффект от внедрения ДГА может бып> получен за счет вытеснения соответствующей мощности на станциях, имеющих меньшую эффективность (конденсационная выработка, выработка на конденсационном хвосте и т.д.).

Третья глава посвящена разработке методики определения изменений мощности ДЫ1( турбины при различных схемах включения детан-дер-1 снераюрных агрегатов и режимах работ ы турбин. При пом рас-смофсн случай, когда увеличения расхода пара в отборе на подо! рев I а и перед Iурбодегандером добиваются только за счет подачи допол-|ц| ic.ii.iioi о количества пара в голову турбины.

Ныли рассмофены три схемы включения ДГА в тепловую схему ТЭЦ с подогревом газа перед турбодепшдерами сетевой водой: схема рис. 1а. реализованная на ТЭЦ-21 Мосэнерго, н две принципиально во шожпые схемы рис.16 и 1в, отличающиеся от первой местом сброса сосной воды после I ази-водяного подогрева 1еля.

В к.тчсопс исходных условий при проведении расчетов принимаются стедунннне: при включении ДГА оIпуск !снла пофсбшслю должен ооавап.ся постоянным: температура прямой сетевой воды, отдаваемой пофебшелю, должна строго соо1вегствоиать заданно!! по условиям работы теплосети; все расчеты относятся к включению ДГА в Iсиловую схему турбин Т-100-130 и Т-250-240.

При проведении исследований раесмафпвались следующие режимы работы турбоагрегатов.

Режим!.I с максимальной тепловой нагрузкой турбины, при которых расход осфого пара на турбину является максимально возможным, и промежуточные режимы, в которых_расход сетевой воды можо быть увеличен на необходимую величину.

При включении ДГА по схеме, приведенной на рис. 1а, в газо-водяпой !сн.тообменник в качестве греющей среды подается сетевая вода в ко-

юмлоооменннка перед ПСТ-1

теплообменника между ПС'Г-1 и 11СГ-2

Рис.1 в. 11рин1(ипиальная схема включения ДГА со сбросом сетевой воды после газо-во; теплообменника в коллектор прямой сетевой воды

.■миссию ЛС.к m i обшесганционного коллектора н имеет ту же темпера-I уру. что и прямая сетевая вода, направляемая тепловому потребителю.

После газо-водяного теплообменника сетевая вода в количестве АС,» направляется в общестанционный коллектор обратной сетевой воды, откуда поступает в ПСГ-1. Изменение мощности турбины AN н в промежуточных режимах в этом случае будет связано с необходимое и.ю изменения расходов пара в верхнем и нижнем теплофикационных отборах и, соответственно, изменением'подачи дополнительного пара в голову турбины. Этот дополнительный пар является носителем icn.ia для подогрева газа в соответствующем теплообменнике. При ном следует также иметь в виду, что определенное влияние на количество (нбмрасмо! о пара будет оказывать при данной схеме включения изменение энтальпии сетевой воды на входе в ПСГ-1, вызванное тем, чю поток сетевой воды AG™ может иметь температуру, отличную от 1смпсрагуры обратной сетевой воды.

Анализ показывает, что при включении ДГА по схеме рис. 1а в режимах с максимальной тепловой нагрузкой турбины принципиально возможно как увеличение, так и уменьшение мощности турбины при включении ДГА в тепловую схему ТЭЦ. Это связано с тем. что в дан-пом случае происходит борьба двух тенденций. С одной стороны, увеличение расхода сетевой воды, связанное с подачей дополнительного ее количества в газо-водяной теплообменник, должно привести к снижению температуры сетевой воды на выходе из сетевых подогревазе-лей и соответственному снижению энтальпий пара в отборах. С другой с троим, повышение энтальпии сетевой воды на входе в ПСГ-1 за счет loro, чю нпальппя сетевой воды после газо-водяного теплообменника м<»же1 бы п. т.шт (и значительно) энтальпии обра тно/'! сетевой воды, наоборот, должно привести к повышению энтальпии пара в отборах.

Анало! нчные рассуждения можно применить и к схеме включения ДГА. изображенной па рис. 16. Отличием этой схемы от схемы, приведенной на рис. 1а. является то, что сетевая вода после газо-водяного кнлообменпика направляется в трубопровод между ПСГ-1 и ПСГ-2. В ■»iом случае основные изменения параметров должны произойти в верхнем теплофикационном отборе.

При включения ДГА по схеме, приведенной на рис. 16, в промежуточных режимах работы изменение мощности турбины определяется теми же причинами, что и в предыдущей схеме.

В работе были получены формулы для определения приростов мощности турбины при включении ДГА в тепловую схему ТЭЦ:

- при включении ДГА по схеме рис. 1а

- ,чля турбины Т-100-130

АК1 (к Мг«+Ь)(Ьг2 -Н,.,) ) = л _ . ч ------------'

\ппр пто2^'/гпдга

('Чй-Ьсй) + (Ь с- .1 !>.,

, V (ЬсН -'ЬозКЬио- 112то)]

- "|.о) + /. ....._ , \ " ' |

\п2то 11 к2то/'/|| с г! )

[[(Ь1то - Ьк1то)'/псг2 О* 21 о - I* к 21 о)'

(13а)

- для турбины Т-250-240

(К Н. а + Ь)01 г2 ^ И , , ) | (ь 11|1 ~ ^ го 2)'/тп лга [

лы.

0\н: 11 о)_______+ ГI', и - .

(ь 1то _ Ь к|711)'/и С г2 (Ь - ь к1,о)'

-[{Ь„ - ь,...)-(Ь,,,,. ь„0)]+ --н21о)|

Iм 2ю ~ 11 к2ю;'/|1 С I I )

(13

При включении ДГА по схеме рис. 16 для турбины Т-100-130

ЛМ„

= (.* . + Ь) (-|) (IIс. -Л,„)

к!то)" '/пег2 ' '/тпдга

(14а)

и для турбины Т-250-240

д[ч1 = (к №„+ Ь)-(Ь, 2-ЬГ|) [(И0 -Н„,„) + (Ь, пп-Цто]]

(^1то ~ ' '/пс г2 ' '/гп дга

При включении ДГА по схеме рис. 1 в - для т урбины Т-100-130

(к ' Ччга+ Ь)-(И,2 -Ь,()

• (146)

ЛЫ.., = ----------------------- ------------

¡Г ^кТт1>дг4'/п г г2 • П\

у('1» - ^НОД! ) •

- для т урбины Т-250-240

АК1 _ (к ^ДГ!, + Ь) (Ь12-|1Г|) дм (| -

+ Ц

1то

''Ис. |Чи_о_____|

^1тодга~ ^к1юд| и '

(15а)

+ О

|п>

-I

1тод1 а ик1год|а '

'I ш дга

х[(''о ~ + (ЬГПП- Ь|Т0)] (156)

В формулах (13а), (136), (14а), (146), (15а). (156): 1ц

и> и П2ю - энтальпии пара в верхнем и нижнем теплофикационных отборах соответственно. кДж/кг; г|нсг-1 и )1псг.2- коэффициенты, учитывающие тепловые потери в соответствующих сетевых подог ревателях: Ьсв1. ЬСи: - энталь-

ним ccicboü воды на выходе in ПСГ-1 и ПСГ-2 соответственно, кДж/кг: hi,.- - ниальпия сетевой воды на выходе ич газо-водяного теплообменника. кДж/кг; Ilk i™. lii.-2ro - энтальпии конденсата пара верхнего и нижнею 1епло(])икапиопных отборов соответственно, кДж/кг; hIip - энтальпия прямой сетевой воды. кДж/кг: к и b - численные коэффициенты в ¡ависимосш массового расхода гача от мощности ДГА, определяемые опьппым путем.

В четверюй главе описаны результаты испытаний детандер-юиераюрпых ai регагов ТЭЦ-21 филиала АООТ "Мосэнерго". I U'.dimh мены i aiiiiii ДГА являлись:

- жемеримеиla.ibiio установить завпсимосш мощности турбодскшдс-рив di расхода i аза через них при постоянной к'мнсрагурс una па входе в 1>рбоде1амдер:

- жепернменталыю установить зависимость мощности турбодетапдера <н icMiiepai ypi.i lata na входе в нею при поеючпиом расходе i а за ■ icpct |\рбоде1андер:

- жеперпмешалыю установить зависимость перепада температур газа в iурбодсшндсрс oí leMiicpaiypi.i lata па входе к нею при различных значениях мощности:

- полупи ь достаточное количество экспериментальных данных для нахождения ма 1емаiичеекпх зависимостей, кшнрмс почволили бы свя-чап. между собой различные параметры работы детапдер-I eiicpai i ipil 1,1 \ ai peí ai он.

В peiy.ii.raie проведения испытаний и последующей обработки полученных данных было установлено следующее.

I.Максимальное значение мощности ДГА. полученное при проведении испытании, составило 4,2 МВт при полностью открытых регулирующих органах по газу. Давление в газопроводе перед измерительной шайбой было при этом равно 0,82 МПа.

2.3ав11снмость мощности гурбодетандеров N;n.\ от расхода газа через них при постоянной температуре газа на входе в гурбодетандер в диапазоне значений мощности ДГА от 2,0 до 4.2 МВт может быть аппроксимирована выражением:

N;UA=0,0515Vr-2,69, (16)

где V, - объемный, истинный, с учетом поправки на давление, расход i ata. гыс.нм'/ч.

.».Изменение темпера 1уры газа перед турбодетандером влияет па сю мощпоси. незначительно. Так, при снижении температуры газа перед турбодаандером с 81 до 63 °С при постоянном расходе газа мощность |урбодегапдера уменьшилась с 4,2 до 4,0 МВт, т.е. на величину меньшую 5" i. от первоначальной мощности. Таким образом, можно счи тан, жепернменталыю установленным, что влиянием температуры газа пе-

ред гурбодетандером на его мощность в условиях эксплуатации его на ТЭЦ можно пренебречь.

4.При мощностях ДГА от 2 до 4.2 МВт температурный перепад в турбодетандере от температуры газа на входе в него практически не зависит.

По результатам обработки полученных при испытаниях экспериментальных данных, проведенной методом регрессионного анализа, были получены математические зависимости, связывающие между собой различные параметры работы детандер-генераторных агреипов. Важнейшими из них. кроме приведенной выше формулы (1(>), являнмея следующие:

V, = 2,<К>Д1,.Тд-26,20 (17)

и

G, = 3.55N;u д + 10.14, (IX)

где Atr.ui - температурный перепад в турбодетандере, °С: Gi - массовый расход газа, кг/с.

С использованием соотношений (16) и (17). была ноароспа эксплуатационная номограмма, связывающая следующие параметры установки: N;u \, V, . V,,,,, . tr.mi и и.тг (рис.2). По номограмме в пределах изменения параметров, имевших место при проведении опьпов, легко определять одни параметры, варьируя другие в зависимое!и оз возможное! и их достижении.

Па номограмме: Vmp-приборное значение расхода газа (без поправки на давление), тыс.нм3/ч; tr.™i и tr.™2 - температуры газа на входе в зур-бодезандер и па выходе из него соответственно, °С.

В пятой главе были проведены расчеты эффективности включения детандер-генераторных агрегатов в тепловую схему ТЭЦ.

Эффективность включения детандер-генераторного агрегата в тепловую схему ТЭЦ определялась применительно к турбине Т-100-130 по методике, изложенной в гл.2.

Основные расчеты приростов мощности проводились по методике, изложенной в гл.З. Для подтверждения достоверности полученных результатов были рассчитаны также приросты мощности турбин при включении ДГА в тепловую схему всей ТЭЦ при тех же исходных данных с использованием разработанной ранее в ЦНИИКА программы для определения технико-экономических показателей работы турбин. По указанной программе рассчитывались мощности турбоуста-новки сначала без ДГА ("нулевой" вариант), а затем при различных схемах включения ДГА и режимах его работы.

Расчеты показали, что изменения мощностей AN,i турбин Т-100-130 и Т-250-240, определенные двумя методами, с достаточной степенью точности совпали между собой.

сл I

Рис.2.Эксплуатационная номограмма ДГА

Таким образом, совпадение результатов расчетов, проведенных двумя независимыми методами, можно рассматривать как доказательство достоверности полученных в работе результатов и правильной и разработанной методики определения приростов мощности зурбпн Г-100-130 и Т-250-240 при включении ДГА в тепловую схему ТЭЦ.

Все расчеты проводились при трех значениях мощности ДГА 2: 3 и 4 МВт и четырех значениях температуры газа на выходе из турбоде-тандера -15; -10; -5 и 0°С.

Расчеты проводились для грех случаев включения ДГА в зспловую схему ТЭЦ (схемы рис. la, 16 и 1в). Анализ результатов расчетов показывает следующее.

1.При всех рассмотренных режимах и схемах включения ДГА в I силовую схему ТЭЦ (кроме режима с максимальной зспловоп нагрузкой турбины при включении ДГА по схеме рис.1в при расчече применительно к турбине Т-100-130) имеют место приросты мощности турбины. Абсолютные значения этих приростов завися ! о т мощной и ДГА, температуры газа на выходе из турбодетандера, схемы включения ДГА, режима работы турбины и находятся в диапазоне значений от 0.13 до 2.2 МВт для турбины Т-100-130 и от 1,0 до 2.7 МВт для турбины Т-250-240.

2.Величины прироста мощности при прочих равных условиях оказываются зем больше, чем выше мощность детандер-генераторного агрегата.

3.Более высоким значениям температуры газа на выходе из турбодетандера в большинстве из рассмотренных случаев при прочих равных условиях соответствуют большие приросты мощности. Исключением здесь явился режим турбины Т-100-130 с немаксимальной тепловой нагрузкой турбины и с низкой (35,4 °С) температурой обратной ccicBoii воды при включении ДГА по схеме рис.la

4. Режим работы зурбины оказывае! существенное влияние на величину прироста мощности. Особенно заметным что отличие являемся при сравнении режимов с максимальном и немакснмалмюй тепловыми нагрузками при включении ДГА по схемам рис. la и рие.1б. Мри раГххе lypGniibi в режиме с нсмакспмалмшн тепловой liai ручкой прирост мощности оказываются значительно (практически на порядок) большими, чем при работе с максимальной тепловой нагрузкой. Эю oôi.mciihcich зем, чзо в режимах с немаксимальной тепловой nai ручкой повышение мощности турбины по сравнению с вариантом раГммы без ДГА связано в основном с увеличением расхода пара в голову зурбины. В режимах же с максимальной тепловой шнрузкой, ко1да расход пара в голову турбины не может быть увеличен, повышение мощной и |урбииы при увеличении расхода сетевой воды через Г1СГ-1 и ПС'Г-2 связано лини, со снижением параметров пара в ш борах турбины и, как

следствие. увеличением располагаемого перепада энтальпий пара в I урбнне.

5.В режимах с немаксимальной тепловой нагрузкой схема включения (рис. 1а-1в) при рассмотренных условиях практически не оказывает влияния на величину изменения мощности турбины при включении ДГА.

В режиме с максимальной тепловой нагрузкой турбины сравнение приростов мощности при включении ДГА по схемам рис. 1а и рис.1б показывает, что схема включения оказывает влияние на их величину. однако из-за малых абсолютных значений приростов этим влиянием на практике можно пренебречь.

Расчеты изменения КПД по выработке электроэнергии примени-ie.ii.no к турбине Т-100-130 проводились для схемы включения ДГА, приведенной па pne.la, т.е. для схемы, реализованной на ТЭЦ-21, для мощности ДГА 4.1 МВт, температуры газа на выходе из гурбодетан-дера -12 °С. При этом рассматривались два режима работы турбины: с высокой (125 Гкал/ч) и низкой (55 Гкал/ч) тепловыми нагрузками.

Расчеты показали, что включение ДГА в тепловую схему ТЭЦ прнводш к улучшению технико-экономических показателей работы ТЭЦ. При этом для ТЭЦ-21 филиала АООТ "Мосэнерго" увеличение КПД по производству электроэнергии, рассчитанное при режимах работы электростанции с низкими тепловыми нагрузками применительно к одной lypfiniie Т-100-130 при подаче необходимого количества пара на подогрев газа в голову турбины, оказалась равным 1,37 %. При обеспечении расхода пара на подогрев газа за счсг прикрытия диафрагмы изменение КПД оказалось значительно меньшими (0,647% при тех же условиях). При высоких тепловых нагрузках включение ДГА оказывается менее эффективным. Так максимальный прирост КПД составил 0,778 %(при подаче дополнительного пара в голову турбины). При обеспечении расхода пара на подогрев газа за счет прикрытия диафрагмы в этих условиях изменение КПД оказалось равным 0,35 %.

ВЫВОДЫ

1.Доказано повышение эффективности работы ТЭЦ при включении ДГА в тепловую схему станции.

2. Разработана методика определения эффективности работы ТЭЦ при включении детандер-генераторных агрегатов в тепловую схему станции.

3.Разработана методика определения изменения мощности теплофикационных 1 урбим без промежуточного перегрева пара и с промежуточ-

ным перегревом при различных схемах включения детандер-гснераторных агрегатов и режимах работы ДГА и ТЭЦ.

4.Получены эксплуатационные характеристики ДГА на базе проведенных промышленных испытаний, и проанализирована степень влияния режимных параметров ДГА на его работу. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на работу ДГА.

5.На основании проведенных испытаний построена эксплуатационная номограмма (режимная карта) детандер-генераторного агрегата, позволяющая наглядно связать между собой различные параметры, характеризующие работу ДГА и необходимая для оперативного управления ДГА.

6.Рассмотрены различные зехнологические схемы включения ДГА в тепловую схему ТЭЦ с подогревом газа перед турбодстандером сетевой водой. Показано, что в рассмотренных вариантах схема включения ДГА в тепловую схему ТЭЦ влияния на эффективность работы электростанции практически не оказывает, и выбор схемы включения должен определяться в основном технологическими условиями.

7.Проведены расчегы изменения КПД по выработке электроэнергии для двух характерных режимов работы турбины Т-100-130 с высокой (125 Гкал/ч) и низкой (55 Гкал/ч) тепловыми нагрузками при обеспечении увеличения расхода пара в отборе на подогрев газа перед зурбоде-таидером за счет повышения расхода пара в "голову" турбины и за счет прикрытия диафрагмы. Показано, что наибольшее повышение эффективности работы ТЭЦ при включении ДГА может быть получено в режимах с низкой тепловой нагрузкой и при обеспечении увеличения расхода пара в отборе на подогрев газа перед турбодстандером за счет повышения расхода пара в "голову" турбины.

8.Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении вопросов эффективности включения детандер-генераторных агрегатов в тепловую схему ТЭЦ и на других электростанциях с турбинами теплофикационного типа с учетом конкретных особенностей тепловой схемы и состава основного оборудования этих электростанций.

Основные результаты работы отражены в следующих статьях: I.Гуськов Ю.Л., Степанец A.A., Горюнов И.Т. Энергосберегающие комплексы, основанные на использовании перепада давления на г азопроводах // Теплоэнергетика.-l995.-№6.-C.33-35.

- -

2. Гуськов Ю.Л. Утилизация перепала давления природного газа // 2-ая Междунар. науч.-техн. конф. "Новые методы и средства экономии HiepiopecvpcoB и экологические проблемы энергетики": Тез. докл.-М.: Пзд-во МЭИ. 1995,-С. 164-166.

3.Гуськов Ю.Л.. Кудрявый В.В., Аракелян Э.К., Агабабов B.C. Методика определения термодинамической эффективности включения де-1Лндер-1 еператорных агрегатов в тепловую схему ТЭЦ // Вестник МЭИ.-1996.-№2.-С.73-76.

Подписано к печати Л— ¡л л ¿9,

Печ. л. Тираж {00 Заказ Бесплатно,

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13,