Газотурбинные установки для транспорта природного газа (пособие, 2012 год) - часть 6

3.2. Сравнительный анализ термодинамических циклов газотурбинных установок

Эталонным циклом для всех тепловых двигателей является цикл Карно, имеющий тот же температурный перепад, что и сравниваемый цикл. Так как термический КПД цикла Карно является наибольшим при выбранных температурах холодного и горячего источников теплоты, то качество любого другого цикла, протекающего в этом же интервале температур, будет тем большим, чем ближе значение термического КПД исследуемого цикла к циклу Карно. Вместе с тем во многих случаях возникает необходимость сравнивать различные цикли между собой

3.3. Реальный цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении

Рассмотренные термодинамические циклы ГТУ являются обратимыми, т. е. в них не учитывается какие-либо потери в процессах сжатия и расширения рабочего тела, в процессе подвода теплоты, и т. д.

3.4 Основные показатели работы ГТУ

4. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Эффективность работы ГТУ можно определить соотношением между полной подводимой энергией и полезной энергией, получаемой на выходе установки. Энергия на выходе установки определяется суммой механической энергии, совершающей работу механическую работу и тепловой энергии выхлопных газов.

Часть механической энергии расходуется на вращение ротора компрессора и составляет не менее 51 %. Оставшаяся часть передается через силовую турбину на приводное устройство. Следовательно, если оценивать эффективность ГТУ только по соотношению подводимой энергии и механической энергии на валу силовой турбины, то теоретически ее КПД не может превышать 49 %.

4.1. Способы утилизации теплоты отходящих газов газотурбинных установок

Опыт использования газотурбинного энергопривода на компрессорных станциях показывает, что далеко не вся теплота, образующаяся в камере сгорания ГТУ в результате сжигания топлива, полезно используется для выработки мощности на валу нагнетателя. Значительная ее часть теряется безвозвратно, особенно с уходящими из турбины отработавшими продуктами сгорания с температурой 400...500 °С.

Рациональное и наиболее полное использование подведенной теплоты топлива в камере сгорания ГТУ, т. е. прежде всего уменьшение потерь теплоты с уходящими газами, следует считать задачей большой важности для отрасли как на стадии проектирования ГПА, так и в условиях их эксплуатации. Расчеты показывают, что для перспективных газотурбинных установок коэффициент эффективного использования теплоты топлива может достигать величины порядка 80 % и выше; из них для выработки мощности на валу нагнетателя на уровне 34...36%, а остальное за счет рационального использования теплоты отходящих газов.

Такие составляющие теплового баланса ГТУ, как потери теплоты на образование водяных паров в камере сгорания, потери от химической неполноты сгорания топлива, потери теплоты на нагрев масла в подшипниках, потери теплоты в окружающую среду посредством конвекции и радиации от поверхности агрегата в окружающую среду и потери теплоты, эквивалентные потере кинетической энергии уходящих из турбины газов, в общей сложности не превышают 6... 10 %, и их следует отнести к разряду неизбежных потерь при эксплуатации газотурбинных агрегатов.

Следует отметить, что решению задачи по наиболее полному использованию теплоты отходящих газов ГТУ посвящено много работ, но и в настоящее время эта задача остается для отрасли весьма актуальной и требует своего дальнейшего комплексного решения.

Наиболее реальным и быстро реализуемым способом рационального использования теплоты отходящих газов ГТУ считается использование разного рода утилизационных установок для целей теплоснабжения - отопления и горячего водоснабжения помещений компрессорных станций и прилегающих поселков в осенне-зимний период эксплуатации КС, создания разного рода теплиц и т. п.

4.2. Регенеративное использование теплоты отходящих газов в газотурбинных установках

Возможности регенеративного использования теплоты отходящих газов ГТУ в рамках ее цикла при решении задачи сокращении расхода топлива заслуживают серьезного внимания. При этом возникает необходимость решения трех основных задач:

• оценить эффективность применения регенерации тепла отходящих газов в рамках численных значений параметров существующего агрегата;

• определить эффективность работы ГТУ при различных значениях коэффициента регенерации;

Следует отметить, что использование регенеративных установок в принципе также не исключает их сочетание с паросиловыми установками для выработки электроэнергии на нужды компрессорных станций. При использовании регенеративных установок и установок парогазового цикла не исключается, естественно в той или иной мере, и утилизация теплоты отходящих газов для нужд теплофикации объектов компрессорной станции.

Сопоставление расчетных и фактических данных по оценке эффективности перевода безрегенеративных ГТУ для работы по регенеративному циклу проводилось на примере анализа реконструкции агрегата ГТК-10И, установленного на КС «Антиповка» ПО «Волгоградтрансгаз» и переведенного для работы по регенеративному циклу, и агрегата ГТК-25И, установленного на КС «Первомайская» ПО «Мострансгаз».

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по оценке эффективности подобной реконструкции свидетельствует об их хорошем совпадении. Так, снижение мощности агрегатов за счет гидравлических сопротивлений регенераторов по расчетным соотношениям находится на уровне 7,2...7,4%, по результатам испытаний на уровне 7,3...7,5%. Величина относительных потерь давления по газовоздушным трактам ГТУ находится на уровне 0,92...0,93, что следует считать вполне соответствующим практике газотурбостроения на современном этапе его развития.

Относительная экономия топливного газа для этих установок при переводе их для работы по регенеративному циклу должна находиться на уровне 30...32 % при коэффициенте регенерации 0,85. По результатам экспериментальных исследований относительная экономия топливного газа находится на уровне 33...34%, Большие значения фактической относительной экономии топливного газа можно объяснить за счет большего численного значения коэффициента регенерации теплоты отходящих газов, который при испытаниях оказался на уровне 0,86...0,87.

В целом результаты проведенных испытаний регенераторов трубчатого типа, а также практика их использования на КС «Мострансгаз», свидетельствуют об их достаточно высоких теплотехнических показателях и возможности использования для замены вышедших из строя пластинчатых регенераторов. Решение о целесообразности использования регенеративных ГТУ на магистральных газопроводах, а также переводе безрегенеративных ГПА типа ГТК-10И и ГТК-25И для работы по регенеративному циклу должно обязательно базироваться на результатах технико-экономических расчетов.

Дело в том, что решение задачи по экономии топливного газа в газотурбинных установках за счет регенерации теплоты отходящих газов при замене старых регенераторов пластинчатого типа на регенераторы трубчатого типа, в частности производства Подольского машиностроительного завода, или переводе безрегенеративных установок типа ГТК-25И и ГТК-10И для работы по регенеративному циклу, естественно, изменяет эффективнотермодинамический режим работы ГПА.

Обычно гидравлическое сопротивление по воздушному тракту регенератора в 2,5...3 раза выше, чем по газовому.

Анализ теплогидравлических характеристик, в частности, регенератора РВП-2400, используемого при модернизации агрегатов типа ГТ-750-6, показывает, что сопротивление тракта продуктов сгорания регенератора находится на уровне 0,002 МПа, а сопротивление воздушного тракта -на уровне 0,007 МПа, Что примерно в 3,5 раза выше по абсолютной величине, чем по газовому тракту, хотя величина относительного сопротивления у них примерно одинакова (на уровне 1,6...2.0).

содержание .. 4 5 6 7 ..