Содержание к диссертации
Введение
1. Формирование рациональных и перспективных гту в состав ГТЭС 10
1.1 Анализ принципиальных схем гту и выбор рациональных и перспективных гту 10
1.2 Обоснование рациональных и перспективных ГТУ 21
выводы 31
2. Оценка влияния основных параметров процесса на тепловую эффективность ГТУ 32
2.1 Термодинамические циклы ГТУ 32
2.2 Влияние основных параметров процесса на КПД ГТУ 47
2.2 Влияние основных параметров процесса на коэффициент полезной работы : 54
выводы 55
3. Методика оценки тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС 57
3.1 Обоснование выбора технико-экономических показателей оценки тепловой эффективности ГТУ и ГТЭС 57
3.2 Разработка методики оценки тепловой эффективности гту в составе ГТЭС 73
выводы 81
4. Расчет тепловой и экономической эффективности ГТУ в составе ГТЭС 82
4.1 Расчет тепловой эффективности ГТУ и ГТЭС 82
4.2 Влияние тепловой эффективности ГТУ на технико-экомические показатели ГТЭС 84
4.3 Расчет экономической эффективности ГТЭС 89
выводы 94
5. Использование гту в составе утилизационных бинарных ПГУ 95
5.1 Разбор существующих схем бинарных пгу 95
5.2 Анализ идеального термодинамического цикла ПГУ 98
5.3 Оценка тепловой эффективности пгу 101
Выводы 104
Заключение 105
Литература
- Обоснование рациональных и перспективных ГТУ
- Влияние основных параметров процесса на КПД ГТУ
- Разработка методики оценки тепловой эффективности гту в составе ГТЭС
- Влияние тепловой эффективности ГТУ на технико-экомические показатели ГТЭС
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из масштабных направлений энергоресурсо-эффективных и энергосберегающих мероприятий в российской энергетике в настоящее время можно считать все большее внедрение газотурбинных электрических станций (ГТЭС) на базе газотурбинных установок (ГТУ).
Внедрение технологии по созданию и использованию ГТУ- это один из факторов реального повышения экономичности и эффективности энергетических объектов, и совершенствования структуры топливно-энергетического хозяйства производства электрической энергии и теплоты.
ГТУ в составе ГТЭС заняли прочное положение в энергетике зарубежных стран и довольно широко начали применяться в России.
В нашей стране работы в области газовых турбин и сооружение первых экспериментальных установок были начаты еще в предвоенные годы В.М. Маковским в Харькове, Г.И. Зотиковым в Ленинграде и В.В.Уваровым в Москве [126]. В послевоенные годы начались работы по созданию газовых турбин на Невском заводе им. В.И. Ленина (НЗЛ). Затем газовые турбины стали изготавливать и на других турбинных заводах страны. Низкая тепловая экономичность первых ГТУ привлекла внимание разработчиков к большим возможностям ее повышения за счет регенерации теплоты выхлопных газов. Создание регенеративных ГТУ на много лет стало основным путем их развития. После шестидесятых годов был создан ряд новых ГТУ, где начальные температуры возросли в среднем на 100 С, а КПД турбин и компрессоров - примерно на 2%. Это стало основанием перехода к простым схемам ГТУ, т.к. усложненные схемы имели очень большую массу дополнительного оборудования.
При этом большое влияние на дальнейшее развитие ГТУ оказали работы по созданию авиационных газотурбинных двигателей, развернутые во время войны и послевоенные годы. Широкий размах этих работ и практическая проверка разных направлений позволили быстро выработать рациональные принципы конструирования, решить вопросы технологии и обеспечить широкое
5 применение ГТУ сначала в авиации, а затем и в других отраслях хозяйства, в частности в энергетике [3].
В настоящее время в России создались условия для развития газотурбинных технологий, обладающих следующими значительными преимуществами [98]:
высокой энергетической эффективностью;
малыми сроками ввода генерирующих мощностей;
возможностью максимального приближения к потребителю;
быстрой окупаемостью;
низкой себестоимостью вырабатываемой электроэнергии и тепла;
возможностью технической реализации новых технологических решений.
Это делает совершенно необходимым и экономически оправданным скорейшее внедрение высокоэкономичных газотурбинных установок на параметры, соответствующие мировому техническому уровню, и создание на их основе комбинированных установок [38].
Таким образом, применение ГТУ в комбинированном (когенерационном) режиме работы, когда производится электроэнергия и теплота, позволяет экономить значительные объемы топлива, снижая, тем самым, себестоимость отпускаемой потребителю продукции от ТЭЦ и районных котельных.
Происходит это путем строительства и установки ГТУ и ГТЭС на действующих энергетических объектах: для модернизации и реконструкции устаревшего оборудования на ТЭЦ и надстройки районных котельных.
Как показано в работах [42, 43], при реконструкции котельных в малые ТЭЦ со сбросом продуктов сгорания ГТУ в топку наиболее эффективной является работа ГТУ по тепловому графику с продажей избыточной энергии в систему при оптимальной мощности установки. Для совместной работы с серийными котлами целесообразны типоразмеры ГТУ мощностью до 10МВт.
Разрабатываются ГТЭС, как было сказано выше, на основе ГТУ, которые имеют разную мощность и разные конструктивные схемы.
В последнее десятилетие многие авиадвигателестроительные предприятия перешли к разработкам ГТУ на базе теории и эксплуатации своих двигателей.
Это российские предприятия - ОАО «НПО Сатурн», ОАО «Пермские моторы», ОАО «Моторостроитель», ФГУП ММПП «Салют», ОАО АНТК «Союз» и другие. Кроме того, внедряются ряд ГТУ зарубежных фирм: GE, Siemens, Solar, Hitachi и другие. При этом результаты сравнительного анализа показывают, что ГТУ отечественных и зарубежных производителей имеют практически одинаковые показатели тепловой экономичности, но стоимость зарубежных ГТУ и затраты на их обслуживание значительно выше, чем у отечественных установок [6].
Поскольку ГТУ имеют разные конструктивные схемы и, следовательно, разные технико-экономические показатели, то и себестоимость отпускаемой продукции от ГТЭС также различаются. В связи с этим считаем, что анализ влияния показателей ГТУ на эффективность их в работе, как в автономном режиме, так и в составе ГТЭС является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является создание перспективных ГТУ на базе конвертированных авиационных двигателей и анализ влияния показателей ГТУ на эффективность их работы, как в автономном режиме, так и при использовании в составе ГТЭС. Для достижения поставленной цели в рамках диссертации решались следующие основные задачи:
Анализ и обоснование выбора перспективных ГТУ и определение влияния основных параметров рабочего процесса на тепловую эффективность ГТУ.
Разработка методики расчета тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС по обоснованным технико -экономическим показателям.
Изучение влияния тепловой эффективности ГТУ на технико- экономические показатели ГТЭС.
Определение экономической эффективности ГТЭС.
5. Использование ГТУ в составе утилизационной бинарной ПТУ.
Основные методы научных исследований. В работе использовались
методики системных исследований в энергетике, фундаментальные закономерности технической термодинамики, математическое моделирование расчетов ГТУ и ГТЭС, технико—экономический анализ теплоэнергетических установок и систем. Для обработки, представления и оценки результатов использовались пакеты прикладных программ Microsoft Exel.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Для ГТУ со свободной (силовой) турбиной (СТ) получены вы -ражения оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре и максимальной степени понижения давления газа в свободной турбине.
Получены выражения технико-экономических показателей ГТЭС, позволяющих производить их экспресс-оценку по тепловой эффективности ГТУ.
Разработана методика оценки тепловой и экономической эффективности ГТУ в составе ГТЭС.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснованы использованием методологии системных исследований в энергетике, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, математического моделирования процессов работы ГТУ и ГТЭС. Практическая ценность работы.
1. Рекомендованы перспективные ГТУ и определено влияние основных параметров рабочего процесса на тепловую эффективность ГТУ для включения их в состав ГТЭС.
2. Разработанная методика позволяет рассчитать качественно тепловую эффективность ГТУ в составе ГТЭС.
3. Использование работы позволяет производить оценку инновационных проектов ГТУ в составе ГТЭС в процессе мониторинга и при проведении тендеров.
Реализация результатов работы. Методика расчета тепловой эффективности и экономической эффективности по блок- программе «Альт-Инвест» использовались в процессе выбора ГТУ для ТЭЦ ОАО «Татэнерго». Кроме того, расчет экономической эффективности по блок-программе производился при формировании инвестиционной программы ОАО «Татэнерго».
Автор защищает:
Обоснование перспективных ГТУ и анализ их термодинамических циклов, влияние основных параметров рабочего процесса на их тепловую эффективность.
Обоснование технико-экономических показателей и методику расчета эффективности ГТУ в составе ГТЭС, результаты расчетов.
3. Результаты расчетов влияния тепловой эффективности ГТУ на техни
ко-экономические показатели ГТЭС.
4. Результаты расчетов экономической эффективности ГТЭС.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
представлены на: аспирантско-магистрских научных семинарах в КГЭУ 2004 — 2006г.г.; 16-й Всероссийской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ материалов и изделий». г.Казань, МВАУ (филиал г. Казань), 2004г.; VII Международном симпозиуме по «Энергоэффективности и энергосбережению». г.Казань, 2006г.; Международный круглый стол «Газотурбинные установки и альтернативные источники энергии». г.Казань, КГЭУ, 2007г.; На расширенном заседании кафедр ТЭС и КУПГ в КГЭУ, 2007г. Личное участие. Все основные результаты получены лично автором под научным руководством профессора, д.т.н. Таймарова М.А.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 статьи в рекомендованных ВАК журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.
В первой главе рассмотрены возможные принципиальные схемы ГТУ. В результате анализа и обоснования схем ГТУ предпочтение отдано простым схемам ГТУ разработанным на базе конверсионных газотурбинных двигателей авиационных предприятий. При этом двухвальную ГТУ с двухкаскадным компрессором рассматриваем в сложных схемах. Приоритетность ГТУ по сложному циклу следующая: с регенерацией теплоты; с промежуточным охлаждением воздуха; с промежуточным охлаждением и регенерацией теплоты.
Во второй главе для перспективных ГТУ рассмотрены их термодинамические циклы и определено влияние основных параметров рабочего процесса на тепловую эффективность ГТУ. Все расчеты ГТУ производились в условиях ISO 2314 (ГОСТ 20440), в расчетных режимах работы ГТУ и постоянных КПД компрессоров и турбин.
В третьей главе произведен анализ и обоснование основных технико - экономических показателей для оценки тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС. Разработана методика оценки тепловой эффективности ГТЭС.
В четвертой главе представлены результаты расчетов тепловой эффективности ГТУ. Изучалось влияние КПД ГТУ на технико-экономические показатели ГТЭС. Для перспективных схем ГТУ произведен расчет экономической эффективности по блок-программе компании «Альт - Инвест».
В пятой главе рассмотрены различные схемы бинарных утилизационных ПТУ. Произведен анализ идеального термодинамического цикла утилизационной ПТУ и приведена методика расчета тепловой схемы ПТУ.
В заключении обобщены основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.
Обоснование рациональных и перспективных ГТУ
В результате рассмотрения и анализа большого количества принципиальных схем ГТУ был сделан выбор следующих ГТУ:
1. ГТУ на базе конвертированных авиационных газотурбинных двигателей, т.к. научный, конструкторский и производственный потенциал работников этих предприятиях достаточно высокий, чтобы решать сложные задачи. Большинство из них в течение последних лет занимаются созданием энергетических газотурбинных установок на базе своих существующих и перспективных двигателей. Такие ГТУ могут быть использованы в качестве мобильных электростанций для снятия пиковых нагрузок, для надстройки районных котельных и с установкой их на ТЭЦ для совместной комбинированной работы с паровыми турбинами.
2. На базе простых ГТУ необходимо начинать шире внедрять разработки перспективных, с большим ресурсом, ГТУ сложных схем: а) с регенерацией теплоты; б) с промежуточным охлаждением воздуха в компрессоре; в) с регенерацией теплоты и промежуточным охлаждением воздуха в компрессоре.
Для этого следует разрабатывать и модернизировать регенераторы теплоты и охладители, с целью уменьшения их габаритов и повышения их эффективности в работе ГТУ за счет снижения гидравлических сопротивлений. Вначале рассмотрим рациональные ГТУ. Нарис. 1.3, а, б, в, г и д представлены принципиальные схемы рациональных ГТУ, работающих по циклу Брайтона.
Большое преимущество таких ГТУ состоит в том, что они разработаны на базе надежных серийных авиационных и судовых двигателей [82, 86, 87, 90, 92, 93].
Принятые условные обозначения и сокращения в схемах: а, б - ГТУ с однокаскадным компрессором: а- без свободной турбины; б - со свободной турбиной; в, г - ГТУ с двухкаскадным компрессором: в- без свободной турбины; г —со свободной турбины; а) б д - ГТУ с трехкаскадным компрессором со свободной турбиной; К - компрессор; КС - камера сгорания; Т - турбина; СТ — свободная силовая турбина; ЭГ — электрогенератор; ВОУ - воздухоочистительное устройство; ТН - топливный насос; СРК - стопорно - регулирующий клапан; КНД - компрессор низкого давления; КСД - компрессор среднего давления; КВД - компрессор высокого давления; ТНД - турбина низкого давления; ТСД - турбина среднего давления; ТВД - турбина высокого давления; КСНД - камера сгорания турбины низкого давления; КСВД - камера сгорания турбины высокого давления; Р - регенератор; ОХ - охладитель.
Как видим, по конструкции, данные ГТУ, подразделяются на следующие типы: ? одновальные, где генератор, через трансмиссию, приводится от вала турбины (рис. 1.3, а); ? двухвальные (один тип), где один вал газотурбинного двигателя и второй вал отдельной свободной турбины для привода электрогенератора (рис. 1.3,6); п двухвальные (второй тип), где два отдельных вала газотурбинного двигателя, а привод генератора осуществляется через трансмиссию от турбины или компрессора низкого давления (рис. 1.3, в); D трехвальные, где два вала газотурбинного двигателя и вал привода генератора от силовой турбины (рис. 1.3, г); четырехвальные, где три вала газотурбинного двигателя и вал при вода генератора от силовой турбины (рис. 1.3, д).
Рассмотрим конкретно данные ГТУ. На рис. 1.3, а,б представлены ГТУ, которые включают однокаскадный компрессор, камеру сгорания, турбину и свободную силовую турбину.
Для снижения частоты вращения привода генератора в трансмиссии может быть установлен редуктор. Основные разработчики этих ГТУ: отечественные предприятия — ОАО «Авиадвигатель», АО «НПО Сатурн»; зарубежные — фирмы Сименс и Альстом.
ОАО «Авиадвигатель» на базе авиационных двигателей Д-30 и ПС-90А разработали и изготавливают ряд серийных ГТУ мощностью: 2,5; 4; 6; 10; 12; 16 и 25МВт. Согласно референс-листа на 01.06.2007г. общее количество ГТУ находящих в эксплуатации составляет более 420 штук.
ОАО «НПО «Сатурн» на базе авиационных двигателей Д-30КП изготавливает ГТУ мощностью: 2,5; 4; 6; 8МВт, а совместно с ГП НГЖГ «Зо-ря»-«Машпроект» разработали и изготавливают ГТУ мощностью 110МВт в состав ПТУ. Кроме того, ряд ГТУ различной мощностью изготавливаются зарубежными фирмами Сименс, Альстом, которые представлены в [64].
Недостатком одновальных двигателей при высоких степенях сжатия является компрессор, который становится либо чрезмерно многоступенчатым, либо с очень малой высотой лопаток в части высокого давления и, следовательно, менее экономичными. При этом эти двигатели больше склонны к помпажу, т.к. высоконапорные компрессоры имеют более низкий уровень запаса устойчивой работы.
Двухкаскадный компрессор [12] - это высоконапорный компрессор, разделенный на два низконапорных последовательно работающих компрессора. Если каждый из каскадов двухкаскадного компрессора имеет степень повышения давления 3 - 4, то характеристики этих каскадов будут иметь вид, аналогичный виду характеристики низконапорного компрессора. В газогенераторах с двухкаскадными компрессорами при переходе на пониженные значения приведенных оборотов может меняться отношение окружных скоростей (чисел оборотов) каскадов высокого и низкого давления ивл / ит, называемое обычно скольжением роторов.
Влияние основных параметров процесса на КПД ГТУ
На основании анализа термодинамических циклов ГТУ произведенного в п. 2.1, рассмотрим влияние основных параметров рабочего процесса на тепловую эффективность ГТУ. При этом, как было сказано выше, отметим, что расчеты производились в условиях ISO 2314, в расчетных режимах работы ГТУ и постоянных КПД компрессоров и турбин. 1. Простые схемы ГТУ. 1.1 ГТУ с однокаскадным компрессором без свободной турбины. Применение простой ГТУ без свободной турбины может быть связано с получением более высокой температуры газа на выходе из ГТУ.
Достоинство такой ГТУ — ее хорошая приемистость. Недостатки — затрудняется согласование работы компрессора и турбины.
На рис. 2.5 и 2.6 представлены графики оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре пк 0„L И КПД ГТУ в зависимости от степени повышения температуры 0, т.е. диапазона температуры 950 - 1550К, при КПД компрессора гк = 0,84 и турбины газогенератора л.тг=0,92.
По своим свойствам эта ГТУ занимает промежуточное положение между ГТУ без свободной турбины и ГТУ со свободной турбиной. Для расчета этой ГТУ использовалось выражение КПД ГТУ с учетом баланса мощностей свободного вала (вал компрессора и турбины высокого давления) лэ = (1Т1Щ-1кнд)/срусл [6-1- (тгЛ -іУлк], (2.29) где LTm - работа турбины низкого давления; Ькш — работа компрессора низкого давления.
Расчет Lrm и LKHa производился согласно расчету двухвального газотурбинного двигателя с КПД: компрессора тк = 0,8; компрессоров низкого и высокого давления г\К1Ш = тіквд = 0,84; турбин низкого и высокого давления Г1тнд= Птвд:=0,92. где р - коэффициент распределения работ в компрессоре, в расчетах принят равным 0,4; LK — работа компрессора ГТУ.
На рис. 2.11 и 2.12 представлены расчетные графики КПД ГТУ в зависимости от основных параметров процесса: степени повышения давления воздуха в компрессоре 7ГК и степени повышения температуры 0.
Для использования ГТУ в составе ГТЭС, на рис. 2.13 представлен график температуры выхлопных газов Тс из ГТУ в зависимости от степени повышения температуры 0 и различных пк компрессора.
Следовательно, ГТУ на базе двухвального ГТД без свободной турбины со степенью повышения давления воздуха в компрессоре тск более 15 и степенью повышения температуры 0 более 5,03, т.е. температурой газов за камерой сгорания Тг 1450К, могут иметь КПД ГТУ более 35% и температуру на выходе Тс из ГТУ более 850К, что делает их востребованными в настоящее время для энергетики.
Однако в простых схемах ГТУ имеем ограничения по величине степени повышения давления воздуха в компрессоре пк и степени повышения температуры 0. Поэтому увеличение работы цикла ГТУ, а, следовательно, КПД ГТУ можно достичь в сложных схемах.
По своим свойствам эта ГТУ занимает промежуточное положение между ГТУ без свободной турбины и ГТУ со свободной турбиной. Для расчета этой ГТУ использовалось выражение КПД ГТУ с учетом баланса мощностей свободного вала (вал компрессора и турбины высокого давления) лэ = (1Т1Щ-1кнд)/срусл [6-1- (тгЛ -іУлк], (2.29) где LTm - работа турбины низкого давления; Ькш — работа компрессора низкого давления. Расчет Lrm и LKHa производился согласно расчету двухвального газотурбинного двигателя с КПД: компрессора тк = 0,8; компрессоров низкого и высокого давления г\К1Ш = тіквд = 0,84; турбин низкого и высокого давления Г1тнд= Птвд:=0,92. L РДО кнд (2.30) где р - коэффициент распределения работ в компрессоре, в расчетах принят равным 0,4; LK — работа компрессора ГТУ.
На рис. 2.11 и 2.12 представлены расчетные графики КПД ГТУ в зависимости от основных параметров процесса: степени повышения давления воздуха в компрессоре 7ГК и степени повышения температуры .
Разработка методики оценки тепловой эффективности гту в составе ГТЭС
Как известно, эффективность работы ГТЭС во многом определяется общим расходом топлива, который существенно влияет на технико-экономии-ческие показатели работы ГТЭС, а главное на себестоимость отпускаемой теплоты и электрической энергии.
Поэтому для достижения рентабельной работы ГТЭС внимание уделяется эффективности использования теплоты потребляемого топлива.
На основании такого подхода разработана методика оценки тепловой эффективности ГТУ, в которой рассчитываются вышеперечисленные в п. 3.1 технико-экономические показатели.
Преимущество предложенной методики в том, что при расчете КПД ГТУ и коэффициента Кит нет необходимости учитывать КПД компрессоров и турбин, точные значения которых могут дать только их разработчики.
Аналогично чл — корр. РАН Г.Г. Ольховскому [3], ГТУ рассматривается как термодинамическая система, для которой в соответствии с первым законом термодинамики сумма всех потоков энергии, пересекающих границы системы, должна равняться нулю.
При этом потери из-за утечек рабочего тела, механические потери (эквивалентная им теплота), потери теплоты через изоляцию конвекцией или излучением в окружающую среду не учитываются.
Расчет КПД ГТУ и коэффициента использования теплоты топлива Кт производится только в зависимости от коэффициента избытка воздуха а, который, как известно, задает режим работы ГТУ и определяется на стадии его проектирования и испытания [a = f (Вв и Вт), где Вв-действительный расход воздуха, Вт - общий расход топлива поступающего в камеру сгорания] и температур газов на выходе из ГТУ Тс и из котла-утилизатора Тд. Лэ= Лкс- [(1 + а0)сргТс -aZ0cpBTH]/gHp, (3.11) К„т= "Икс- [(1+ а0)срГТд-а0СрВТн]/ нр, (3.12) где Икс - коэффициент полноты сгорания топлива в камере сгорания СПкс = 0,98 - 0,99); LQ — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива; QHP - низшая теплотворная способность топлива; срг- из таблиц в [1,12]. В [8] представлены графические зависимости энтальпии продуктов сгорания природного газа в зависимости от температуры и коэффициента избытка воздуха а.
Например, для сргТс в диапазоне температур 0 - 600С при а = 1, после аппроксимации получим выражение срг Тс = 0, 2766 Тс [ккал/кг]. Аналогично можно рассчитывать энтальпию при других а и других температурах, аппроксимируя графические зависимости Н с =/(Тс, a = const). Диапазон а= 1 — 8.
Стехиометрическое мольное соотношение воздуха для сжигания природного газа /-,0=17,2 моль возд./моль прир. газа [32].
Коэффициент избытка воздуха а получают при тепловом расчете камеры сгорания, который обычно начинают с уточнения характеристик сжигаемого топлива. Определяют или принимают по справочным данным его низшую теплотворную способность QHP, теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива L0, а также количества: трехатомных газов Z,R02, водяных паров L № о азота L №, кислорода L 02. При этом теплофизические свойства газов уточняются по таблицам, после чего определяют значения параметра состава газов и молекулярной массы продуктов сгорания. Молекулярная масса воздуха ц.в= 28,97 кг/кмоль.
Если значение а = 1, то состав стехиометрический; при а 1 - избыток окислителя (воздуха), то смесь «бедная»; при а 1 - избыток топлива (газа), то смесь «богатая».
Пример расчета а приводится в [32]. В [32] предлагаются также следующие выражения для расчета ср: а) зависимость теплоемкости воздуха от температуры рекомендуется рассчитывать по следующей формуле: срв= 1,036772-3,038808 х 10 4Т + 7,494012 х Ю-7 Т2-3,417338 х 10 "10 Т3, [кДж /кг град], которая справедлива в диапазоне температур Т = 273 -1000К. Данная формула получена обобщением имеющихся опытных и теоретических данных по теплоемкости воздуха.
б) для теплоемкости газов, в результате обработок получено следую щее соотношение: Срг = (- 1,9967302 х 10 -8 / а - 5,2362808 х 10 8) Т 2 + (1,2388764 х 10 "4 / а + 2,7630444 х 10 4) Т + 0,0667197 / а + 0,9138913, [кДж /кг град].
Рекомендуется область использования по температуре (до 2500К) и коэффициенту избытка воздуха а = 1,7-7,0.
Отметим, что в расчете, предложенном, например, в [7] также предлагается учитывать переменность теплоемкости в зависимости от температуры, и одним из способов расчета процессов в ГТУ с учетом влияния температуры на теплоемкость является использование тепловых диаграмм.
В результате, путем нескольких приближений, сможем вычислить коэффициент избытка воздуха в камере сгорания а, но для этого необходимо знать состав топлива.
Построение тепловых диаграмм для различных газов и продуктов топлива приведено в [104], где продукты сгорания рассматриваются как смесь «чистых» продуктов сгорания, получающихся при сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха ех=1, и чистого воздуха.
После определения КПД ГТУ и К„т по выражениям (3.11) и (3.12), производится расчет двух других основных показателей тепловой эффективности - это удельных расходов топлива на отпуск электрической энергии Ьэ = Вэ / TVQT и теплоты Ьт = (Вт - Вэ) / Qm, которые преобразованы и записаны в относительных параметрах:
Влияние тепловой эффективности ГТУ на технико-экомические показатели ГТЭС
Как видим, аналогичная картина наблюдается для удельного расхода топлива отпуска теплоты Ьт. Увеличение КПД ГТУ приводит также к уменьшению Ьт. Однако, если относительный отпуск теплоты (Q0i/N0T) становится меньше, то происходит увеличение Ьт.
Аналогично Ьэ, рассмотрим Ьт для КПД ГТУ 34% на рис. 4.7.
Если уменьшение относительного отпуска теплоты происходит на 23,5%, то удельного расхода топлива на отпуск теплоты Ьт увеличивается на 33,3%.
Вместе с тем, для согласования расчетов Ьэ и Ьт произведенных автором диссертации, рассмотрим показатели удельных расходов топлива отпуска теплоты Ьт и электроэнергии Ьэ для ГТЭС с ГТУ НК— 37СТ мощностью 25МВт работающей на Казанской ТЭЦ - 1. Данные представлены филиалом ОАО «Татэнерго» - ОАО «Генерирующая компания». В таблице 4.2 представлены результаты расчетов удельных расходов топлива на отпуск теплоты и электроэнергии ГТЭС за второй квартал 2007 года.
Как видим, рассчитанные автором значения Ьт и Ьэ по данным значениям g, f, Qml N0T и гэ фактически совпадают с расчетами произведенными сотрудниками Казанской ТЭЦ - 1, и соответствуют значениям представленных на графических зависимостях.
На рис. 4.8 представлены графики удельных расходов топлива на отпуск теплоты Ьт и электроэнергии Ьэ в зависимости от КПД ГТУ при g = 0,6, /= 0,935 и 0T/vV0T=l,3.
На рис. 4.9 представлен график зависимости удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении Эт = гэ / (Кит - гэ) от КПД ГТУ при различных коэффициентах использования теплоты топлива Кит.
Анализ графика показывает, что при КПД ГТУ 40% удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении Эт может быть значительной. Для ГТУ с КПД ГТУ 34%, получаем Эт = 0,8. При этом Кит = 0,79. использования теплоты топлива К„т
К сведению, на рис. 4.10 и 4.11 представлены графики зависимости удельного расхода электроэнергии собственных нужд на выработанную электроэнергию Ьснэ и удельного расхода электроэнергии собственных нужд на отпуск теплоты Ьснт от отношения отпуска электроэнергии к вырабатываемой. По графикам видно, что чем меньше расход электроэнергии на собственные нужды, тем меньше Ьс„э и Ьснт.
После расчета тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС производится расчет эффективности инвестиционных вложений и экономической эффективности ГТЭС.
Эффективность инвестиционного проекта ГТЭС в течение срока жизни проекта характеризуется следующими основными показателями [103]: периодом окупаемости - РВ (год, мес); дисконтированным периодом окупаемости - DPB (год, мес); чистым дисконтированным (приведенным) доходом - NPV; внутренней нормой рентабельности - IRR (%); нормой рентабельности - RR.
Расчет показателей производится с помощью блока - программы компании «Альт - Инвест» в среде пакета «Microsoft Excel», для которой характерно следующее:
1. «Альт - Инвест» применяется для анализа инвестиционных проектов любого типа, независимо от отраслевой принадлежности, схемы финансирования, сроков и объемов инвестиций.
2. С помощью «Альт - Инвест» разрабатываются финансовые разделы технико-экономических обоснований и бизнес - планов, оценивается привлекательность инвестиционных идей, сравниваются альтернативные варианты реализации проектов, формируются схемы финансирования и другие условия инвестирования средств.
3. Методика расчетов, реализованная в «Альт - Инвест», соответствует рекомендациям ЮНИДО и других международных организаций. Оставаясь корректной с точки зрения международных стандартов, программа «Альт -Инвест» адаптирована в России системе налогообложения, учета и формирования финансовых результатов.
4. Реализации «Альт - Инвест» в «Microsoft Excel» позволяет изучить все расчетные формулы для вышеприведенных показателей, проследить логику формирования результатов из исходных данных, свободно ориентироваться в методике и расчетных таблицах.
