Введение к работе
з
Актуальность работы. Строительство ПТУ, использующих природный газ, стало преобладающей тенденцией в развитии мировой и отечественной теплоэнергетики благодаря их замечательным свойствам: высокой экономичности, достигающей 60%, хорошим экологическим показателям, быстрым вводами в эксплуатацию, умеренным капитальным затратам.
В России более 60% ТЭС и ТЭЦ используют природный газ в качестве основного топлива. Поэтому имеются все возможности для коренной модернизации всей теплоэнергетики путем строительства ПТУ. К сожалению, в силу исторических причин, газотурбостроение России существенно отстает от зарубежного, поэтому сегодня и в ближайшей перспективе сооружение новых ПТУ будет базироваться на использовании ГТУ, производимых в России по лицензиям или по закупкам за рубежом. Однако паросиловая часть ПТУ (котел-утилизатор и ПТУ), которая обеспечивает 1/3 мощности ПТУ, может быть, как показывает опыт строительства Краснодарской ТЭЦ, создана отечественным энергомашиностроением с качеством, не хуже зарубежного, а может быть и более совершенного.
Температура выхлопных газов современных ГТУ достигла 625 С, и это создает предпосылки для использования более экономичного паросилового цикла.
Создание оптимальных ПТУ, паросиловое оборудование которых проектируется и изготавливается котельными и турбинными заводами, при существующих условиях требует многократного согласования параметров котла-утилизатора (КУ) и паровой турбины (ПТ). Такие же согласования требуются на этапе технико-экономического обоснования строительства новых ПТУ. Проведение необходимых многовариантных расчетов немыслимо без использования вычислительной техники. При этом программа должна выполнять расчет КУ и паротурбинной установки (ПТУ), позволяющий получить все необходимые параметры: тепловую диаграмму КУ и тепловые
4 мощности его поверхностей, параметры и мощности цилиндров ПТ, параметры в характерных точках тепловой схемы, определяющих надежность (в точках смешения и за паровой турбиной). Проведение многовариантных расчетов позволяет быстро вносить коррективы в получаемые результаты и получать исходные данные для котельных и турбинных заводов для окончательной разработки оборудования.
Решению обозначенных проблем и посвящена настоящая работа.
Объект исследования. Объектом исследования в данной работе является ПТУ с ГТУ GT26 фирмы Alstom Power. Выхлопные газы этой ГТУ имеют температуру 614 С, что позволяет рассматривать случай повышения температуры перед ПТ до 600 С.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:
выполнение обзора и анализа литературных данных и обоснование целесообразности решения поставленной задачи;
разработка методологии конструкционного расчета тепловых схем трехконтурных ПТУ с промежуточным перегревом пара (111111) и ее конкретной реализации для ПТУ с вакуумным деаэратором;
создание современной вычислительной программы расчета тепловой схемы ПТУ в среде Delphi;
проведение численного эксперимента по исследованию влияния параметров паросилового цикла на экономические показатели и надежность.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать состояние освоения ПТУ установок в России и оценить возможность создания ПТУ с отечественным оборудованием.
создать методологию расчета, позволяющую выполнить расчёт тепловой схемы трехконтурной ПТУ с 111111 для любого варианта исходных данных на примере тепловой схемы ПТУ фирмы Alstom с ГТУ GT26;
создать программу расчета тепловой схемы трехконтурной ПГУ с 111111, позволяющую выполнить расчеты тепловых мощностей поверхности нагрева КУ, поступенчатый расчет ПТ и в итоге определить экономические показатели ПГУ в целом и ее отдельных элементов.
с помощью созданной программы расчета проанализировать влияние параметров паросилового цикла на показатели ПТУ и ПГУ в целом.
Методы исследований и достоверность полученных результатов. При выполнении работы широко использовались общепризнанные и отработанные методы проведения исследования.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась
многочисленными методическими расчетами и контролем правильности и точности расчетов; использованием в методике расчетов проверенных практикой математических зависимостей и алгоритмов, которые апробированы на отдельных задачах, встречающихся в области парогазовых установок.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
разработана методика «сквозного» расчета трехконтурной ПГУ с 111111, позволяющая по известным параметрам выхлопных газов ГТУ и сформулированным допущениям получить: параметры газов, пара и воды по всему тракту КУ; тепловые мощности всех теплообменных поверхностей КУ; процесс расширения пара в ПТ, КПД и внутренние мощности ее цилиндров; конструктивный облик ПТ; основные экономические показатели КУ, ПСУ, ПТУ и всей ПГУ в целом;
разработана эффективная программа расчета утилизационных ПГУ с 111111, позволяющая оптимизировать ее параметры и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ;
проанализировано влияние параметров пара высокого давления, промежуточного перегрева, совместного увеличения температур пара перед ЦВД и ЦСД, параметров пара низкого давления на экономические показатели ПТУ и ПГУ.
Практическая ценность и реализация результатов
Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение. С помощью разработанного метода расчета можно рассчитать любой вариант трехконтурной утилизационной ПТУ с 111111, определив при этом технико-экономические показатели КУ, ПТ, ПСУ и ПТУ. Программа, написанная по данной методике, позволяет оптимизировать параметры рассматриваемой ПТУ и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ.
Личный вклад автора заключается в:
выполнении обзора и анализа литературных данных и обосновании целесообразности решения поставленной задачи;
разработке методологии конструкционного расчета тепловых схем трехконтурных ПТУ с 111111 и ее конкретной реализации для ПТУ с вакуумным деаэратором;
создании современной вычислительной программы расчета тепловой схемы ПТУ в среде Delphi;
проведении численного эксперимента по исследованию влияния параметров паросилового цикла на экономические показатели и надежность.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на:
18-ая международная научно-техническая конференция "Информационные средства и технологии". - М.: МЭИ, 19-21 октября 2010 года;
17-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". -М.: МЭИ, 24 - 25 февраля 2011 г.;
18-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". -М.: МЭИ, 1 - 2 марта 2012 г.;
заседании кафедры Паровых и газовых турбин НИУМЭИ. - М.: НИУМЭИ, 27 марта 2012 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы было опубликовано 2 научных статьи и 1 учебное пособие по курсу «Парогазовые установки электростанций» для студентов, обучающихся по специальности «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели». Еще одна научная статья принята к печати и будет опубликована в журнале «Теплоэнергетика» №9, 2012 г.
Автор защищает:
созданную методику «сквозного» расчета трехконтурной ПТУ с 111111, позволяющая по известным параметрам выхлопных газов ГТУ и сформулированным допущениям получить: параметры газов, пара и воды по всему тракту КУ; тепловые мощности всех теплообменных поверхностей КУ; процесс расширения пара в турбине, КПД и внутренние мощности цилиндров ПТ; конструктивный облик ПТ; основные экономические показатели КУ, ПСУ, ПТУ и всей ПТУ;
разработанную программу расчета утилизационных ПТУ с 111111, позволяющую оптимизировать ее параметры и выдавать обоснованные задания котельным и турбинным заводам для окончательного проектирования КУ и ПТУ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка используемой литературы, включающего 80 наименования. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, иллюстрируется 66 рисунками на 62 страницах, список литературы изложен на 8 страницах, в тексте приведено 10 таблиц.
