Повышение эффективности работы автономного источника тока на базе газотурбинной установки

Введение 4-9
Глава 1. ОБЗОР НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.1 Испарительное охлаждение воздуха при впрыске воды в проточную часть ГТУ 12-20
1.2 Анализ существующего оборудования ГТУ 21-23
1.3 Современные схемы работы ГТУ 23-25
1.4 Повышение эффективности работы ГТУ в теплый период года 25-26
1.4.1 Увеличение мощности ГТУ путем охлаждения
1.4.2 Преимущества и недостатки использования системы
охлаждения 26-28
1.5 Оптимизация работы современных ГТУ 28-29
1.5.1 Регенерация 28-29
Глава 2. РАЗРАБОТКА И МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЁТА ПРОЦЕССА ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ ГАЗОТРУБИННОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Расчеты процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора при впрыске в различных сечениях по тракту компрессора 30-31
2.1.1. Впрыск воды перед компрессором 31-34
2.1.2 Впрыск воды на входе в 3 ступень 34-37
2.1.3 Впрыск воды на вход в 6 ступень 37-38
2.1.4 Впрыск воды на вход в 8 ступень 39-40
2.1.5 Впрыск воды на вход в 10 ступень 40-41
2.1.6 Влияние температуры перед компрессором на процессы движения и
испарения воды в его проточной части 41
Глава 3. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВПРЫСКА ВОДЫ В ТРАКТ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГТ-009
3.1 Расчеты параметров работы компрессора и установки ГТ-009 с
впрыском воды 43-47
3.1.1 Анализ результатов расчетов параметров ГТУ при впрыске
воды 43-47
3.1.2 Впрыск воды за компрессором (перед регенератором) 47-48
3.2 Влияние впрыска воды на экологические параметры ГТ—009 48-50
3.3 Оценка эрозионной и вибрационной опасности для лопаток
компрессора установки ГТ-009 50-53
3.4 Определение требований к качеству впрыскиваемой воды в
компрессор 54-60
Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВПРЫСКА ВОДЫ В ПРОТОЧНУЮ ЧАСТЬ УСТАНОВКИ ГТ-009
4.1 Выбор оптимального режима работы установки Гт-009 с вводом воды в
проточную часть компрессора 61-66
Заключение 67
Список использованной литературы 68-71

Купить

В промышленной теплоэнергетике широко применяются энергетические ГТУ для выработки электроэнергии и тепла. Перспективным является использование теплоэнергетической надстройки в приводных ГТД простого термодинамического цикла, применяемых для магистральной транспортировки газа в составе ГПА. В некоторых случаях промышленных ГТУ служат источником сжатого воздуха, используемого в технологических целях.
В настоящее время производственный потенциал электроэнергетики России включает в себя более 700 электростанций общей мощностью свыше 215 млн. кВт. Из них почти 70% - тепловые конденсационные энергоблоки и ТЭЦ с 2,5 млн. км линий электропередачи всех классов назначения. При этом значительное число станций работает в критическом, предаварийном режиме, т.е. в зоне критического риска. Приведенные в специальной литературе данные свидетельствуют о том, что 40% основного генерирующего оборудования отрасли уже выработало свой ресурс, а в первой половине текущего века уровень предельной нормативной выработки будет составлять 70% установленных мощностей.
В новых экономических условиях, когда невозможно использовать централизованные средства для восстановления уже отработавших свой ресурс и требующих замены генерирующих мощностей, ориентация на традиционное централизованное теплоэнергоснабжение от крупных источников становится проблематичной. Такие источники не обеспечивают расчетной экономии топлива и общей эффективности. Это связано с большими потерями тепла при транспортировке горячей воды на большие расстояния (20.. .25%) и высокой стоимости протяженных ЛЭП. В связи с этим наметилась тенденция на строительство децентрализованных (локальных) комбинированных источников электро- и теплоснабжения с использованием энергетических ГТУ.
Проблема морального и физического старения парка приводных ГТУ достаточно актуальна и в газовой промышленности. По данным РАО «Газпром» здесь примерно 11% мощностей имеет наработку более 100 тыс. часов, 49% — в пределах 50 тыс. часов. Около 9% добываемого газа расходится на привод компрессоров.
Реконструкция энергоблоков, тепловых и газовых станций должна осуществляться так, чтобы мощность вводимого нового газотурбинного оборудования и отдельных узлов находились на современном уровне, а само оборудование было произведено с помощью новых технических решений и технологий.
Реализация этой программы связана и с конверсией авиационных двигателей для применения их в стационарных ГТУ. Такие ГТУ имеют КПД цикла около 38...40%, а общий КПД при теплофикационном режиме достигает 90%, что значительно превышает эффективность паротурбинных установок. Учитывая эти показатели, а также возможность массового производства ГТЭС на предприятиях России, применение газотурбинных технологий можно считать оптимальным вариантом для решения ряда проблем.
Следует отметить, что указанные выше проблемы, связанные с применением ГТУ в теплоэнергетике, промышленности и транспорте газа, являются актуальными и для западных технологий. При этом ставятся задачи улучшения эксплуатационных характеристик и надежности ГТД во всем диапазоне рабочих режимов.
Эксплуатационные характеристики ГТД определяются его КПД, ресурсом и надежностью, а также экологическими показателями. В тепловой машине простого цикла, КПД связан как с термодинамическим совершенством (большие значения лк и Тг)5 так и с аэродинамическим совершенствованием основных узлов двигателя, в частности, компрессора.
Задача ставится так, каким образом повысить эффективность узлов двигателя, в частности, компрессора, не изменяя геометрии лопаточной части. То есть для стационарной машины, которая находится в эксплуатации и для конверсируемого авиационного двигателя необходимо с минимальными затратами и переделками отдельных деталей повысить эффективность узлов. Кроме того при температуре окружающей среды больше 15°С на всех машинах идет срезка по мощности, в той или иной степени. Одним из средств уменьшения падения мощности является захолаживание потока воздуха на входе с помощью тумана или впрыска воды на вход в двигатель.
Решение такой задачи является важным этапом для перехода к обслуживанию газотурбинного и теплоэнергетического оборудования и его ремонту при непрерывном мониторинге эксплуатационных параметров. Для достижения этого необходимо использовать алгоритмы комплексного анализа агрегата, включая и работу компрессора на частичных режимах в стационарном и переходном процессах.
Поскольку в последнее время в промышленности и энергетике осевые компрессоры находят достаточно широкое самостоятельное применение (вместо центробежных машин), то приведенные выше вопросы являются актуальными и в данной отрасли.
Бесспорным является тот факт, что создание и внедрение в практику более точных методов расчета компрессоров требует проведения многочисленных теоретических и экспериментальных исследований трехмерного течения на режимах во всем диапазоне работы двигателя.
В настоящее время благодаря применению специальной измерительной аппаратуры накоплен достаточно обширный экспериментальный материал, связанный с пространственным пограничным слоем (течение потока вдоль корпуса статора и в радиальных зазорах над рабочими колесами). При этом результаты физических измерений могут быть использованы как при анализе сложных течений, так и при задании граничных условий и замыкающих соотношений в расчетных схемах.
Несмотря на достигнутые успехи в понимании явления формирования профильного и торцевого пограничных слоев, существующие трехмерные схемы расчета поля параметров в осевых компрессорах (прямая задача) еще не достаточно совершенны в смысле, как адекватности, так и значительного машинного времени счета. Поэтому с развитием и применением сложных методов проектирования компрессоров следует использовать и двухмерные (квазитрехмерные) методы расчета.
Проблемы, отмеченные выше, а также постоянный интерес предприятий, занимающихся разработкой и эксплуатацией газотурбинной техники, к вопросу улучшения характеристик ГТД на расчетных и переходных режимах, представляет собой важную актуальную задачу.
Актуальность избранной темы. На современном этапе развития энергетики все большее внимание уделяется внедрению
энергосберегающих технологий, повышению эффективности преобразования содержащейся в топливе энергии в электричество и тепло. В связи с глобальным потеплением, а так же с целью более полного использования топливных ресурсов, требуется дальнейшее повышение эффективности работы электростанций. Совершенствование тепловых двигателей идет по пути увеличения КПД и коэффициента использования тепла топлива. В последние годы во многих странах мирах все более широкое применение получают газотурбинные установки (ГТУ) малой, средней и большой мощности.
Охлаждение поступающего воздуха увеличивает его плотность и, следовательно, повышает мощность и эффективность газотурбинной установки.
В данной работе рассмотрены режимы работы ГТУ при впрыске воды в рабочую среду, что повышает полезную мощность газовой турбины с регенерацией, при этом КПД цикла увеличивается. Таким образом, предложенная тема диссертации является актуальной.
Целью работы является получение простых и эффективных методов улучшения параметров ГТД (повышение КПД, мощности и снижение вредных выбросов) на всех стадиях его существования.
При этом поставлены следующие основные задачи:
1. Обосновать научный подход для разработки метода расчета осевого компрессора на основных режимах его работы.
2. Рассчитать эксплуатационные характеристики серийного двигателя с помощью математической модели ГТД в целях исследования влияния впрыска воды в различных сечениях вдоль тракта компрессора.
Теоретическая значимость - разработана и апробирована методика и программа, которая является программой расчетов процессов движения и испарения воды в проточной части компрессора, процессов распада впрыскиваемой воды на отдельные капли, их движения и испарения в потоке воздуха. Уточнены соотношения для определения углов отставания потока в решётках профилей, разработана программа оптимизации компрессорных решёток на критических режимах, отработана программа двухмерного расчета компрессора с учетом особенностей формирования торцевого пограничного слоя, течения потока в радиальных зазорах, в том числе при наличии надроторных устройств на основных режимах работы.
Практическая ценность заключается в том, что на базе проведенных расчетов и полученных рекомендаций была выпущена конструкторская документация, изготовлена материальная часть и проведен эксперимент по впрыску воды в двигатель ГТ-009. В результате эксперимента были подтверждены параметры установки, полученные расчетными методами. С помощью разработанных методик проведены расчетные исследования возможности увеличения КПД. Получен положительный эффект для последних трех ступеней двухкаскадного компрессора (~0,64%). В результате эксперимента был подтвержден расчётный эффект.
Программа определения оптимальной схемы впрыска воды в газотурбинную установку, разработанная на основе программы расчета
течения впрыскиваемой воды, распада на отдельные капли, движения капель и их испарения в потоке воздуха. Инженерная методика, разработанная и апробированная на основе выполненных экспериментальных исследований и проведенного численного эксперимента, оценки эффективности применения надроторных устройств с целью оптимизации течения в радиальном зазоре и увеличения эффективности впрыска воды в выходных ступенях компрессора.
Объем диссертации и ее структура. Диссертация состоит из введения, перечня основных сокращений и обозначений, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 66 листах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 40 рисунков. Общий объем диссертации составляет 70 листов формата А 4.
Купить