Анализ эффективности промежуточного перегрева пара в котле-утилизаторе ГТ-надстройки теплофикационного энергоблока

Abstract

Актуальность. Модернизация существующего теплоэнергетического оборудования является одним из приоритетных направлений развития энергетики. Внедрение газотурбинной установки в тепловую схему паросилового энергоблока с сохранением инфраструктуры станции может быть менее затратным вариантом по сравнению с сооружением новых энергоблоков парогазовых установок. Одним из малозатратных вариантов интеграции газотурбинных установок в тепловую схему паротурбинных энергоблоков является использование тепловой мощности котла-утилизатора для промежуточного перегрева отработавшего в паровой турбине рабочего тела с утилизацией оставшейся теплоты для нагрева питательной воды и основного конденсата. По сравнению с наиболее распространенными схемами с вытеснением регенерации в котел-утилизатор предложенный альтернативный вариант позволяет повысить тепловую экономичность паротурбинного контура. Такая схема уступает в тепловой экономичности схеме с параллельной генерацией пара в котле-утилизаторе, однако не требует испарительного контура, что упрощает проектирование котла-утилизатора. Проведенный анализ энергетических характеристик газотурбинных установок показал необходимость исследования схемы и параметров промежуточного перегрева для теплофикационных энергоблоков с учетом режимов работы паровой турбины. Объект: паротурбинный энергоблок Т-165/210-130 с газотурбинной надстройкой (ГТ-надстройкой) для промежуточного перегрева отработавшего в паровой турбине рабочего тела с утилизацией оставшейся теплоты для нагрева питательной воды и основного конденсата. Цель: выбор схемы и расчет оптимальных параметров промежуточного перегрева применительно к паротурбинному энергоблоку Т-165/210-130 с ГТ-надстройкой, анализ его основных показателей при работе по тепловому графику при изменении температуры промежуточного перегрева в котле-утилизаторе. Методы: системный анализ и математическое моделирование. Результаты. Разработана математическая модель и программа расчета предложенной схемы. Выполнен анализ особенностей, связанных с организацией промежуточного перегрева в котле-утилизаторе ГТ-надстройки. Показано, что эффективность работы теплофикационного энергоблока с промежуточным перегревом может быть повышена путем организации промежуточного перегрева в котле-утилизаторе ГТ-надстройки. Определено, что в этом случае наивысшая экономичность паротурбинного энергоблока с ГТ-надстройкой при работе в расчетном теплофикационном режиме достигается при температуре промежуточного перегрева ниже номинального значения.

Relevance. Redeveloping of the existing heat-power equipments is one of the priority areas of power generation development. Adoption of gas turbine unit to the thermal scheme of steam-power energy unit with the preservation of power plant infrastructure is a less costly variant comparing with the construction of new combined cycle power plants energy units. One of the low-cost variant for the integration of gas turbine units into the thermal scheme of steam-turbine energy units is to use the heat recovery steam generator thermal capacity for reheating the working fluid spent in the steam turbine with utilization of the remaining heat for feed water and main condensate heating. Compared with the most common schemes with displacement of regenerative heating to heat recovery steam generator, the proposed alternative variant allows increasing the thermal efficiency of the steam-turbine circuit. The analysis of gas turbine units energy characteristics showed the need to research the scheme and parameters of the steam reheating for heat-extraction energy units taking into account the operating modes of steam turbine. Object: steam-turbine energy unit T-165/210-130 with gas turbine topping (GT-topping) for reheating of the working fluid spent in the steam turbine with utilization of the remaining heat for feed water and main condensate heating. The aim of the research is to select scheme and calculate the optimal parameters of steam reheating as applied to the steam-turbine energy unit T-165/210-130 with GT-topping, analyze its main performances during the work on the heat schedule when steam reheating temperature changes in heat recovery steam generator. Methods: system analysis and mathematical modeling. Results. The authors have developed the mathematical model and program for calculating the proposed scheme and performed the features analysis associated with the organization of steam reheating in GT-topping heat recovery steam generator. Furthermore, we showed that the efficiency of heat-extraction energy unit with steam reheating can be increased by organizing steam reheating in GTtopping heat recovery steam generator. In addition, we determined that in this case, the highest efficiency of a steam-turbine energy unit with GT-topping during operation in the design heat-extraction mode is achieved, when steam reheating temperature is below the nominal value.