Влияние температуры впрыска пара в камеру сгорания газопаровой установки на ее энергетические характеристики

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования тепловых схем и оптимизацией параметров газопаровых установок с целью сокращения потребления при выработке электроэнергии такого энергоресурса, как природный газ, что также позволит сократить количество вредных выбросов в окружающую среду. Цель: проведение по разработанной методике разностороннего параметрического анализа с выбором оптимальных параметров режимов работы предложенной тепловой схемы газопаровой установки для повышения ее энергоэффективности. Объекты: газопаровые установки с отпуском электроэнергии на основе газовых турбин с впрыском пара в камеру сгорания. Методы: численные методы исследования на основе материальных и энергетических балансов систем, а также элементов газопаровых установок. Результаты. На основе расчета тепловой схемы газопаровой установки с выработкой электроэнергии проведено сравнение влияния на ее энергетические характеристики постоянной и переменной температуры впрыска пара в камеру сгорания газотурбинной установки. Определено, что температура впрыскиваемого пара в камеру сгорания существенно влияет на диапазон изменения параметров газопаровой установки. Повышение степени сжатия в компрессоре и температуры газов на выходе камеры сгорания приводит к уменьшению диапазона изменения параметров по сравнению с работой газопаровой установки с постоянной температурой впрыскиваемого пара в камеру сгорания. При этом диапазон изменения температуры впрыскиваемого пара c ростом степени сжатия в компрессоре и температуры газов на выходе камеры сгорания существенно уменьшается. Установлено, что увеличение температуры впрыскиваемого пара по сравнению с его постоянной температурой при одинаковой температуре газов на выходе камеры сгорания и минимальной степени сжатия в компрессоре для этой температуры повышает электрический КПД нетто от 1 % при температуре газов 1600 °С до 3 % при температуре газов 1100 °С.

The relevance the work is caused by the need to improve thermal schemes and optimization of the parameters of gas-steam plants for reducing the consumption of such an energy resource as natural gas in electricity generation, which will also reduce the amount of harmful emissions into the environment. Purpose: to carry out, according to the developed methodology, a versatile parametric analysis with the choice of the optimal parameters of the operating modes of the proposed thermal schemes of gas-steam plants to improve their energy efficiency. Objects: gas-steam plants with the release of electricity based on gas turbines with steam injection into the combustion chamber. Methods: numerical methods of research based on material and energy balances of systems, as well as elements of gas-steam plants. Results. Based on the calculation of the thermal scheme of a gas-steam plant with electricity generation, the authors compared the effect on its energy characteristics of a constant and variable temperature of steam injection into the combustion chamber of a gas turbine plant. It was determined that the temperature of the injected steam into the combustion chamber significantly affects the range of parameters of the gas-steam plant. Increasing the compression ratio in the compressor and the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber lead to decrease in the range of parameters in comparison with the operation of a gas-steam plant with a constant temperature of the injected steam into the combustion chamber. In this case, the range of change in the temperature of the injected vapor with an increase in the degree of compression in the compressor and the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber is significantly reduced. It was established that the growth in the temperature of the injected steam compared to its constant temperature at the same gas temperature at the outlet of the combustion chamber and the minimum compression ratio in the compressor for this temperature increases the net electrical efficiency from 1 % at gas temperature of 1600 °С to 3 % at gas temperature of 1100 °C.