Размещено на http://www.allbest.ru/

Возможная схема использования утилизатора газотурбинной установки

В настоящее время утилизаторы ГТУ утилизируют теплоту уходящих газов ГПА, как правило, для нагрева теплофикационной воды, т е. в отопительный период. В межотопительный период утилизаторы приходится отключать. И в зимний период они используются далеко не в объеме установленной мощности.

В целях снижения расхода газа, целесообразно уделить внимание реализации предложений, позволяющих использовать утилизаторы в течение всего года с максимально возможной нагрузкой, и предложениям, повышающим коэффициент регенерации ГТУ.

Если, по конструктивным соображениям, нагрев воздуха или газа невозможен, можно ограничиться нагревом одного из них.

Одним из предложений, направленных на возможность использования утилизатора ГТУ в неотопительный период, является использование его для выработки пара, которым можно заменить часть компрессорного воздуха ГТУ, идущего в рубашку камеры сгорания. Это позволит:

¦ сократить расход энергии на компрессорный воздух;

¦ улучшить характеристики продуктов сгорания, как рабочего тела;

¦ повысить мощность или экономичность ГТУ

Положительный опыт работы газовых турбин с подачей пара в камеру сгорания имеется и в нашей стране, и за рубежом.

Описание проекта

Предлагаемая принципиальная схема ГТУ с возможной утилизацией тепла выхлопных газов в неотопительный период показана на рис. 1.

газотурбинный утилизатор сепараторный выхлопной

Новым элементом, по отношению к типовой схеме, является расширитель-сепаратор, в котором из перегретой в утилизаторе воды образуется пар, который подается в рубашку охлаждения камеры сгорания турбины, а вода циркуляционным насосом в смеси с подпиточной водой возвращается в утилизатор.

Давление воды в утилизаторе турбины 1 насосом 2 поддерживается больше давления пароводяной смеси в сепараторе пара 3. Вода в утилизаторе нагревается выше температуры насыщения при давлении в сепараторе. Давление в сепараторе с помощью дросселирующего органа поддерживается на уровне, обеспечивающем подачу пара из расширителя в рубашку камеры сгорания турбины 4. В сепараторе происходит вскипание перегретой воды. Пар поступает в турбину, а вода возвращается в утилизатор насосом 5. В отопительный сезон насосом 6 вода подается в отопительную сеть (на схеме это показано условно без соответствующего теплообменника сетевой воды), откуда после охлаждения в системах отопления возвращается в утилизатор. Для обеспечения работы насосов 5 и 6 температура воды перед ними снижается за счет подмешивания химочищенной воды.

Экономический эффект

Расчет экономического эффекта на примере утилизатора RR-EN6, ЛПУ 24 Сеченово. ГПА имеет 3 утилизатора, по 3 Гкал/ч каждый. Эксплуатационная тепловая мощность утилизаторов ГПА принята 6 Гкал/ч. Давление воды в утилизаторе 13 кг/см². Сколько из этой мощности можно будет использовать в ГПА без проведения специальных исследований установить невозможно, но ясно одно, что любая возможность использования части тепла выхлопных газов в течение всего года будет выгодна, если это можно реализовать без больших капитальных затрат.

Принимаем, что давление воды в утилизаторе 13 кг/см². При таком давлении вода, как в экономайзере кипящего типа, может быть нагрета до температуры кипения t_в=195 ^ОС и, по условию равномерного распределения воды по параллельно включенным трубкам, паросодержание в воде утилизатора допустимо до 10%.

В расширителе принимаем давление 10 кг/см². Теплосодержание сухого насыщенного пара на выходе из сепаратора i_п=663 ккал/кг Теплосодержание воды на выходе из сепаратора i_вс=183 ккал/кг.

При этом режиме нагрева теплосодержание кипящей воды на выходе из утилизатора i_у=242,1 ккал/кг.

Расход воды через утилизатор G_в=6000000/(242,1-183)/3600=28,2 кг/с.

Расход пара из сепаратора

G_п=6000000/663/3600=2,5 кг/с.

Тепловая энергия, вводимая в турбину с паром, позволяет, при прочих равных условиях, снизить расход газа на величину, эквивалентную тепловой энергии, вносимой в турбину с газом.

Для получения в камере сгорания турбины тепловой энергии в количестве 6 Гкал/ч, газа потребовалось бы, как минимум В=6/0,008/0,99=756 м³/ч или 0,21 м³/с, где 0,008 - теплота сгорания газа, Гкал/м³; 0,99 - КПД камеры сгорания.

Стоимость газа (при цене 1 руб./м³), который может быть заменен паром утилизатора за летний период 3600*756*1=2,722 млн руб., где 3600 ч - продолжительность межотопительного периода.

Для перекачки воды по контуру утилизатор - расширитель, затраты на электрическую энергию за летний период при цене 2 руб./кВтч: 40*3600*2=288 тыс. руб.

Затраты на воду. Расход воды в описанном выше примере порядка 3 м³/ч. В летний период (3600 ч) расход безвозвратно истраченной воды составит 10800 м³. Стоимость этой воды при цене 5 руб./м³ составит 54 тыс. руб. Затраты на покупку расширителя и монтажные работы не более 700 тыс. руб.

Дополнительный экономический эффект от использования утилизатора в качестве генератора пара для работы турбины на паро-газовой смеси, кроме нагрева воды для отопления, 2,7-0,3=2,4 млн руб. в год.

Срок окупаемости капитальных затрат: 1/2,4 =0,4 года, т.е. в течение летнего сезона.

Предложение

Другой вариант использования утилизатора, с той же целью работы его в течение всего года, состоит в том, что при отсутствии расширителя в рубашку камеры сгорания впрыскивается перегретая вода, полученная в утилизаторе.

Теплоутилизатор ГПА используется для получения горячей воды под давлением, значительно превышающим давление в камере сгорания турбины. Это также позволит использовать теплоутилизатор в неотопительный сезон. Принципиальная схема такой утилизации тепла выхлопных газов показана на рис. 2.

В сепараторе выделяется змеевик, рассчитанный на высокое давление воды (до 50 атм и выше), расположенный первым по ходу газов. Вода в него подается специальным высоконапорным малорасходным насосом. После ТУ перегретая вода впрыскивается в рубашку камеры сгорания и, испарившись, совершает работу в газовой турбине.

В отопительный период утилизатор работает как для нужд отопления, так и для генерации впрыскиваемой в ГТУ перегретой воды.

Преимущество без сепараторной схемы по сравнению с использованием сепаратора пара в простоте реализации и меньших капитальных затратах. Недостаток в необходимости более сложной системы регулирования и защиты турбины в аварийном режиме.

Размещено на Allbest.ru