На современном этапе развития энергетики все большее внимание уделяется внедрению альтернативных и повышению эффективности традиционных технологий получения электрической и тепловой энергии, в том числе, при помощи газотурбинных установок (ГТУ). Отдельно отметим, что постоянно ведутся разработки по снижению вредного воздействия на окружающую среду отработавших газов тепловых электростанций, а именно снижения эмиссии окислов азота и углерода. Часто для таких целей используют достаточно сложные системы регулирования расхода воздуха и расхода топлива. Например, у фирмы General Electric эта система называется DLE (Dry Low Emission) [1], а у фирмы Solar Turbines она называется SoLoNox [2].
Более существенные результаты дает впрыск воды или пара непосредственно в камеру сгорания ГТУ. Этот принцип принят при разработке схемы ГПТУ с газотурбинной установкой ГТУ-160, которая построена на концепции ГТУ фирмы Siemens модели V.94.2 [3]. Помимо экологического впрыска пара, который составляет 5 % расхода пара от расхода воздуха в компрессоре, предлагается производить и энергетический впрыск, который составляет 14 % расхода пара от расхода воздуха в компрессоре.
Предполагаемый подход реализован в схеме работы ГТУ с впрыском пара в камеру сгорания, на которую получен патент на изобретение [4]. Рассмотрим схему газопаровой установки, представленную на рис. 1.
Рис. 1. Способ работы газопаровой установки
Установка состоит из двух независимых двигателей, которые включают потребителей мощности 1 и 2, компрессоры 3 и 4, котел – утилизатор 5, камеры сгорания 6 и 7, газопаровую турбины 8, два сетевых подогревателя 9 и 10, газовую турбину 11, трехступенчатый пароструйный эжектор 12, деаэратор 13 и конденсатоочистное устройство 14.
Результаты исследования, характеризующие влияние экологического и энергетического впрыска на технико-экономические показатели работы ГТУ-160 в составе ГПТУ представлены на рис. 2 – рис. 4.
Рис. 2. Зависимость расхода топлива от доли впрыскиваемого пара
Рис. 3. Зависимость мощности ГТУ от доли впрыскиваемого пара
Анализ результатов указывает на значительное влияние экологического впрыска пара в камеру сгорания ГТУ на ее характеристики. Так, диапазон роста электрической мощности на силовом валу модернизированной газовой турбины составил от 161 до 169 МВт (большее значение соответствует 5 % впрыску пара). В аналогичных климатических условиях без впрыска пара мощность этой ГТУ была на уровне 158 МВт. Возрос также и КПД ГПУ на различных режимах работы, на максимальной мощности с впрыском пара он достигает 42 % против 35% без впрыска.
Рис. 4. Зависимость коэффициента полезного действия от доли впрыскиваемого пара
Из результатов расчетов выявлено, что на 1 %, вводимого в камеру сгорания пара, мощность ГПТУ увеличивается на 2 МВт, расход топлива уменьшается в среднем на 0,25 кг/с, КПД установки возрастает на 1,0 – 1,5 %, что подтверждает эффективность использования данного режимно-технологического мероприятия для улучшения характеристик ГПТУ.
Впрыск пара в зону горения камеры сгорания ГТУ-160 за счет регулирования температуры сжигания топлива позволяет снизить содержание оксидов азота в отработавших газах. Оценки показывают, что 5 % впрыск влаги в камеру сгорания ГТУ позволяет снизить выбросы оксидов азота на 11,8 %.
Библиографический список
- Газовая турбина GE LM6000. [Электронный ресурс]. / https://dmenergy.ru/ge-lm6000 // Дата обращения: 03.05.17г.
- Системы газотурбинного оборудования. Каталог Solar Turbines. 2011. – 12 с.
- ПГУ на Кировской ТЭЦ-3 выработала 3 миллиарда кВт·ч. [Электронный ресурс]. 2016./ http://kirovnet.ru/news/2016/08/02/pgu-na-kirovskoy-tec-3-vyirabotala-3-milliarda-kvtch // Дата обращения: 27.04.17г.
- Благочиннов А.В., Грига А. Д., Иваницкий М. С. Патент на изобретение «Способ работы газопаровой установки» пат. RU: № 2561354 МПК F 02C6/00 // № 2013132511/06; 12.07.13. Опубл. 27.08.15.