Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения
Представлено направление применения гибких когенерационных технологий, в частности, в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения, позволяющее получить регулируемые и более высокие теплотехнические характеристики при переменных режимах работы энергетической установки. Подано нап...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61330 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения / В.Т. Матвеенко, В.А. Очеретяный // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 97-101. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860075790834597888 |
|---|---|
| author | Матвеенко, В.Т. Очеретяный, В.А. |
| author_facet | Матвеенко, В.Т. Очеретяный, В.А. |
| citation_txt | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения / В.Т. Матвеенко, В.А. Очеретяный // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 97-101. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлено направление применения гибких когенерационных технологий, в частности, в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения, позволяющее получить регулируемые и более высокие теплотехнические характеристики при переменных режимах работы энергетической установки.
Подано напрямок застосування гнучких когенераційних технологій, зокрема, у газотурбінній установці складного циклу з турбіною перерозширення, що дозволяє одержати регульовані і більш високі теплотехнічні характеристики при змінних режимах роботи енергетичної установки.
The direction of application flexible cogenerative technologies, in particular, in gas-turbine plant of the complicated cycle with the turbine of the overexpansion, allowing to receive adjustable and higher heat technical performances at variable modes of power plant operations is submitted.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:13:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
Применение когенерационных технологий
для обеспечения энергией обособленных объек;
тов промышленности, транспорта и коммуналь;
ного хозяйства возможно при децентрализации
генерирующих мощностей. При этом тепловая и
конструктивная схема когенерационной уста;
новки должна быть приспособлена к поставке
переменного объема энергии (электрической и
тепловой) для разных потребителей.
Так как когенерационные энергоустановки,
обеспечивающие энергией обособленные объек;
ты, работают при переменных режимах не только
в пределах сезона, но и в течение суток, выбор
оптимальной схемы установки, а также и двига;
теля для работы ее на частичных нагрузках явля;
ется важным конструктивным и эксплуатацион;
ным фактором.
Для достижения гибкости в объемах поставки
энергии и высокой тепловой эффективности
энергетической газотурбинной установки мож;
но применить не только различные тепловые и
конструктивные схемы, но и управление рабо;
чими процессами в циклах газотурбинных дви;
гателей.
Гибким когенерационным технологиям может
удовлетворить ГТУ с турбокомпрессорным утили;
затором и регенерацией теплоты, а также промежу;
точным подогревом газа перед силовой турбиной.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 97
Подано напрямок застосування гнуч)
ких когенераційних технологій, зокрема,
у газотурбінній установці складного цик)
лу з турбіною перерозширення, що доз)
воляє одержати регульовані і більш ви)
сокі теплотехнічні характеристики при
змінних режимах роботи енергетичної
установки.
Представлено направление примене)
ния гибких когенерационных технологий,
в частности, в газотурбинной установке
сложного цикла с турбиной перерасши)
рения, позволяющее получить регулиру)
емые и более высокие теплотехнические
характеристики при переменных режи)
мах работы энергетической установки.
The direction of application flexible
cogenerative technologies, in particular, in
gas)turbine plant of the complicated cycle
with the turbine of the overexpansion,
allowing to receive adjustable and higher
heat technical performances at variable
modes of power plant operations is sub)
mitted.
УДК 621.438
МАТВЕЕНКО В.Т., ОЧЕРЕТЯНЫЙ В.А.
Севастопольский национальный технический университет
ГИБКИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКЕ СЛОЖНОГО ЦИКЛА
С ТУРБИНОЙ ПЕРЕРАСШИРЕНИЯ
G – массовый расход;
Q – удельная теплота;
T – температура;
π – степень повышения давления в компрессоре;
η – КПД турбомашин;
σ – степень регенерации теплоты.
Индексы:
в – воздух;
во – воздух на охлаждение;
дк – дожимающий компрессор;
е – эффективный;
к – компрессор;
тт – теплотехнический;
ГТД – газотурбинный двигатель;
ГТУ – газотурбинная установка;
ДК – дожимающий компрессор;
ПП – промежуточный подогрев;
ТП – турбина перерасширения;
ТКУ – турбокомпрессорный утилизатор;
БТКУ – блокированный турбокомпрессорный
утилизатор;
СТКУ – свободный турбокомпрессорный утили;
затор;
Р – регенератор.
Такая ГТУ обладает высокими теплотехнически;
ми характеристиками, в том числе и эффектив;
ным КПД, а также удельной мощностью [1].
В работе [2] была показана возможность уп;
равления теплотехническими характеристиками
ГТУ с турбокомпрессорным утилизатором и ре;
генерацией теплоты за счет изменения напорных
характеристик дожимающего компрессора, кото;
рые повлияли положительным образом на изме;
нение процессов в цикле ГТУ.
На рис. 1 изображена схема ГТД с силовой тур;
биной перерасширения (СТП), промежуточным
подогревом (ПП) газа перед ней и на одном валу
с ней дожимающим компрессором (ДК). Между
ними по потоку установлен регенератор (Р) и ох;
ладитель газа (ОГ). Турбина перерасширения с
ДК и охладителем газа образует турбокомпрес;
сорный утилизатор (ТКУ). ОГ в когенерацион;
ной установке выполняет роль теплогенератора в
системе теплофикации.
Методика исследования ГТД сложного
цикла при переменном режиме
Расчет характеристик ГТД сложного цикла с
турбиной перерасширения производился по ме;
тодике предложенной в работе [3] с учетом осо;
бенностей для схемы с промежуточным подогре;
вом газа и регенерацией теплоты.
Методика позволяет определить характерис;
тики газотурбинного ГТД с учетом охлаждения
элементов двигателя цикловым воздухом, проме;
жуточного подогрева газа перед силовой турби;
ной с различными законами регулирования тем;
пературы газа в основной камере сгорания и
камере промежуточного подогрева газа.
При исследовании характеристик тепловых
схем ГТД сложного цикла с турбиной перерас;
ширения были рассмотрены две конструктивные
схемы. Схема с блокированным ТКУ, в которой
турбина перерасширения блокирована с силовой
98 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Схема когенерационной ГТУ сложного цикла с турбиной перерасширения:
К – компрессор; КС – камера сгорания; КСП – камера сгорания промежуточная; ТК – турбина
компрессора; СТП – силовая турбина перерасширения; ДК – дожимающий компрессор; Н – нагрузка;
ПК – перепускной клапан; Р – регенератор; ОГ – охладитель газа; ОТ – охладитель теплоносителя;
ТТ – теплофикационный теплообменник.
турбиной (рис. 1). Схема со свободным ТКУ, в
которой ТКУ механически не связан с силовой
турбиной. В схеме ГТД со СТКУ обороты ДК с
падением мощности уменьшаются, соответст;
венно, уменьшается степень повышения давле;
ния в ДК.
Исследования характеристик ГТД сложного
цикла проводились при равенстве температур га;
за перед турбиной турбокомпрессора и силовой
турбиной и пропорциональном их изменении
при переменном режиме.
Анализ характеристик когенерационной ГТУ
сложного цикла с ТП производился при различ;
ных начальных температурах газа Т3, оптималь;
ных степенях повышения давления в компрессо;
ре πк, дожимающем компрессоре πдк и других ис;
ходных данных [1]. Величина степени регенера;
ции принималась от 0,75 до 0,90.
Результаты исследований характеристик
конструктивных схем ГТУ сложного цикла
Исследования ГТУ сложного цикла проводи;
лись в условиях, где свободная силовая турбина
воспринимает генераторную нагрузку, при кото;
рой обороты силовой турбины постоянные. Что
касается степени регенерации теплоты , то она с
уменьшением нагрузки несколько увеличивает;
ся, причем незначительно, поэтому при расчетах
ее принимают постоянной.
На рис. 2 и 3 показаны зависимости характе;
ристик когенерационных ГТУ сложного цикла с
турбиной перерасширения от относительной эф;
фективной (электрической) мощности . На
рис. 2 и 3 приводятся характеристики для схем
ГТД с ПП, СТКУ и Р, ГТД с ПП, БТКУ и Р, а так;
же для сравнения характеристики на частичных
нагрузках ГТУ простого цикла (схема 2СН).
Общее положительное свойство ГТД с ПП,
ТКУ и Р то, что на частичных нагрузках в широ;
ком диапазоне нагружения его эффективный
КПД (ηе) более высокий, чем в ГТД простого
цикла (схема 2СН). ГТД с ПП, БТКУ и Р на пере;
менном режиме имеет эффективный КПД не;
сколько выше, чем ГТД с ПП, СТКУ и Р. Это
объясняется тем, что на всех режимах нагруже;
ния в БТКУ степень повышения давления в ДК
(πдк) постоянна (см. рис. 2).
На номинальной генераторной нагрузке теп;
лотехнические (общие) КПД (тт) для рассматри;
ваемых схем примерно равны, однако на частич;
ных нагрузках каждая конструктивная схема в
зависимости от относительной мощности
имеет свои закономерности изменения тепло;
технических характеристик (см. рис. 3).
Если в ГТД с ПП, БТКУ и Р и обычной ГТУ
(схема 2СН) с уменьшением мощности двигателя
относительная теплофикационная мощность
падает, примерно, в такой же степени как и
, то в схеме ГТД с ПП, СТКУ и Р
уменьшается в меньшей степени и при значени;
ях = 0,7…0,5 составляет = 0,9…0,8. ЭтоттNeN
ттNeN
ттN
eN
eN
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 99
Рис. 2. Характеристики ГТД сложного цикла с
турбиной перерасширения на частичных нагрузках
при Т03 = 1473 К, πок = 8, πодк = 2,25 и σ = 0,85
(нагрузка генераторная):
БТКУ(ПР) – схема ГТД с ПП, БТКУ и Р
с перепуском воздуха мимо регенератора;
СТКУ(ПР) – схема ГТД с ПП, СТКУ и Р
с перепуском воздуха мимо регенератора.
объясняется тем, что температура газа за турби;
ной перерасширения Т5 в ГТД со СТКУ на ос;
новных режимах изменяется мало, даже несколь;
ко растет на основных режимах работы установки.
Для сравнения, на рис. 3 показано, что в ГТД про;
стого цикла (схема 2СН) при = 0,7…0,5 тепло;
фикационная мощность принимает значе;
ния 0,75…0,55.
Теплотехнический КПД в ГТД с ПП, БТКУ и
Р на основных режимах работы = 1,0…0,5 ос;
тается достаточно высоким (ηтт = 0,85…0,8), в
ГТД с ПП, СТКУ и Р даже растет до значения 0,9,
что обеспечивает высокий уровень использова;
ния энергии топлива на всех режимах работы ус;
тановки. Поэтому конструктивная схема ГТД с
ПП, СТКУ и Р более предпочтительна при рабо;
те с переменными электрическими нагрузками и
допустимым небольшим диапазоном изменения
тепловой мощности установки при сохранении
на рабочих режимах высокой энергоэффектив;
ности энергоустановки.
Управление теплотехническими
характеристиками когенерационной ГТУ
ГТД обладают уникальной способностью из;
менять рабочий процесс за счет управления ха;
рактеристиками компрессоров, турбин, камер
сгорания и других элементов двигателя.
Изменение характеристик элементов ГТУ и
через них процессов в циклах ГТД в определен;
ных условиях может оказывать эффективное уп;
равляющее воздействие на изменение теплотех;
нических характеристик когенерационной ГТУ.
Выбор управляемого элемента зависит от тепло;
вой и конструктивной схемы ГТУ, а также от рег;
ламента поставки электрической и тепловой
энергии.
При изменении электрической нагрузки теп;
ловая мощность в когенерационной установке
обычно должна быть более постоянной, чем в
ГТД простого цикла с котлом;утилизатором.
Лучше к такому требованию приспособлен ГТД с
ПП, СТКУ и Р, в котором изменение характери;
стики ГТУ при переменном режиме можно осу;
ществить посредством перепуска циклового воз;
духа мимо регенератора. Такой способ позволяет
перераспределить тепловой поток за турбиной
перерасширения между регенератором и охлади;
телем газа, выполняющим роль котла;утилизато;
ра (см. рис. 1).
Относительный расход воздуха через ре;
генератор определяется по формуле:
, (1)
где – относительный расход воздуха через
компрессор двигателя;
– относительный расход воздуха, отби;
раемый на охлаждение турбин.
При n = 0 в формуле (1) перепуск воздуха ми;
мо регенератора отсутствует. Для увеличения
воG
кG
( 1)
в.р во к(1 )
nG G G += −
в.рG
eN
ттN
eN
100 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 3. Теплотехнические характеристики ГТУ
сложного цикла с ТКУ на частичных нагрузках
при Т03 = 1473 К, πок = 8, πодк = 2,25 и σ = 0,85
(нагрузка генераторная):
БТКУ(ПР) – схема ГТД с ПП, БТКУ и Р
с перепуском воздуха мимо регенератора;
СТКУ(ПР) – схема ГТД с ПП, СТКУ и Р
с перепуском воздуха мимо регенератора
тепловой мощности ГТУ на частичной нагрузке
через клапан КП (см. рис.1) производится пере;
пуск части воздуха мимо регенератора.
Расчеты показали, что таким способом мож;
но обеспечить постоянную на режимах
=1,0…0,4, при этом в формуле (1) n = 2. На
рис. 3 эта зависимость обозначена – СТКУ(ПР).
Хотя удельная теплота Qт , необходимая для
подогрева воздуха в основной камере сгорания,
увеличивается (см. рис. 2), общая энергоэффек;
тивность ГТУ остается без изменения на высоком
уровне (ηтг = 0,9). Перекрывая перепуск воздуха в
ГТД с ПП, СТКУ и Р, на режиме =0,4 тепловую
мощность можем уменьшить до =0,7.
При обеспечении электрической энергией не;
которых промышленных объектов требуется бо;
лее лучшая приёмистость ГТД и повышенный
эффективный КПД на частичных нагрузках, что
обеспечивает ГТД с ПП, БТКУ и Р. Однако теп;
ловая мощность при переменном режиме в ГТУ
(БТКУ) уменьшается почти так же, как и в коге;
нерационном ГТД простого цикла (схема 2СН).
Применив перепуск воздуха мимо регенератора
(в формуле (1) n = 2), увеличим тепловую мощ;
ность и выйдем на теплотехнические характерис;
тики схемы ГТУ (СТКУ). В ГТД с ПП, БТКУ и Р,
изменив конструктивную схему посредством
блокирования силовой турбины с турбиной ком;
прессора, уменьшив степень повышения давле;
ния в ДК способом, предложенным в работе [2],
и перепустив часть воздуха мимо регенератора,
получим теплотехнические характеристики,
свойственные ГТД с ПП, СТКУ и Р, обозначен;
ные на рис. 2 и 3 – СТКУ(ПР).
Таким образом, сочетание определенной кон;
структивной схемы с управлением характеристи;
ками элементов ГТД позволяет в широком диа;
пазоне изменять тепловую мощность ГТУ при
переменном режиме.
Выводы
1. Совершенствование тепловых и конструк;
тивных схем, изменение рабочего процесса дви;
гателя позволяют создать энергоустановки, реа;
лизующие гибкие когенерационные технологии.
2. Газотурбинные двигатели по конструктив;
ному исполнению элементов двигателя достаточ;
но приспособлены к изменению рабочего про;
цесса на переменных режимах.
3. Энергетические ГТУ сложного цикла с
турбиной перерасширения на всех режимах ра;
боты обладают регулируемыми и более высокими
теплотехническими характеристиками, чем в ко;
генерационной ГТУ простого цикла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Матвеенко В.Т., Очеретяный В.А. Тепло;
технические характеристики когенерационной
газотурбинной установки сложного цикла с тур;
биной перерасширения // Промышленная теп;
лотехника. – 2006. – Т. 28, № 3. – С. 50–53.
2. Матвеенко В.Т. Теплотехнические характе;
ристики когенерационных газотурбогенераторов с
регенерацией теплоты при переменном режиме
работы// Авиационно;космическая техника и тех;
нология. – Харьков. – 2001. – Вып. 23. – С. 95–98.
3. Матвеенко В.Т., Слободянюк Л.И., Очере[
тяный В.А. Методика расчета энергетического
ГТД с турбиной перерасширения на переменных
режимах // Энергетика (Изв. высших учеб. заведе;
ний и энерг. объединений СНГ). – 1999. – № 6. –
С. 51–56.
ттN
eN
eN
ттN
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 101
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61330 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:13:13Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Матвеенко, В.Т. Очеретяный, В.А. 2014-04-30T16:31:39Z 2014-04-30T16:31:39Z 2007 Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения / В.Т. Матвеенко, В.А. Очеретяный // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 97-101. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61330 621.438 Представлено направление применения гибких когенерационных технологий, в частности, в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения, позволяющее получить регулируемые и более высокие теплотехнические характеристики при переменных режимах работы энергетической установки. Подано напрямок застосування гнучких когенераційних технологій, зокрема, у газотурбінній установці складного циклу з турбіною перерозширення, що дозволяє одержати регульовані і більш високі теплотехнічні характеристики при змінних режимах роботи енергетичної установки. The direction of application flexible cogenerative technologies, in particular, in gas-turbine plant of the complicated cycle with the turbine of the overexpansion, allowing to receive adjustable and higher heat technical performances at variable modes of power plant operations is submitted. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения Flexible cogenerative technologies in gas turbine plant of the complicated cycle with the turbine of the overexpansion Article published earlier |
| spellingShingle | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения Матвеенко, В.Т. Очеретяный, В.А. |
| title | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| title_alt | Flexible cogenerative technologies in gas turbine plant of the complicated cycle with the turbine of the overexpansion |
| title_full | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| title_fullStr | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| title_full_unstemmed | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| title_short | Гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| title_sort | гибкие когенерационные технологии в газотурбинной установке сложного цикла с турбиной перерасширения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61330 |
| work_keys_str_mv | AT matveenkovt gibkiekogeneracionnyetehnologiivgazoturbinnoiustanovkesložnogociklasturbinoipererasšireniâ AT očeretânyiva gibkiekogeneracionnyetehnologiivgazoturbinnoiustanovkesložnogociklasturbinoipererasšireniâ AT matveenkovt flexiblecogenerativetechnologiesingasturbineplantofthecomplicatedcyclewiththeturbineoftheoverexpansion AT očeretânyiva flexiblecogenerativetechnologiesingasturbineplantofthecomplicatedcyclewiththeturbineoftheoverexpansion |