Глава 2. Тепловой расчет газотурбинной теплоэлектроцентрали на базе АГТД

 

Описание газотурбинной ТЭЦ на базе АГТД и ее принципиальная тепловая схема

 

Газотурбинная теплоэлектроцентраль ГТТЭЦ-7500Т/6,3 с установ­ленной электрической мощностью 7500 кВт состоит из трех газотурбоге­нераторов с турбовинтовыми двигателями АИ-20 номинальной электри­ческой мощностью 2500 кВт каждый. Принципиальная тепловая схема ГТТЭЦ-7500Т/6,3 показана на рис. 7.

Тепловая мощность ГТТЭЦ 15,7 МВт (13,53 Гкал/ч). За каждым газо­турбогенератором установлен газовый подогреватель сетевой воды (ГПСВ) с оребренными трубами для подогрева воды отработавшими газами на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения поселка. Через каждый экономайзер проходят отработавшие в авиационном двигателе газы в количестве 18,16 кг/с с температурой 388,7 °С на входе в экономайзер. В ГПСВ газы охлажда­ются до температуры 116,6 °С и подаются в дымовую трубу. Для режимов с пониженными тепловыми нагрузками введено байпасирование потока выхлопных газов с выводом в дымовую трубу.

Расход воды через один экономайзер составляет 75 т/ч.

Сетевая вода нагревается от температуры 60 °С до 120 °С и подает­ся потребителям для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения под давлением 2,5 МПа.

Часть воды, нагреваемой в ГПСВ из коллектора прямой сетевой воды поступает в горизонтальный вакуумный деаэратор, который работает при абсолют­ном давлении 0,01 МПа и деаэрирует химически очищенную воду, поступающую с хим­водоочистки для нужд горячего водоснабжения и для восполнения по­терь сетевой воды от утечек к потребителей в количестве 30 т/ч.

Оборудование станции размещено в здании из сборных железобе­тонных панелей. Размеры здания 30×18 м. Машинный зал разделен зву­коизолирующими перегородками на два отсека. Один из них размером 12×18 м — отсек для ГТД и ГПСВ, второй — гене­раторное помещение площадью 6×18 м.

К машинному залу примыкают вспомогательные помещения. В одном площадью 5×6 м размещается щит управления, в двух других площадью по 3×6 м душевая с раздевалкой и мастерская, в четвертом — площадью 10×12 м — оборудование химводоочистки, а также подпиточные насосы, насосы прямой и обратной сетевой воды, вакуумный деаэратор, шкаф аккумуляторной батареи.

В помещении двигателей установлены масляные блоки, включающие в себя расходные баки масла с соответствующим оборудованием и насосами, а также масляные радиаторы с вентилято­рами, всасывающими наружный воздух и выбрасывающими его после про­хождения через радиатор за пределы помещения.

Забор воздуха и выброс отработавших газов осуществляется по специальным воздухо- и газопроводам, выведенным выше кровли здания электростанции. На воздухозаборе предусматривается установка глуши­телей из асбосиликатных плит, снижающих уровень шума до нормы. На всасывающем патрубке предусматривается также установка противопыльных фильтров.

За авиационными двигателями размещены тормозящие решетки, ко­торые снижают скорость газов и создают равномерный поток газов на входе в котел-утилизатор.

Турбовинтовой двигатель АИ-20 закреплен на специальной фунда­ментной раме, расположенной на жестком основании (платформе).

Крепление двигателя к подмоторной раме при помощи четырех сто­ек с шарнирами обеспечивает центровку валов и компенсирует темпера­турные напряжения. Подмоторная рама двигателя и генератор жестко крепятся к платформе. Соединение двигателя с электрогенератором СГС-14-100-6УЗ осуществлено при помощи специального вала и соедини­тельной муфты. Длина соединительного вала позволяет установить пе­регородку между двигателем и электрогенератором, для снижения шума в генераторном отсеке. Конструкция муфты позволяет производить мон­таж и демонтаж каждого из агрегатов в отдельности.

На двигателе расположены агрегаты, которые обеспечивают авто­матизацию его запуска, подачу и масла, а также защиту двигателя в аварийных режимах.

Масса газотурбогенератора со всеми системами и устройствами в сухом состоянии около 10 т. Общая длина газотурбогенератора состав­ляет 6,4 м, ширина платформы 1,7 м, высота 2,6 м.

На станции установлены синхронные электрические генераторы СГС-14-100-6УЗ переменного тока, трехфазные, с воздушным охлаждени­ем, мощностью 2500 кВт. Напряжение генерируемого тока 6,3 кВ, часто­та 50 гц. Воздух для охлаждения генератора поступает в помещение электростанции через специальную шахту. С вращающимся возбудителем генератор связан жестко.

Распределительное устройство на 6 кВ комплектуется из девяти шкафов типа КРУН6 наружной установки.

В шкафах размещаются: ввод генератора, трансформатор собствен­ных нужд, разрядники, два отходящих фидера с масляными выключателя­ми, трансформатор напряжения.

Комплектное распределительное устройство оборудовано также блоком автоматической синхронизации с энергосистемой, энергоуста­новками.

 

Тепловой расчет ГТУ на базе двигателя АИ-20

Основные показатели

мощность, МВт                                                      2,5

 

Рис. 7. Принципиальная тепловая схема ГТТЭЦ-7500Т/6,3.

КС — камера сгорания; ГТ — газовая турбина; ГПСВ — газовый подогреватель сетевой воды; ВД – вакуумный деаэратор

степень повышения давления                                         7,2

температура газов в турбине,°С:

на входе                                                        750

на выходе                                                     388,69

расход газов, кг/с                                                            18,21

количество валов, шт                                            1

температура воздуха перед компрессором, °С             15

Расчет компрессора

Найдем теоретическое значение энтропии воздуха на выходе из компрессора. При заданных значениях температуры воздуха на входе в компрессор t ₁ = 15 °C и степени повышения давления воздуха в компрессоре p _k = 7,2 оно составит:

0,0536 + 0,287 ln7,2 = 0,6201 ,

здесь R = 0,287  – газовая постоянная воздуха.

Тогда теоретическая температура воздуха на выходе из компрессора составит °C

КПД компрессора принят равным . Тогда действительная работа сжатия в компрессоре составит:

    H_k = (i _{2 t} – i ₁)/h _k = (234,06 – 15,04)/0,87 = 251,75 ,

где

i _{2 t} = 234,06  – энтальпия воздуха при температуре t _{2 t} = 231 °C;

i ₁  = 15,04  – энтальпия воздуха при температуре t ₁ = 15 °С.

Тогда действительная энтальпия воздуха на выходе из компрессора будет иметь значение:

i ₂ = i ₁ + H_k = 15,04 + 251,75 = 266,79 .

По найденному значению энтальпии на выходе из компрессора найдем действительную температуру воздуха на выходе из компрессора:

t ₂ = f (i ₂) = 262,88 °С.