Отправить статью по E-mail Разработка и расчет схемы комбинированной газопаровой установки с глубокой утилизацией теплоты и влаги
- Авторы: Галашов Н.Н.1, Болдушевский Е.С.2
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский Томский политехнический университет
- АО «СибИАЦ»
- Выпуск: Том 336, № 3 (2025)
- Страницы: 100-111
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2500-1019/article/view/288675
- DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2025/3/4925
- ID: 288675
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель: разработка схемы комбинированной газопаровой установки и методики ее расчета.
Объекты: комбинированные газопаровые установки с вводом водяного пара в камеру сгорания газовой турбины и глубокой утилизацией теплоты в котле-утилизаторе и конденсационном утилизаторе теплоты и влаги из уходящих газов.
Методы: численные методы на основе материальных и энергетических балансов систем и элементов газопаровых установок.
Результаты. Разработана тепловая схема комбинированной газопаровой установки с вводом водяного пара в камеру сгорания газовой турбины и глубокой утилизацией теплоты в котле-утилизаторе и теплоты и влаги из уходящих газов в конденсационном утилизаторе. Разработан алгоритм расчета этой схемы, на основе которого в пакете электронных таблиц EXCEL с использованием базы функций расчета термодинамических и теплофизических параметров веществ Coolprop написана программа, которая позволяет рассчитывать показатели с изменением параметров наружного воздуха, состава сжигаемого топлива, степени сжатия воздуха в компрессоре, расхода вводимого в камеру сгорания пара, температуры продуктов сгорания на входе в газовую турбину, электрической нагрузки на генераторе газовой турбины, температуры уходящих газов на выходе теплоутилизатора. Приведен пример расчета схемы для одного варианта исходных данных, который показал, что при заданных исходных данных при использовании теплоты уходящих газов в котле-утилизаторе и конденсационном теплоутилизаторе в дополнительных циклах Ренкина можно получить, относительно электрической мощности газовой турбины 100 МВт, прирост мощности 12,34 МВт: из них 8,94 МВт в паровой турбине и 3,40 МВт в турбине на низкокипящем рабочем теле. Электрический КПД комбинированной газопаровой установки составил 57,68 %: при этом КПД газовой турбины 51,35 %, КПД паровой турбины 83,48 % и КПД турбины на низкокипящем рабочем теле 4,86 %.
Об авторах
Николай Никитович Галашов
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: gal@tpu.ru
ORCID iD: 0009-0005-5351-3584
НОЦ И.Н. Бутакова Инженерная школа энергетики, кандидат технических наук, доцент
Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30Евгений Сергеевич Болдушевский
АО «СибИАЦ»
Email: franky575@rambler.ru
инженер 2-й категории службы наладки и технического обслуживания
Россия, 650021, г. Кемерово, ул. Станционная, 17Список литературы
- Ольховский Г.Г. Парогазовые установки для отечественных ТЭС // Электрические станции. – 2020. – № 1. – С. 21–28.
- Манушин Э.А. Современные сверхмощные энергетические газотурбинные и парогазовые установки турбостроительных компаний мира // Газотурбинные технологии. – 2020. – № 3. – С. 2–8.
- Ольховский Г.Г. Наиболее мощные энергетические ГТУ (обзор) // Теплоэнергетика. – 2021. – № 6. – С. 87–93.
- Зысин В.А., Турчанинов Б.В. О работе ГТУ по газопаровому циклу с котлом-утилизатором // Энергомашиностроение. – 1960. – № 9. – С. 18–21.
- Зысин В.А. Комбинированные и парогазовые установки и циклы. – М.; Л.: ГЭИ, 1962. – 186 с.
- Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. – Л.: Машиностроение, 1982. – 247 с.
- Влияние расхода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки на ее энергетические характеристики / Н.Н. Галашов, А.А. Туболев, Е.С. Болдушевский, А.А. Минор // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2024. – Т. 335. – № 2. – С. 48–59.
- Influence of water injection on performance of scramjet engine / Yuefei Xiong, Jiang Qin, Kunlin Cheng, Youyin Wang // Energy. – 2020. – Vol. 201. – P. 117477–117490.
- Efficiency boosting and steam saving for a steam-injected gas turbine engine: optimization study of the running conditions / A.M. Abubaker, A. Darwish Ahmad, M.N.A. Magableh, Y.S.H. Najjar // Journal of Energy Engineering – ASCE. – 2021. – Vol. 147 (1). – P. 732–748.
- Techno-economic comparison of combined cycle gas turbines with advanced membrane configuration and MEA solvent at part load conditions / M. van Der Spek, D. Bonalumi, G. Manzolini, A. Ramirez, A.P.C. Faaij // Energy and Fuels. – 2018. – Vol. 32 (1). – P. 625–645.
- Steam injected Humphrey cycle for gas turbines with pressure gain combustion / P. Stathopoulos, T. Rähse, J. Vinkeloe, N. Djordjevic // Energy. – 2019. – Vol. 188. – P. 116020.
- On energy, exergy, and environmental aspects of a combined gas-steam cycle for heat and power generation undergoing a process of retrofitting by steam injection / P. Ziółkowski, T. Kowalczyk, M. Lemański, J. Badur // Energy ConverSI with Con and Management. – 2019. – Vol. 192. – P. 374–384.
- Chmielewski M., Niszczota P., Gieras M. Combustion efficiency of fuel-water emulsion in a small gas turbine // Energy. – 2020. – Vol. 211. – P. 118961–118985.
- Иванов А.А., Ермаков А.Н., Шляхов Р.А. О глубоком подавлении выбросов NOx и СО в ГТУ с впрыском воды или пара // Известия РАН. Энергетика. – 2010. – № 3. – С. 119–128.
- Гордин К.А., Масленников В.М., Филимонова Е.А. Оценка уровня эмиссии оксидов азота при подаче пара с природным газом в камеру сгорания газотурбинной установки // Теплофизика высоких температур. – 2013. – Т. 51. – № 6. – С. 937–944.
- Даценко В.В., Зейгарник Ю.А., Косой А.С. Опыт использования воды и водяного пара для обеспечения экологических норм в конверсионных газотурбинных двигателях // Теплоэнергетика. – 2014. – № 4. – С. 49–56.
- Generation characteristics of thermal NOx in a double-swirler annular combustor under various inlet conditions / Zaiguo Fu, Huanhuan Gao, Zhuoxiong Zeng, Jiang Liu, Qunzhi Zhu // Energy. – 2020. – Vol. 200. – P. 117487–117501.
- Zhao, Feng Liu, Anyao Jiao, Qiguo Yang, Hongtao Xu, Xiaowei Liao. Prediction model of NOx emissions in the heavy-duty gas turbine combustor based on MILD combustion // Energy. – 2023. – Vol. 282. – Р. 128974–128998.
- Farokhipour A., Hamidpour E., Amani E. A numerical study of NOx reduction by water spray injection in gas turbine combustion chambers // Fuel. – 2018. – Vol. 212. – P. 173–186.
- Efficiency of utilization of heat of moisture from exhaust gases of heat HRSG of CCGT / N. Galashov, S. Tsibulskiy, D. Melnikov, A. Kiselev, A. Gabdullina // MATEC Web of Conferences. – Tomsk, 2017. – P. 01027–01031.
- Mokhtari H., Ahmadisedigh H., Ameri M. The optimal design and 4E analysis of double pressure HRSG utilizing steam injection for Damavand power plant // Energy. – 2017. – Vol. 118. – P. 399–413.
- Promising direction of perfection of the utilization combine cycle gas turbine units / A.I. Gabdullina, N.N. Galashov, S.A. Tsibulskiy, D.V. Melnikov, I.A. Asanov, A.S. Kiselev // MATEC Web of Conferences. – Tomsk, 2016. – P. 01004–01008.
- Numerical and experimental investigation of flue gases heat recovery via condensing heat exchanger / A. Machácˇková, R. Kocich, M. Bojko, L. Kuncˇická, K. Polko // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2018. – Vol. 124. – P. 1321–1333.
- An experimental study of an Organic Rankine Cycle utilizing HCFO-1233zde as a drop-in replacement for HFC-245fa for ultra-low-grade waste heat recovery / S. Araya, A.P. Wemhoff, G.F. Jones, A.S. Fleischer // Applied Thermal Engineering – 2020. – Vol. 180. – P. 115757–115796.
- Development of a novel cogeneration system by combing organic rankine cycle and heat pump cycle for waste heat recovery / Liuchen Liu, Jinlu Wu, Fen Zhong, Naiping Gao, Guomin Cui // Energy. – 2021. – Vol. 217. – P. 119445.
- Constructal thermodynamic optimization for dual-pressure organic Rankine cycle in waste heat utilization system / Huijun Feng, Zhixiang Wu, Lingen Chen, Yanlin Ge // Energy Conversion and Management. – 2021. – Vol. 227. – P. 113585
- Considerations on alternative Organic Rankine Cycle congurations for low-grade waste heat recovery / B.J. Woodland, D. Ziviani, J.E. Braun, E.A. Groll // Energy. – 2020. – Vol. 217. – P. 116810–116827.
- Anurag Kumar, Dibakar Rakshit. A critical review on waste heat recovery utilization with special focus on Organic Rankine Cycle applications // Cleaner Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 5. – Р. 100292–100318.
- Performance improvement of ORC by breaking the barrier of ambient pressure / Zhixin Sun, Yisheng Huang, Na Tian, Kui Lin // Energy. – Vol. 262. – P. A. – 2023. – Р. 125408–125432.
- Параметрический анализ схемы газопаровой установки с помощью математической модели / Н.Н. Галашов, А.А. Туболев, А.А. Минор, А.И. Баннова // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 12. – C. 124–135.
- Расчет параметров схемы газопаровой установки с глубокой утилизацией и отпуском теплоты / Н.Н. Галашов, А.А. Туболев, В.В. Беспалов, А.А. Минор, Е.С. Болдушевский // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 5. – C. 43–55.
- Pure and pseudo-pure fluid thermophysical property evaluation and the open-source thermophysical property library CoolProp / H. Bell Ian, J. Wronski, S. Quoilin, V. Lemort // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2014. – Vol. 53. – P. 2498–2508.
- Болдушевский Е.С., Туболев А.А., Галашов Н.Н. Алгоритм расчета поверхностного теплоутилизатора // Бутаковские чтения. Сборник статей III Всероссийской с международным участием молодёжной конференции. – Томск, – 2023. – С.486–490.
- Галашов Н.Н., Туболев А.А., Киселев А.С. Расчет влагосодержания уходящих газов котла на выходе конденсационного теплоутилизатора // Промышленная энергетика. – 2018. – № 12. – С. 23–26.
- Галашов Н.Н., Цибульский С.А. Анализ эффективности парогазовых установок тринарного типа // Известия Томского политехнического университета. – 2014. – Т. 325. – № 4. – С. 33–38.
- Research of efficiency of the Organic Rankine Cycle on a mathematical model / N. Galashov, S. Tsibulskiy, A. Gabdullina, D. Melnikov, A. Kiselev // MATEC Web of Conferences. – Tomsk, 2017. – P. 01070–01074.
- Ehsan Amiri Rad, Saeed Mohammadi, Edris Tayyeban. Simultaneous optimization of working fluid and boiler pressure in an organic Rankine cycle for different heat source temperatures // Energy. – 2020. – Vol. 194. – P. 116856–116868.
- Selection principle of working fluid for organic Rankine cycle based on environmental benefits and economic performance / Shukun Wanga, Chao Liua, Qibin Lia, Lang Liua, Erguang Huoa, Cheng Zhangc // Applied Thermal Engineering. – 2020. – Vol. 178. – P. 115598–115612.
Дополнительные файлы
