P4250090

140

Moc turbiny zależy od strumienia pary m. i spadku entalpii H, = i₀—i_wl oraz sprawności ą_TP. Ze wzrostem parametrów pary p₀,t₀ rośnie spadek H_t, ale maleje wydajność m,, zmienia się też sprawność turbiny.

Optymalizacja obiegu utylizacyjnego polega na takim doborze parametrów pary, aby otrzymać

Njf ■ max.

Ola danej turbiny gazowej znamy Nyc, r₃, Obliczenia skojarzonego bloku parowego przeprowadzamy w następujący sposób.

Obieramy próg temperatury ót, końcową różnicę temperatur At₂ i temperaturę wody zasilającej r_WI, tym samym ustalamy temperaturę pary świeżej <o »f*-dr_3;

Przyjmując wariantowo różne wartości ciśnienia p₀ znajdujemy odpowiednie temperatury nasycenia r„(p₀) i możemy obliczyć dla każdego wariantu p₀ wydajność kotła »i_p. Maksymalna wartość ciśnienia pary świeżej p₀ określona jest z warunku, aby końcowy punkt ekspansji w turbinie leżał w obszarze stopni suchości dopuszczalnych z uwagi na erozję kroplową ostatniego stopnia, x_fr m 0,9. Znając temperaturę wody zasilającej l_WI obliczamy układ regeneracyjnego podgrzewu w obiegu parowym, zakładając jeden wymiennik mieszankowy — odgazowywacz.

Moc turbiny parowej jV_tp obliczamy ze wzoru (IV. 13) dla założonego ciśnienia w kondensatorze p_k, traktowanego jako stałe w zadaniu. W wyniku obliczeń otrzymujemy zależności

«_P(PoX NypiPo),

w których ciśnienie p₀ traktujemy jako zmienną niezależną. Parametry odpowiadające maksimum funkcji N-n>(Po) określają rozwiązanie optymalne z punktu widzenia termodynamicznego.

Przykład. Obliczenia sprawności obiegu gazowo-parowego z kotłem utylizacyjnym bez dopalania.

Dany jest obieg turbogazowy: i₃ = 900°C; n = 9,6; r₄ = 450°C; Q_k = 238 MW; Ny0 = 66 MW; = 27,7%.

Dane obiegu utylizacyjnego; ót = 30°C, At₂ = 5Ó°G; stąd t₀ = 400°C, p_k — 0,05 bar, t„ = 60°C, t}_n = 0,85. Obliczenia prowadzimy przyjmując Po = 15,20,25, 30 bar. Wyniki obliczeń podaje tabela IV.l oraz rysunek IV.5.

Z rysunku tego wynika, że wydajność kotła m_p maleje ze wzrostem ciśnienia p₀, jednocześnie monofonicznie rośnie praca jednostkowa |||| Moc turbiny Njf osiąga maksimum w pobliżu p₀ = 19 bar. W obszarze p₀ = 15—23 bar moc zmienia się nieznacznie, odchyłka od maksimum wynosi 0,7%. Można wnioskować, że przyjęcie nieco innych wskaźników sprawnościowych mogłoby dość znacznie zmienić optymalną wartość ciśnienia pary świeżej. Na rysunku IV.5 podano również wyniki obliczeń dla wariantu t₀ = 375°C, tj. At₂ = 75°C. W tym przypadku optymalne ciśnienie pary świeżej wynosi p₀ = 15 bar.

\S    20    25 boi

Po

Rys. 1V.S. Wydajność kotła utylizacyjnego m_fl praca jednostkowa turbiny i moc turbiny parowej w funkcji ciśnienia pary świeżej

Z przykładu wynika, że temperatura gazu grzejnego na wylocie z kotła wynosi 170—190°C, co oznacza niepełne wykorzystanie ciepła odlotowego. Obniżenie temperatury f₅ uzyskuje się stosując kotły utylizacyjne wielo-obiegowe, produkujące parę o różnych poziomach ciśnień.

W praktyce spotyka się układy dwu- i trzyciśnieniowe, pozwalające osiągnąć dodatkowe zyski sprawnościowe [37,533. W układach z kotłem utylizacyjnym bez dopalania obieg parowy przedstawia dodatek do obiegu podstawowego turbiny gazowej. Udział mocy turbiny parowej odniesiony do mocy turbiny gazowej N_TP/N_TG wynosi 40 — 60%, tym samym przyrost sprawności obiegu

=40-60%.

Vtg

Sprawność obiegu gazowo-parowego zależy ponadto od sprawności obiegu turbogazowego */_XG, a więc jest funkcją temperatury górnej t₃ oraz temperatury f₄. Osiągalne w rzeczywistych blokach sprawności ą_GP przedstawiono na rysunku IV.6 [533- W przypadku turbin gazowych przemysłowych o umiarkowanej wartości t₃ = 1000°C, osiągalne sprawności obiegu GP są rzędu 45—46%, a przy t₃ = 1200°C możemy otrzymać tj_GP > 50%.

Z termodynamicznego punktu widzenia układ z czystą utylizacją — bez dopalania w kotle parowym — jest niewątpliwie bardzo korzystny. Oszczędnościom na kosztach paliwa należy tu przeciwstawić wzrost kosztów inwes-tycyjnych i komplikację schematu siłowni. Zamiast prostej, lekkiej i taniej turbiny gazowej w układzie otwartym mamy tu siłownię złożoną z dwóch różnych bloków: bloku turbogazowego i bloku parowo-turbinowego obejmującego kocioł, turbinę, kondensator i urządzenia pomocnicze.