RU2031214C1 - Method of optimization of operating steam-gas power plant - Google Patents
Method of optimization of operating steam-gas power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031214C1 RU2031214C1 SU5049695A RU2031214C1 RU 2031214 C1 RU2031214 C1 RU 2031214C1 SU 5049695 A SU5049695 A SU 5049695A RU 2031214 C1 RU2031214 C1 RU 2031214C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- fuel
- gas mixture
- nominal
- turbine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к комбинированным парогазовым энергетическим установкам (циклам), более точно к способам функционирования парогазовых энергетических установок с впрыском пара в газовый поток перед турбиной. The invention relates to combined combined cycle power plants (cycles), and more specifically to methods of operating combined-cycle power plants with steam injection into a gas stream in front of a turbine.
Известен способ работы комбинированной парогазовой установки со сбросом газов после газовой турбины в паровой котел [1], согласно которому продукты сгорания топлива после расширения в газовой турбине охлаждаются в регенераторе - паровом котле с образованием перегретого пара, который направляют в паровую турбину. Особенность данной комбинированной парогазовой установки заключается в том, что в ней работают, не смешиваясь, различные рабочие тела: в газотурбинной воздух и продукты сгорания топлива, в паротурбинной вода и водяной пар. В данном способе тепло уходящих газов может быть использовано достаточно полно, что обеспечивает возможность получения высокого КПД всей комбинированной установки. A known method of operation of a combined combined cycle plant with the discharge of gases after a gas turbine into a steam boiler [1], according to which the products of fuel combustion after expansion in a gas turbine are cooled in a regenerator - steam boiler with the formation of superheated steam, which is sent to a steam turbine. The peculiarity of this combined combined cycle plant is that various working fluids work in it without mixing: in gas-turbine air and fuel combustion products, in steam-turbine water and water vapor. In this method, the heat of the exhaust gases can be used quite fully, which makes it possible to obtain high efficiency of the entire combined installation.
Однако реализация этого способа приводит к необходимости создания сложной системы с паровой турбиной и комплексом оборудования парового цикла, в результате чего возрастает стоимость сооружения и обслуживания установки. Кроме того, такая установка не может работать с мощностью выше номинальной. However, the implementation of this method leads to the need to create a complex system with a steam turbine and a complex of steam cycle equipment, which increases the cost of construction and maintenance of the installation. In addition, such an installation cannot work with power above the nominal.
Известен также способ организации работы парогазовой установки [2], включающий сжатие воздуха в компрессоре, подачу сжатого воздуха и топлива в камеру сгорания с формированием горючей смеси, подачу пароводяного тела (воды или водяного пара) после регенератора в тракт высокого давления перед или после камеры сгорания, сжигание горючей смеси в присутствии пароводяного тела с образованием парогазовой смеси, расширение последней в турбине с совершением работы и охлаждение расширившейся парогазовой смеси с передачей части теплоты воде и пару, идущим на впрыск в поток газа перед турбиной. There is also a method of organizing the operation of a combined cycle plant [2], which includes compressing air in a compressor, supplying compressed air and fuel to a combustion chamber with the formation of a combustible mixture, supplying a steam-water body (water or water vapor) after the regenerator to the high pressure path before or after the combustion chamber burning a combustible mixture in the presence of a steam-water body with the formation of a gas-vapor mixture, expanding the latter in a turbine with work and cooling the expanded gas-vapor mixture with transferring part of the heat to water and steam y going to the injection into the gas stream in front of the turbine.
Впрыск воды (пара) вызывает существенное повышение мощности газотурбинной установки (ГТУ), но сопровождается понижением температуры потока газа перед турбиной. В указанном техническом решении впрыск воды (пара) носит кратковременный характер и используется как средство для улучшения маневренных свойств установки, которое обеспечивается прежде всего за счет повышения приемистости и улучшения запуска. При пуске установки с применением впрыска воды время увеличения нагрузки от холостого хода до номинальной может быть сокращено до 30-35% и менее. В дальнейшем по мере повышения температуры газа расход воды должен постепенно сокращаться и отключаться. Такие динамические характеристики ГТУ с впрыском позволяют рассматривать их как аварийный резерв и как средство для улучшения динамики регулирования нагрузки сети. Однако в данном случае впрыск пара не обеспечивает повышения КПД на номинальном режиме и не способствует длительному повышению мощности ГТУ сверх номинальной. The injection of water (steam) causes a significant increase in the power of the gas turbine unit (GTU), but is accompanied by a decrease in the temperature of the gas flow in front of the turbine. In the specified technical solution, the injection of water (steam) is of a short-term nature and is used as a means to improve the maneuverability of the installation, which is provided primarily by increasing the throttle response and improving starting. When starting up the unit using water injection, the time to increase the load from idle to nominal can be reduced to 30-35% or less. In the future, as the gas temperature rises, the water flow should gradually decrease and turn off. Such dynamic characteristics of gas turbine engines with injection allow us to consider them as an emergency reserve and as a means to improve the dynamics of network load regulation. However, in this case, steam injection does not provide an increase in efficiency in the nominal mode and does not contribute to a long-term increase in the capacity of gas turbines over the nominal.
Изобретение направлено на решение задачи оптимизации работы парогазовой установки с впрыском пара, обеспечивающей высокий КПД установки, а также длительное повышение мощности при достаточной простоте и оперативности выбора основных параметров. The invention is aimed at solving the problem of optimizing the operation of a combined-cycle plant with steam injection, providing a high efficiency of the installation, as well as a long-term increase in power with sufficient simplicity and speed of selection of the main parameters.
Поставленная задача достигается тем, что по способу оптимизации работы парогазовой установки с впрыском пара, включающему сжатие воздуха в компрессоре, подачу сжатого воздуха и топлива в камеру сгорания с формированием горючей смеси, подачу в зону горения камеры сгорания перегретого водяного пара, сжигание горючей смеси в присутствии перегретого пара с образованием парогазовой смеси, расширение последней в турбине с совершением работы и охлаждение расширившейся парогазовой смеси с передачей части теплоты питательной воде для образования перегретого пара, причем подачу топлива и пара в камеру сгорания ведут с определенными расходами, согласно изобретению в номинальном режиме работы расходы топлива и пара в камеру сгорания определяют по математическим зависимостям
Bн = , кг/с
(1)
Dн= Bн кг/с, (2) где Вн и Dн - соответственно расходы топлива и пара в номинальном режиме работы установки, кг/с;
Vн - номинальный расход воздуха, обеспечиваемый компрессором установки, м3/с;
Vо - теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания 1 кг топлива при нормальных условиях, м3/кг;
ε - степень повышения давления воздуха при его сжатии в компрессоре;
а1,а2,b1,b2 - эмпирические коэффициенты;
τ - условия относительная температура парогазовой смеси в начале расширения, причем последнюю определяют по математическому выражению , где t - значение в оС номинальной температуры парогазовой смеси в начале расширения, а эмпирические коэффициенты выбирают из значений а1=17,2... 18,4; а2= 4,6...5,2; b1=12,9...13,9; b2=3,7...4,2, при этом в пиковом режиме работы увеличивают расходы топлива и пара в камеру сгорания по соответствующим математическим зависимостям
Bн<B≅β1 , кг/с (3)
Dн<D≅ β2B кг/с, (4) где В и D - соответственно расходы топлива и пара в пиковом режиме работы установки, кг/с;
β 1,β 2 - эмпирические коэффициенты, причем последние выбирают из соответствующих значений β1 =0,90...0,97;β2 =10...13, при этом дополнительно полученную в пиковом режиме парогазовую смесь срабатывают в пиковой турбине.The problem is achieved by the fact that by a method of optimizing the operation of a combined-cycle plant with steam injection, which includes compressing air in a compressor, supplying compressed air and fuel to the combustion chamber with the formation of a combustible mixture, supplying superheated water vapor to the combustion chamber combustion zone, burning the combustible mixture in the presence of superheated steam with the formation of a gas-vapor mixture, expansion of the latter in the turbine with the completion of work, and cooling of the expanded gas-vapor mixture with the transfer of part of the heat to the feed water for the images overheated steam, moreover, the supply of fuel and steam to the combustion chamber is carried out with certain costs, according to the invention in the nominal operating mode, the fuel and steam consumption to the combustion chamber is determined by mathematical dependencies
B n = kg / s
(1)
D n = B n kg / s, (2) where B n and D n are respectively the fuel and steam consumption in the nominal operating mode of the installation, kg / s;
V n - nominal air flow provided by the compressor of the installation, m 3 / s;
V about - theoretically necessary amount of air for complete combustion of 1 kg of fuel under normal conditions, m 3 / kg;
ε is the degree of increase in air pressure during its compression in the compressor;
a 1 , a 2 , b 1 , b 2 are empirical coefficients;
τ - conditions the relative temperature of the vapor-gas mixture at the beginning of expansion, the latter being determined by mathematical expression Where t - value C nominal temperature gas mixture at the beginning of expansion, the empirical coefficients are selected from the values of a = 1 17.2 ... 18.4; a 2 = 4.6 ... 5.2; b 1 = 12.9 ... 13.9; b 2 = 3.7 ... 4.2, while in peak operation, fuel and steam consumption in the combustion chamber is increased according to the corresponding mathematical dependencies
B n <B≅β 1 kg / s (3)
D n <D≅ β 2 B kg / s, (4) where B and D are the fuel and steam consumption in peak operation mode of the installation, kg / s, respectively;
β 1 , β 2 are empirical coefficients, the latter being selected from the corresponding values β 1 = 0.90 ... 0.97; β 2 = 10 ... 13, while the steam-gas mixture additionally obtained in peak mode is activated in a peak turbine .
Сущность изобретения заключается в том, что в результате математического моделирования и исследования получены условия оптимального номинального режима работы парогазовой установки с впрыском пара, т.е. режима, при котором достигается наибольший КПД для заданных основных параметров. Такими условиями являются расход топлива Вн и расход пара Dн, определяемые зависимостями (1) и (2). В пиковом режиме выявлены условия длительного получения максимальной мощности установки при номинальном расходе воздуха. Такими условиями являются максимальный расход топлива и максимальный расход пара, определяемые зависимостями (3) и (4). Дополнительно образовавшийся поток парогазовой смеси в пиковом режиме отделяют и направляют его на совершение дополнительной работы.The essence of the invention lies in the fact that as a result of mathematical modeling and research, the conditions are obtained for the optimal nominal operating mode of a combined-cycle plant with steam injection, i.e. mode in which the highest efficiency is achieved for the given basic parameters. Such conditions are fuel consumption V n and steam consumption D n determined by dependencies (1) and (2). In peak mode, the conditions for the long-term maximum power of the installation at a nominal air flow rate were identified. Such conditions are the maximum fuel consumption and maximum steam consumption, determined by dependencies (3) and (4). The additionally formed steam-gas mixture stream is separated in peak mode and directed to additional work.
На чертеже приведена принципиальная схема парогазовой установки с впрыском пара, реализующая предлагаемый способ оптимизации работы установки. The drawing shows a schematic diagram of a combined-cycle plant with steam injection, which implements the proposed method for optimizing the operation of the installation.
Парогазовая установка с впрыском пара включает компрессор 1, камеру 2 сгорания, в которой происходит горение топлива Т и смешение продуктов сгорания с водяным паром d, основную турбину 3, механически связанную с компрессором 1 и электрическим генератором 4, парогенератор 5, использующий теплоту уходящих газов (УГ), насос 6 для подачи воды в парогенератор 5, бак 7 обессоленной питательной воды, регулирующее устройство 8 для подачи парогазовой смеси на совершение дополнительной работы, турбину 9 пиковой мощности, электрический генератор 10, регенератор 11 теплоты УГ после турбины 9 пиковой мощности, вентили 12 и 13 для подключения регенератора 11. A steam-gas installation with steam injection includes a compressor 1, a
Работает парогазовая установка следующим образом. The combined-cycle plant works as follows.
Атмосферный воздух В сжимают компрессором 1 и подают в зону горения камеры 2, куда также подают топливо Т и впрыскивают перегретый водяной пар d. В результате сгорания сформированной таким образом горючей смеси в присутствии перегретого водяного пара образуется поток парогазовой смеси с температурой t, который направляют в основную турбину 3. Регулирующее устройство 8 при этом находится в закрытом положении и не пропускает парогазовую смесь в турбину 9. Atmospheric air B is compressed by compressor 1 and fed into the combustion zone of
В основной турбине 3 тепловая энергия парогазовой смеси при ее расширении частично превращается в механическую работу, которая расходуется на привод компрессора 1 и электрического генератора 4. Парогазовая смесь с температурой t1 после турбины 3 поступает в парогенератор 5 перегретого водяного пара, где смесь охлаждают до температуры t2 и далее удаляют в виде УГ в атмосферу. Воду w подают в бак 7 обессоленной питательной воды, из которого насосом 6 питательную воду подают в парогенератор 5 и далее на впрыск в зону горения камеры 2.In the
При заданных основных параметрах рабочего процесса - температуре t перед основной турбиной и степени повышения давления воздуха ε - оптимальный режим устанавливается при строго определенных значениях коэффициента избытка воздуха и удельной подаче впрыскиваемого пара. Для выполнения этих условий посредством регулирующих устройств (на схеме не показаны) задают номинальные подачи топлива Вн и пара Dн согласно зависимостям (1) и (2), при которых получается наибольший КПД установки при номинальном режиме работы компрессора 1. Таким образом, формируют номинальный режим работы всей парогазовой установки, который характеризуется наибольшим КПД.Given the basic parameters of the working process — the temperature t in front of the main turbine and the degree of increase in air pressure ε — the optimal mode is established with strictly defined values of the coefficient of excess air and the specific supply of injected steam. To fulfill these conditions, by means of regulating devices (not shown in the diagram), the nominal fuel supply V n and steam D n are set according to dependences (1) and (2), at which the highest plant efficiency is obtained at the nominal operating mode of compressor 1. Thus, the nominal operating mode of the entire combined cycle plant, which is characterized by the highest efficiency.
Для получения мощности установки более номинальной при номинальном режиме работы компрессора 1 задают расход топлива В и расход впрыскиваемого пара D согласно зависимостям (3) и (4), причем из потока парогазовой смеси перед расширением отделяют дополнительно образовавшуюся часть потока с помощью регулирующего устройства 8 и направляют ее в турбину 9 пиковой мощности, приводящую электрический генератор 10. После турбины 9 отработавшая парогазовая смесь может быть использована для тепловых потребителей при посредстве регенератора 11, а также для образования пара, подаваемого на впрыск, или удалена непосредственно в атмосферу. In order to obtain a plant power that is more than nominal at a nominal operating mode of compressor 1, the fuel consumption B and the flow rate of injected steam D are set according to dependences (3) and (4), moreover, the additionally formed part of the flow is separated from the steam-gas mixture stream by means of a
Предлагаемый способ оптимизации работы парогазовой установки с впрыском пара позволяет создать условия для работы с максимально возможным КПД на номинальном режиме установки для принятых основных параметров и превзойти КПД ГТУ по обычным схемам на 4..8%. Предлагаемый способ дает также решение задачи длительного получения пиковой мощности, которая может превышать номинальную мощность максимально в 2...3 раза. The proposed method of optimizing the operation of a combined-cycle plant with steam injection allows creating conditions for working with the highest possible efficiency at the nominal installation mode for the adopted main parameters and exceeding the efficiency of gas turbines according to conventional schemes by 4..8%. The proposed method also provides a solution to the problem of long-term peak power, which can exceed the rated power by a maximum of 2 ... 3 times.
Claims (1)
где Vн - номинальный расход воздуха, обеспечиваемый компрессором установки, м3/с;
Vо - теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания 1 кг топлива при нормальных условиях, м3/кг;
ε - степень повышения давления воздуха при его сжатии в компрессоре;
a1=17,2-18,4; a2=4,6-5,2; b1=12,9-13,9; b2=3,7-4,2- эмпирические коэффициенты;
τ - условная относительная температура парогазовой смеси в начале расширения, причем последнюю определяют по математическому выражению
где t - значение номинальной температуры парогазовой смеси в начале расширения, oС,
при этом в пиковом режиме работы увеличивают расходы топлива B и пара D в камеру сгорания по соответствующим математическим зависимостям
Dн<D≅ β2B,
где β1=0,90-0,97;
β2=10-13,
- эмпирические коэффициенты,
при этом дополнительно полученную в пиковом режиме парогазовую смесь срабатывают в пиковой турбине.METHOD FOR OPTIMIZING THE WORK OF A STEAM-GAS PLANT, including compressing air in a compressor, supplying compressed air and fuel to a combustion chamber with the formation of a combustible mixture, supplying superheated steam to the combustion zone of a combustion chamber, burning a combustible mixture in the presence of superheated steam to form a vapor-gas mixture, expanding it into a turbine with the completion of work and cooling of the expanded vapor-gas mixture with the transfer of part of the heat to the feed water for the formation of superheated steam, and the supply of fuel and steam to the chamber burning out lead to certain expenditure, characterized in that the nominal consumption mode B n D n and p in the combustion chamber is determined by the mathematical relationships
where V n - nominal air flow provided by the compressor of the installation, m 3 / s;
V about - theoretically necessary amount of air for complete combustion of 1 kg of fuel under normal conditions, m 3 / kg;
ε is the degree of increase in air pressure during its compression in the compressor;
a 1 = 17.2-18.4; a 2 = 4.6-5.2; b 1 = 12.9-13.9; b 2 = 3.7-4.2 - empirical coefficients;
τ is the relative relative temperature of the vapor-gas mixture at the beginning of expansion, the latter being determined by mathematical expression
where t is the value of the nominal temperature of the gas mixture at the beginning of expansion, o C,
while in peak operation, fuel consumption B and steam D increase in the combustion chamber according to the corresponding mathematical dependencies
D n <D≅ β 2 B,
where β 1 = 0.90-0.97;
β 2 = 10-13,
- empirical coefficients,
while the steam-gas mixture additionally obtained in peak mode is activated in a peak turbine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5049695 RU2031214C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Method of optimization of operating steam-gas power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5049695 RU2031214C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Method of optimization of operating steam-gas power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2031214C1 true RU2031214C1 (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=21608011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5049695 RU2031214C1 (en) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | Method of optimization of operating steam-gas power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2031214C1 (en) |
-
1992
- 1992-06-26 RU SU5049695 patent/RU2031214C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Безлепкин В.П. Парогазовые установки со сбросом газов в котел. Л.: Машиностроение, 1984. * |
2. Арсеньев Л.В. и др. Комбинированные установки с газовыми турбинами. Л.: Машиностроение, 1982, с.134-136, 109, рис.IV.1. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5794431A (en) | Exhaust recirculation type combined plant | |
US5491969A (en) | Power plant utilizing compressed air energy storage and saturation | |
CA2574830C (en) | Electric power plant with thermal storage medium | |
JP2540539B2 (en) | Gas turbine unit operating method | |
US6233940B1 (en) | Dual-pressure stem injection partial-regeneration-cycle gas turbine system | |
US4922709A (en) | Plant for the generation of mechanical energy, and a process for generating the energy | |
EP0378003A1 (en) | Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines | |
JPH0758043B2 (en) | Method and apparatus for heat recovery from exhaust gas and heat recovery steam generator | |
US20150369125A1 (en) | Method for increasing the power of a combined-cycle power plant, and combined-cycle power plant for conducting said method | |
JPS61152914A (en) | Starting of thermal power plant | |
SU1521284A3 (en) | Power plant | |
US5727377A (en) | Method of operating a gas turbine power plant with steam injection | |
US5566542A (en) | Method for regulating and augmenting the power output of a gas turbine | |
US6820432B2 (en) | Method of operating a heat recovery boiler | |
RU2199020C2 (en) | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system | |
RU2031214C1 (en) | Method of optimization of operating steam-gas power plant | |
JPH08510815A (en) | Gas and steam combined cycle pressurized fluidized bed power plant and its establishment and operation method | |
CN218151092U (en) | Thermal power plant steam turbine backpressure steam extraction energy cascade utilization system | |
RU2747704C1 (en) | Cogeneration gas turbine power plant | |
RU2700320C2 (en) | Thermal vapor installation with a steam turbine drive of a compressor | |
RU2076929C1 (en) | Peak power generation process and combined-cycle plant for its implementation | |
RU2795147C1 (en) | Combined-cycle plant with a semi-closed gas turbine plant | |
RU2830779C1 (en) | Method of operation of combined cycle plant of power plant with parallel operation scheme | |
JPH09203327A (en) | Gas turbine generator | |
RU2707182C1 (en) | Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle |