Оценка возможности ГТУ

Для оценки возможности работы ГТУ на определенной концентрации меТана следует вычислить удельное подведенное тепло по имеющимся значениям температур газов Т2 за компрессором (на входе в камеру сгорания) и на входе в турбину Т3: q = l/nKC Cp (Т3-Т2) кДж/кг, где Ср. = 1,13 кДж/кг.град. - теплоемкость газов; nкс = 0>97 - к.п.д. камеры сгорания. Вычислив удельное подведенное тепло на входе в турбину и используя график на рис. 1 от значения q на оси ординат проводим горизонталь до пересечения с зависимостью Q от СН4 %, из точки пересечения опускаем норние минимальной концентрации метана, при которой ГТУ способна работать. Например, минимальная концентрация метана для самостоятельной работы ГТУ по схеме «КазНИИЭнергети- ки» и УТМЗ составляет 1,75 %, а расчетная для ГТУ типа ГТК-16 УТМЗ - 2,37 % СН4. Самой важной характеристикой рабочего тела является его температура перед рабочей турбиной. Путем расчета парциальных значений теплосодержания продуктов сгорания метана для различных температур (с учетом соответствующих теплоемкостей) и для различных концентраций метана (или коэффициента избытка воз- духа) получена диаграмма продуктов сгорания метано- воздушных смесей рис. 2. Это позволило построить серию зависимостей адиабатических температур горения таких смесей от содержания в них метана, а также от степени их предварительного нагрева. В этом случае, выбрав ГТУ с определенной температурой рабочего тела перед турбиной, откладываем ее значение по оси ординат, и, проводим горизонталь до пересечения с серией кривых t = t(СH4 %), получаем на оси абсцисс значения минимальных концентраций метана для различных температур подогрева смеси, при которых ГТУ сможет работать.

Например, при допустимой темпера- туре перед турбиной 600 °С ГТУ может работать с концентрацией метана на входе 3,3 % без подогрева, 2,8 % при подогреве до 100 °С, 2,4% - до 200 °С, 2,0 % - до 300°С, 1,7% -400°С, 1,3 % - до500 °С. Важно отметить температуру t2 за компрессором в конкретной конструкции ГТУ, обычно она составляет 150- 350 °С, что и определяет значение концентрации метана. Дальнейшее снижение концентрации возможно при условии дополни- тельного подогрева смеси, т.е. за счет усложнения схемы и значительного утяжеления конструкции ГТУ. Оценивая сведения о ГТУ в зарубежной литературе возникает представление, что многочисленные описанные в печати варианты ГТУ зарубежных фирм носят рекламный характер, нередко да- же не указано, на каком топливе ГТУ работает. Выявлено более 100 моделей ГТУ зарубежных фирм с полезной мощностью от 150 кВт до 38 МВт. В отечественном газотурбостроении преобладает тенденция на создание мощных ГТУ для использования в энергетике и в качестве привода нагнетателей природного газа на газопроводах (десятки и сотни Мвт.).

Компактные отечественные установки (в основном, для транспорта) разра- батываются на ведомственных предприятиях, сведения о них мало доступны. Для правильного выбора объекта, т.е. приведение в соответствие количества теплосодержания вентиляционного и дренированного газа с потребным коли- чеством тепловой, электрической и механической энергии, которое может быть использовано необходимо: - обеспечение стабильности количества подаваемого в ГТУ шахтного газа и заданной концентрации в нем метана; - предварительная очистка от пыли; - обеспечение полного и стабильного сгорания метана в камере сгорания. Последнее обстоятельство является решающим, т.к. все известные попытки использовать газ с низкой концентрацией метана, даже при подаче дополни- тельного топлива, распространения не получили. Общеизвестно, что не существует надежной методики расчета камер сгорания ГТУ даже на «чистом» топливе, а исследования процесса сгорания метана низкой концентрации полны противоречий, неувязок и белых пятен. Поэтому единственным путем к решению задачи, без повторения пройденных решений, является проведение комплекса работ, направленных на создание камер сгорания, обеспечивающих надежный режим, полное и стабильное горение низкоконцентрированных метановоздушных смесей. Когда это условие будет соблюдено, не составит никакого труда скомпоновать такую камеру горения с любой по мощности и габаритам конструкцией ГТУ, где предусмотрена выносная камера сгорания.

В развитых странах, где проблемой энергоэффективности занимаются на протяжении многих лет, постоянно растет количество объектов малой энергетики, в основе работы которых лежит принцип коитригенерации – одновременной выработки электричества, тепла или холода. Такой подход позволяет существенно сократить потребление топлива, затраты на энергоснабжение и минимизировать негативное влияние на экологию.

В когенерационных системах все более широкое применение находят газотурбинные установки, мощностью от одного до нескольких десятков мегаватт. Отличаясь высокой надежностью и эффективностью, они способны полностью обеспечить объекты различного назначения недорогим электричеством, теплом или холодом, работая в непрерывном режиме в течение нескольких лет. [14.269c.]