ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-3-499-507ipolytech-631Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGАнализ влияния подогрева воздуха перед компрессором газотурбинной установки на технико-экономические показатели работы блока ПГУ-450An analysis of the effect of gas turbine compressor air preheating on the technical and economic indicators of a PGU-450 unitСкидановМ. А.SkidanovM. A.

Скиданов Михаил Александрович, ведущий инженер

629300, г. Новый Уренгой, мкр. Приозерный, 18/1/21, Россия

Mikhail A. Skidanov, Leading Engineer

18/1/21, Priozerny microdistrict, Novy Urengoy 629300, Russia

skidanov_ma@interrao.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3277-9413ПапинВ. В.PapinV. V.

Папин Владимир Владимирович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника»

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Россия

Vladimir V. Papin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Thermal Power Plants and Thermal Engineering

132, Prosveshcheniya St., Novocherkassk 346428, Russia

vladimir_papin@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7142-5207БезугловР. В.BezuglovR. V.

Безуглов Роман Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника», помощник ректора

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Россия

Roman V. Bezuglov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Thermal Power Plants and Thermal Engineering, Rector’s Assistant

132, Prosveshcheniya St., Novocherkassk 346428, Russia

bezuglov@npi-tu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0289-2976ДьяконовЕ. М.DyakonovE. M.

Дьяконов Евгений Михайлович, кандидат технических наук, доцент, проректор по образовательной деятельности, заведующий кафедрой «Тепловые электрические станции и теплотехника»

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Россия

Evgeny M. Dyakonov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Vice-Rector for Academic Work, Head of the Department of Thermal Power Plants and Thermal Engineering

132, Prosveshcheniya St., Novocherkassk 346428, Russia

emdyakonov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5010-6773ЕфимовН. Н.EfimovN. N.

Ефимов Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника»

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Россия

Nikolay N. Efimov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Thermal Power Plants and Thermal Engineering

132, Prosveshcheniya St., Novocherkassk 346428, Russia

efimovnn40@mail.ruФилимоновВ. Р.FilimonovV. R.

Филимонов Владимир Романович, магистрант

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Россия

Vladimir R. Filimonov, Master’s Degree Student

132, Prosveshcheniya St., Novocherkassk 346428, Russia

vladimir.filimonoff2016@yandex.ruУренгойская ГРЭС», филиал АО «Интер РАО – Электрогенерация»РоссияUrengoyskaya GRES, branch of JSC Inter RAO – Electric Power PlantsRussian FederationЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М. И. ПлатоваРоссияPlatov South-Russian State Polytechnic UniversityRussian Federation202208102022263499507Copyright © Скиданов М.А., Папин В.В., Безуглов Р.В., Дьяконов Е.М., Ефимов Н.Н., Филимонов В.Р., 20222022Скиданов М.А., Папин В.В., Безуглов Р.В., Дьяконов Е.М., Ефимов Н.Н., Филимонов В.Р.Skidanov M.A., Papin V.V., Bezuglov R.V., Dyakonov E.M., Efimov N.N., Filimonov V.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/631

Цель – произвести анализ влияния подогрева воздуха перед компрессором газотурбинной установки при использовании штатной системы замкнутого контура подогрева воздуха с подводом тепла от тепловой сети Уренгойской городской районной электрической станции на экономичность работы блока ПГУ-450 и данной электростанции в целом. В работе использовался сравнительный анализ данных, полученных в результате сравнения имеющихся заводских характеристик газовых турбин ГТЭ-160 (SGT5-2000E), принятых режимов работы систем подогрева воздуха (замкнутый контур подогрева воздуха и антиобледенительная система) и результатов влияния работы указанных систем на удельный расход топлива блока ПГУ-450 и Уренгойской электростанции по данным ежедневных расчетов технико-экономических параметров работы энергоустановок. В результате проведенных натурных испытаний системы подогрева воздуха при номинальной нагрузке энергоблока ПГУ-450 установлено, что оптимальная температура составила +6,4С; при подогреве воздуха с -5,0С до +6,4С удельный расход условного топлива на 1 кВт.ч электроэнергии снизился на 1,4 г; приведенное значение снижения удельного расхода условного топлива на отпуск электрической энергии на оборудовании пускорезервной теплоэлектроцентрали при увеличении коэффициента теплофикации составило 2,43 г, а для электростанции в целом – 2,35 г. Таким образом, использование замкнутого контура подогрева воздуха с нагревом сетевой воды без использования приводит к положительному эффекту тепловой экономичности. Подогрев воздуха перед компрессором газовой турбины приводит к увеличению ее КПД на 0,3%, дальнейшее повышение сверх оптимальной температуры приводит к снижению располагаемой мощности парогазовой установки на 3,1 МВт на каждый 1 градус.

We study the effect of preheating the air entering a gas turbine compressor using a standard closed air heating circuit system with heat supply from the heat network of the Urengoy city district power plant on the efficiency of a PGU-450 unit and this power plant as a whole. An analysis was conducted to compare the data obtained as a result of assessing the existing plant characteristics of GTE-160 gas turbines (SGT5-2000E), the adopted operating modes of air heating systems (closed air heating circuit and anti-icing system) and the effect of the operation of these systems on the specific fuel consumption of a PGU-450 unit and the Urengoy city district power plant according to the daily calculated technical and economic parameters of the power unit operation. As a result of full-scale tests carried out with the air heating system at the nominal load of a PGU-450 power unit, the optimal temperature was established to be +6.4°C. During the air heating from -5.0°C to +6.4°C, the specific consumption of the conventional fuel per 1 kWh of electricity decreased by 1.4 g. The reduced specific consumption of the conventional fuel for the supply of electric energy at an increase in the extraction ratio comprised 2.43 and 2.35 g for the equipment of the backup thermal power station and the power plant as a whole, respectively. Thus, the use of a closed air heating circuit with the unutilized network water heating leads to a positive thermal efficiency effect. The preheating of the air entering the gas turbine compressor leads to an increase in its efficiency by 0.3%. A further increase in excess of the optimum temperature leads to a decrease in the available capacity of the combined cycle plant by 3.1 MW per each degree.

сетевой подогревателькоэффициент использования тепла топливаподогрев воздуха на всасе газотурбиныгазотурбинная установка с добавлением в топливо водородаpeak network heaterfuel utilization efficiency factorgas turbine intake air heatinggas turbine with hydrogen fuel enhancementThe article was prepared with the support of a scholarship from the President of the Russian Federation to young scientists and graduate students carrying out promising research and development in priority areas of moderniza-tion of the Russian economy for 2021-2023 (Project No. SP-1061.2021.1)ReferencesКулагин В. В., Соколов М. А. Возможность повышения эффективности ГТУ за счет регенерации тепла // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королѐва. 2012. № 3-3(34). С. 57–66.Kulagin V. V., Sokolov M. A. Improving the efficiency of gas turbines by regenerating heat. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika S.P. Korolyova. 2012;3-3(34):57-66. (In Russ.).Marukhyan V. Z., Rafyan R. A. The influence of the gas turbine intake air temperature on the combined cycle operation // Известия Национальной Академии наук РА и Государственного инженерного университета Армении. Серия: Технические науки. 2011. Т. 64. С. 243–249.Marukhyan V. Z., Rafyan R. A. The influence of the gas turbine intake air temperature on the combined cycle operation. Izvestiya Nacional'noj Akademii nauk RA i Gosudarstvennogo inzhenernogo universiteta Armenii. Seriya: Tekhnicheskie nauki. 2011;64:243-249.Смирнов А. И., Богатова Т. Ф. Влияние степени повышения давления на эффективность ГТУ и ПГУ // Труды II науч.-техн. конф. молодых ученых Уральского энергетического института (г. Екатеринбург, 15–19 мая 2017 г.). Екатеринбург: Изд-во УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2017. С. 51–54.Smirnov A. I., Bogatova T. F. Influence of pressure ratio on GTU and CCP efficiency. In: Trudy II nauchno-tekhnicheskoj konferencii molodyh uchenyh Ural'skogo energeticheskogo instituta = Proceedings if the 2nd scien-tific and technical conference of young scientists of Ural Power Engineering Institute. 15–19 May 2017, Ekaterin-burg. Ekaterinburg: Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin; 2017, p. 51-54. (In Russ.).Бунькова О. И., Богатова Т. Ф., Чернова М.Б. Влияние режимных факторов на экономичность работы ГТУ // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти проф. Данилова Н. И. (г. Екатеринбург, 10–14 декабря 2018 г.). Екатеринбург: Изд-во УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2018. С. 919–923.Bun'kova O. I., Bogatova T. F., Chernova M. B. Influ-ence of regime factors on effectivenss of GTU perfor-mance. In: Energo- i resursosberezhenie. Energoobespechenie. Ne-tradicionnye i vozobnovlyaemye istochniki energii. Atomnaya energetika: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh, posvyashchennoj pamyati prof. Danilova N. I. = Energy and resource saving. Energy supply. Non-traditional and renewable energy sources. Nuclear Energy: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists dedicated to the memory of the Profes-sor Danilov N. I. 10–14 December 2018, Ekaterinburg. Ekaterinburg: Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin; 2018, р. 919-923. (In Russ.).Каплан М. П., Дизенко Т. П. Тепловая эффективность энергетических теплофикационных ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией // Теплоэнергетика. 2002. № 8. С. 51–58.Kaplan M. P., Dizenko T. P. The thermal efficiency of cogeneration gas-turbine power installations with intermediate cooling of the air and regeneration. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2002;8:51-58. (In Russ.).Максимов М. О. Повышение эффективности комбинированного производства тепла и электроэнергии // GLOBUS. Серия: Технические науки. 2021. № 2. С. 57–66.Maksimov M. O. Increasing the efficiency of combined production heat and electricity. GLOBUS. Series: Tekhnicheskie nauki. 2021;2:57-66. (In Russ.).Менделеев Д. И., Галицкий Ю. Я. Исследование влияния абсорбционной холодильной машины на режимы работы парогазовой установки // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т. 11. № 4. С. 37–46.Mendeleev D. I., Galitskii Yu. Ya. Study of the effect of an absorption refrigeration machine on the operating modes of a combined cycle gas turbine unit. Vestnik Ka-zanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universi-teta. 2019;11(4):37-46. (In Russ.).Седнин А. В., Кушнер Д. Л. Парогазовые энергетические установки с использованием газопоршневых агрегатов и паротурбинных установок на органическом теплоносителе // Труды Академэнерго. 2014. № 1. С. 62–77.Sednin A. V., Kushner D. L. Combined cycle power applications applied internal combustion engine bottoming with organic Rankine cycles. Trudy Akademenergo. 2014;1:62-77. (In Russ.).Евенко В. И., Стребкова А. С. Анализ топливной экономичности газотурбинных ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2006. № 10. С. 74–77.Evenko V. I., Strebkova A. S. Analysis of the fuel effi-ciency of gas-turbine cogeneration stations. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2006;10:74-77. (In Russ.).Галишина Г. В., Гришин А. Н. Парогазовая установка на базе газотурбинной установки GT26 и котла-утилизатора П-96 // Молодежный вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2020. № 1. С. 38–40.Galishina G. V., Grishin A. N. Combined-cycle gas turbine unit on the basis of GT26 gas-turbine and P-96 recovery boiler. Molodezhnyj vestnik Ufimskogo gosudar-stvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo universiteta. 2020;1:38-40. (In Russ.).Марьин Г. Е., Осипов Б. М., Ахметшин А. Р., Савина М. В. Добавление водорода к топливному газу для повышения энергетических характеристик газотурбинных установок // iPolytech Journal. 2021. Т. 25. № 3. С. 342–355. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-3-342-355.Marin G. E., Osipov B. M., Akhmetshin A. R., Savina M. V. Adding hydrogen to fuel gas to improve energy performance of gas-turbine plants. iPo-lytech Journal. 2021;25(3):342-355. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-3-342-355.Марьин Г. Е., Осипов Б. М., Ахметшин А. Р. Исследование применения водорода в качестве топлива для улучшения энергетических и экологических показателей работы газотурбинных установок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 2. С. 84–92. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-84-92.Marin G. E., Osipov B. M., Akhmetshin A. R. Research of the application of hydrogen as a fuel to improve energy and environmental performance of gas turbine plants. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki = Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2021;23(2):84-92. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-84-92.Султанов М. М., Курьянова Е. В. Техникоэкономическая оценка параметров тепловых схем ТЭС с водородным генератором // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 2. С. 46–55. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2-46-55.Sultanov M. M., Kuryanova E. V. Technical and economic assessment of the parameters of thermal schemes of thermal power plants with a hydrogen generator. Problemy energetiki = Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2021;23(2):46-55. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-2- 46-55.Рыбаков Б. А., Буров В. Д. Сжигание водородсодержащего газа в ГТУ и ПГУ // Новое в российской электроэнергетике. 2021. № 10. С. 30–41.Rybakov B. A., Burov V. D. Combustion of hydrogen-containing gas in combined cycle gas turbine and co-generation installations. Novoe v rossijskoj elektroenergetike. 2021;10:30-41. (In Russ.).Amirante R., Cassone Е., Distaso Е., Tamburrano P. Overview on recent devel-opments in energy storage: mechanical, electrochemical and hydrogen technologies // Energy Conversion and Management. 2017. Vol. 132. P. 372–387. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.11.046.Amirante R., Cassone Е., Distaso Е., Tamburrano P. Overview on recent developments in energy storage: mechanical, electrochemical and hydrogen technologies // Energy Conversion and Management. 2017;132:372-387. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.11.046.Contino F., Moret S., Limpens G., Jeanmart H. Whole-energy system models: the ad-visors for the energy transition // Progress in Energy and Combustion Science. 2020. Vol. 81. Р. 100872. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2020.100872.Contino F., Moret S., Limpens G., Jeanmart H. Whole-energy system models: the ad-visors for the energy transition. Progress in Energy and Combustion Science. 2020;81:100872. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2020.100872.Bontempo R., Manna M. Work and efficiency optimization of advanced gas turbine cycles // Energy Conversion and Management. 2019. Vol. 195. P. 1255–1279. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.087.Bontempo R., Manna M. Work and efficiency optimization of advanced gas turbine cycles. Energy Conversion and Management. 2019;195:1255-1279. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.03.087.Colmenar-Santos A., Gómez-Camazón D., RosalesAsensio E., Blanes-Peiró J.-J. Technological improvements in energetic efficiency and sustainability in existing combined-cycle gas turbine (CCGT) power plants // Applied Energy. 2018. Vol. 223. P. 30–51. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.191.Colmenar-Santos A., Gómez-Camazón D., Rosales-Asensio E., Blanes-Peiró J.-J. Technological improvements in energetic efficiency and sustainability in existing combined-cycle gas turbine (CCGT) power plants. Applied Energy. 2018;223:30-51. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.191.Усмонов Н. О., Ахматова С. Р. Оптимальные параметры регулирования режимов работы газотурбинных установок // Молодой ученый. 2016. № 11. С. 515–518.Usmonov N. O., Ahmatova S. R. Optimal parameters for regulating gas turbine installation operation modes. Molodoj uchenyj. 2016;11:515-518. (In Russ.).Fan Kunle, Yang Cheng, Xie Zhuli, Ma Xiaoqian. Loadregulation characteristics of gas turbine combined cycle power system controlled with compressor inlet air heating // Applied Thermal Engineering. 2021. Vol. 196. P. 117285. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117285.Fan Kunle, Yang Cheng, Xie Zhuli, Ma Xiaoqian. Load-regulation characteristics of gas turbine combined cycle power system controlled with compressor inlet air heating. Applied Thermal Engineering. 2021;196:117285. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117285.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.