Model bloku 460 MW na parametry nadkrytyczne w programie GE GateCycle
Wstęp
Modelowany układ to blok 460 na parametry nadkrytyczne (600 ℃) wyposażony w trzy stopnie turbinowe:
- HP (High Pressure) wysokociśnieniowy
- IP (Intermediate Pressure) średniego ciśnienia
- LP (Low Pressure) niskociśnieniowy.
W układzie zastosowano dwa sposoby podwyższenia sprawności obiegu:
- Podgrzew regeneracyjny (8 wymienników regeneracyjnych zasilanych z upustów kolejnych stopni turbiny, w tym 4 wymienniki wysokociśnieniowe i 4 wymienniki niskociśnieniowe).
- Przegrzew wtórny, para po rozprężeniu w części wysokoprężnej turbiny zostaje skierowana z powrotem do kotła i z powrotem podgrzana do temperatury 600 ℃.
Założenia
| Moc nominalna netto | 460 MW |
| ciśnienie wody chłodzącej na wlocie do skraplacza | 300 kPa |
| Temperatura wody chłodzącej | 19,1 ℃ |
| Temperatura pary świeżej | 600 ℃ |
| Temperatura pary przegrzanej | 600 ℃ |
Schemat instalacji
Wyniki symulacji
| Sprawność | 44.4739% |
| Moc netto | 447,6117 MW |
| Moc brutto | 465,3324 MW |
| Wydatek wody chłodzącej skraplacz | 9603,39 kg/s |
Strumienie:
| Strumień | Wydatek | Ciśnienie | Temperatura | Entalpia | Stopień suchości |
| kg/sek | kPa | ℃ | kJ/kg | ||
| 1 | 336,07 | 34505,2 | 600,00 | 3399,86 | 1 |
| 11 | 26,68 | 8162,2 | 367,07 | 3040,82 | 1 |
| 12 | 309,39 | 5142,1 | 306,63 | 2941,48 | 1 |
| 13 | 17,33 | 2747,7 | 505,09 | 3470,33 | 1 |
| 14 | 15,06 | 1224,5 | 390,57 | 3240,80 | 1 |
| 15 | 12,37 | 541,1 | 288,16 | 3039,20 | 1 |
| 16 | 12,55 | 230,2 | 202,28 | 2873,64 | 1 |
| 17 | 10,70 | 89,5 | 117,56 | 2712,72 | 1 |
| 18 | 11,62 | 26,7 | 66,47 | 2539,79 | 0,9654 |
| 19 | 203,16 | 5,0 | 32,90 | 2332,14 | 0,9053 |
| 22 | 26,61 | 5142,1 | 306,63 | 2941,48 | 1 |
| 3 | 282,78 | 5142,1 | 306,63 | 2941,48 | 1 |
| 30 | 214,78 | 5,0 | 32,90 | 137,77 | 0 |
| 31 | 214,78 | 1600,0 | 33,00 | 139,66 | 0 |
| 32 | 214,78 | 1600,0 | 63,47 | 266,93 | 0 |
| 33 | 214,78 | 1600,0 | 93,56 | 393,09 | 0 |
| 34 | 238,03 | 1600,0 | 91,23 | 383,28 | 0 |
| 35 | 238,03 | 1600,0 | 121,73 | 512,06 | 0 |
| 36 | 238,03 | 1600,0 | 151,84 | 640,79 | 0 |
| 37 | 250,39 | 1600,0 | 150,67 | 635,72 | 0 |
| 38 | 336,07 | 1200,0 | 187,96 | 798,43 | 0 |
| 39 | 336,07 | 34505,2 | 194,37 | 843,05 | 0 |
| 4 | 282,78 | 5142,1 | 600,00 | 3663,34 | 1 |
| 40 | 336,07 | 34505,2 | 226,02 | 981,57 | 0 |
| 41 | 336,07 | 34505,2 | 262,67 | 1147,69 | 0 |
| 42 | 336,07 | 34505,2 | 293,37 | 1294,14 | 0 |
| 43 | 336,07 | 34505,2 | 297,00 | 1312,05 | 0 |
| 50 | 11,62 | 26,7 | 39,00 | 163,31 | 0 |
| 51 | 23,25 | 89,5 | 69,47 | 290,80 | 0 |
| 52 | 23,25 | 1600,0 | 69,61 | 292,62 | 0 |
| 53 | 12,55 | 230,2 | 97,23 | 407,48 | 0 |
| 54 | 12,37 | 541,1 | 127,73 | 536,84 | 0 |
| 55 | 12,37 | 1600,0 | 127,88 | 538,17 | 0 |
| 56 | 70,62 | 2747,7 | 200,37 | 854,52 | 0 |
| 58 | 26,68 | 8162,2 | 268,67 | 1177,64 | 0 |
| 59 | 17,33 | 2747,7 | 348,53 | 3119,60 | 1 |
| 6 | 238,03 | 541,1 | 288,16 | 3039,20 | 1 |
| S0 | 250,39 | 541,1 | 288,16 | 3039,20 | 1 |
| S1 | 9603,39 | 300,0 | 19,11 | 80,43 | 0 |
| S7 | 9603,39 | 100,0 | 19,10 | 80,19 | 0 |
| S8 | 9603,39 | 300,0 | 30,23 | 126,88 | 0 |
| S9 | 53,29 | 5142,1 | 232,02 | 1000,17 | 0 |
Charakterystyki dla zmiennego obciążenia kotła
Moc netto [MW]
| Obciążenie kotła | Strumień pary [kg/s] | on-design | off-design |
| 100,00% | 336,07 | 447,614 | 447,614 |
| 87,50% | 294,06 | 391,665 | 399,821 |
| 75,00% | 252,05 | 335,705 | 350,062 |
| 62,50% | 210,04 | 279,753 | 297,491 |
| 50,00% | 168,04 | 223,811 | 242,224 |
Moc netto zmniejsza się wraz ze zmniejszaniem obciążenia kotła, w większym stopniu w przypadku on-design.
Sprawność [%]
| Obciążenie kotła | Strumień pary [kg/s] | on-design | off-design |
| 100,00% | 336,07 | 44,474 | 44,474 |
| 87,50% | 294,06 | 44,474 | 44,389 |
| 75,00% | 252,05 | 44,474 | 44,163 |
| 62,50% | 210,04 | 44,474 | 43,846 |
| 50,00% | 168,04 | 44,474 | 43,351 |
W trybie on-design wszystkie parametry elementów układu są przeliczane na nowo (powierzchnia wymienników ciepła itp.), aby zapewnić optymalną pracę – sprawność jest stała.
W trybie off-design zachowane są parametry początkowe elementów układu, tak jak to ma miejsce w rzeczywistym obiekcie. W efekcie ograniczanie obciążenia kotła obniża sprawność. Przy zrzucie obciążenia do 50% nominalnego przepływu pary świeżej sprawność spada o ponad jeden punkt procentowy.
Wydatek wody chłodzącej [kg/s]
| Obciążenie kotła | Strumień pary [kg/s] | on-design | off-design |
| 100,00% | 336,07 | 9603,39 | 9603,39 |
| 87,50% | 294,06 | 8405,85 | 9603,39 |
| 75,00% | 252,05 | 7204,98 | 9603,39 |
| 62,50% | 210,04 | 6002,37 | 9603,39 |
| 50,00% | 168,04 | 4801,8 | 9603,39 |
W przypadku off-design wydatek wody chłodzącej jest stały, ze względu na stałe parametry skraplacza wymuszane przez ten tryb obliczeń.
W przypadku on-design dla mniejszych obciążeń program wylicza optymalne wymiary skraplacza i dobiera nowy, proporcjonalnie niższy strumień wody.
Wnioski
Wyniki obliczeń otrzymane metodami on-design i off-design różnią się zasadniczo, metody te używane są do różnych celów.
On-design
Stosowane w celu poszukiwania optymalnych rozwiązań na etapie projektowania, przebudowywania instalacji energetycznych.
Off-design
W celu symulacji pracy instalacji (istniejących bądź projektowanych) w zmiennych warunkach pracy, na przykład dla:
- zmiennego obciążenia kotła
- zmiennej temperatury wody chłodzącej
- stanów awaryjnych.
Bibliografia
- J. Kotowicz H. Łukowicz Ł. Bartela S. Michalski, Validation of a program for supercritical power plant calculations, Archives of Thermodynamics Vol. 32(2011), No. 4, 81–89.
- B. Staniszewski, Termodynamika, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo naukowe, 1982.
- L. Damazy, M. Pawlik i F. Strzelczyk, Elektrownie, Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 2000.
- J. Szargut, Termodynamika, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013.