В последние годы на ММПП "Салют" ведутся интенсивные разработки парогазовых установок контактного типа на базе компрессора серийного авиационного двигателя. Естественно, что перед началом серийного выпуска новых установок "пилотный" образец должен пройти "обкатку" в энергосистеме для всесторонней проверки. При его размещении на конкретной площадке ТЭЦ с существующей инфраструктурой выявилось, что в первоначальную схему установки необходимо ввести ряд изменений. Эти изменения оказали влияние на выбор термодинамических параметров и потребовали провести уточненный тепловой расчет, в ходе которого были, кроме того, проверены базовые решения по ключевым узлам установки.

Одной из последних разработок ММПП "Салют" является комплексная парогазовая установка с теплонасосной установкой (ТНУ) мощностью 60 МВт (ПГУ МЭС-60). В ПГУ воздух сжимается в компрессоре и подается в камеру сгорания (КС). Туда же поступает выработанный в котле-утилизаторе (КУП) пар. Корпус КС и жаровые трубы охлаждаются энергетическим паром, который в дальнейшем смешивается с основным потоком рабочего тела на выходе из КС и обеспечивает требуемую температуру цикла. Образовавшаяся парогазовая смесь направляется в однокаскадную парогазовую турбину (ПГТ), оснащенную полностью паровой системой охлаждения открытой схемы. Мощность ПГТ используется для привода электрогенератора.

После ПГТ парогазовая смесь поступает в КУП. Пар высокого давления, полученный в пароперегревателе, подается в паровую турбину (ПТ), после которой разделяется на два потока. Один поток направляется через промежуточный пароперегреватель в зону горения и вторичную зону КС, а другой непосредственно после ПТ - в систему охлаждения первых ступеней ПГТ.

Парогазовая смесь после КУП конденсируется в контактном конденсаторе, а полученное в результате этого процесса тепло с помощью теплонасосной установки передается в теплосеть. В качестве рабочего тела в ТНУ используется водяной пар.

Предварительные расчеты показали, что механический к.п.д. ПГУ составит 52 %. Тепловая схема теплофикационной части ПГУ обеспечивает минимальные затраты мощности на привод ТНУ.

Новой установкой оснащается ТЭЦ-28, при этом устанавливаются два венца силовой турбины (СТ) и используется существующая ПТ.

При первоначально принятых термодинамических параметрах рабочего цикла мощность ПГУ возрастает до 70...75 МВт. С целью сохранения заданной мощности (60 МВт) потребовалось скорректировать первоначально принятые параметры цикла: увеличить степень сжатия в компрессоре и понизить расход воздуха. Следует заметить, что в ПГУ используется компрессор авиационного двигателя АЛ-21, и такое изменение режима приближает рабочую точку на характеристике компрессора к границе его устойчивой работы. Расчеты показали возможность обеспечения достаточных запасов устойчивости в рабочей точке с указанными выше параметрами.

При подводе достаточно большого количества пара в КС ПГУ для получения высокой температуры парогаза перед турбиной, температура продуктов сгорания в зоне горения до смешения с паром оказывается достаточно высокой и диссоциацией продуктов сгорания пренебречь уже нельзя.

Для расчета термодинамических характеристик воды и водяного пара использовалась Международная система уравнений 1997 г. для промышленных расчетов (Формуляция IF-97).

На основании результатов расчета термодинамических характеристик продуктов сгорания метана в воздухе, воды и водяного пара определялись энтальпия, энтропия, молекулярный вес и удельные теплоемкости парогазовой смеси с учетом весовых (или объемных) долей компонентов в парогазовой смеси.

Расчет ПТ выполнялся для заданных значений температуры и давления пара перед турбиной.

Для КС заданными величинами являются температура парогаза перед турбиной, давление парогаза, а также количество подаваемого пара. При помощи соотношений, выражающих собой законы сохранения массы и энергии, определялись потребный коэффициент избытка воздуха в КС и параметры парогазовой смеси перед турбиной компрессора.

Паропроизводительность КУП определяется располагаемым теплоперепадом по газовому тракту, а также теплом, которое требуется передать пару для нагрева до заданной температуры. Величина паропроизводительности КУП рассчитывалась при помощи уравнения теплового баланса для КУП.

Расчет ПГУ проводился методом итераций до выполнения условий совместной работы всех элементов, входящих в состав ПГУ.

Результаты, полученные в соответствии с вышеописанной методикой, подтвердили возможность получения заданной мощности ПГУ при условии изменений схемы установки и параметров термодинамического цикла с некоторым снижением (относительно первоначального варианта) к.п.д., значение которого в документации (с учетом возможных производственных отклонений) на ПГУ МЭС-60 следует указывать 51 % - 2 %. Кроме того, полученные результаты расчета послужат исходными данными для детального проектирования элементов ПГУ.

Расчётная схема для ТЭЦ-28 : Г - генератор, Д - дымосос, И - испаритель, К - компрессор, КК - контактный конденсатор, КС - камера сгорания, КУП - котел утилизатор пара, ОПспгт - охлаждающий пар силовой парогазовой турбины, ОПтк - охлаждающий пар турбины компрессора, ОСВ - обратная сетевая вода, ПП - пароперегреватель, ПСВ - прямая сетевая вода, ПТ - паровая турбина, Р - редуктор, С - сепаратор, СВ - сетевая вода, СПГТ - силовая парогазовая турбина, ТК - турбина компрессора, ТНУ - теплонасосная установка, Э - экономайзер, ЭкП - экологический пар, ЭнП - энергетический пар