An analysis of the effect of gas turbine compressor air preheating on the technical and economic indicators of a PGU-450 unit

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

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.

About the authors

M. A. Skidanov

Urengoyskaya GRES, branch of JSC Inter RAO – Electric Power Plants

Email: skidanov_ma@interrao.ru

V. V. Papin

Platov South-Russian State Polytechnic University

Email: vladimir_papin@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3277-9413

R. V. Bezuglov

Platov South-Russian State Polytechnic University

Email: bezuglov@npi-tu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7142-5207

E. M. Dyakonov

Platov South-Russian State Polytechnic University

Email: emdyakonov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0289-2976

N. N. Efimov

Platov South-Russian State Polytechnic University

Email: efimovnn40@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5010-6773

V. R. Filimonov

Platov South-Russian State Polytechnic University

Email: vladimir.filimonoff2016@yandex.ru

References

  1. Кулагин 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Каплан М. П., Дизенко Т. П. Тепловая эффективность энергетических теплофикационных ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией // Теплоэнергетика. 2002. № 8. С. 51–58.
  6. Максимов М. О. Повышение эффективности комбинированного производства тепла и электроэнергии // GLOBUS. Серия: Технические науки. 2021. № 2. С. 57–66.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Евенко В. И., Стребкова А. С. Анализ топливной экономичности газотурбинных ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2006. № 10. С. 74–77.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. Рыбаков Б. А., Буров В. Д. Сжигание водородсодержащего газа в ГТУ и ПГУ // Новое в российской электроэнергетике. 2021. № 10. С. 30–41.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. Усмонов Н. О., Ахматова С. Р. Оптимальные параметры регулирования режимов работы газотурбинных установок // Молодой ученый. 2016. № 11. С. 515–518.
  20. 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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).