расчет тепловой установки ГТУ. курсовая. Схемы, циклы и основные техникоэкономические характеристики приводных и энергетических гту
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
Основные технико-экономические характеристики отечественных ГТУ
Таблица 2 Основные технико-экономические характеристики зарубежных ГТУ
Таблица 3 Перечень типов ГГПА, планируемых в 2003-2006 г.г. к пусконаладочным работам
Расход воды при водоиспарительном охлаждении как на входе в первый компрессор, так и при промежуточном ВИО составляет несколько процентов от расхода воздуха в ГТУ. Важно не допускать наличия капельной влаги на входе компрессора и влажного сжатия в его первых ступенях, а впрыскиваемая вода должна быть химически очищенная (или технический дистиллят). На рис.4 показан процесс сжатия воздуха в трех каскадном компрессоре без охлаждения и с внутренним водоиспарительным охлаждением между компрессорами. В обоих случаях работа сжатия в трех каскадном компрессоре (линия 3-4*) меньше работы сжатия в однокаскадном компрессоре (линия 3-4) благодаря использованию оптимального облопачивания и частоты вращения в каждом каскаде и выравниванию потока между компрессорами. Однако выигрыш в работе сжатия при водоиспарительном охлаждении получается значительно больше, чем без охлаждения (см. заштрихованные площади рис.4а и б). Снижение температуры воздуха на входе в каждый последующий компрессор при ВИО составляет 40-50°С, а расход воды на испарение 3-5% от расхода воздуха ГТУ. Следует также иметь в виду, что степень повышения давления должна нарастать от КНД к КВД, а число ступеней необходимо делать нечетным в каждом компрессоре, например 3-5-7(для уменьшения взаимовлияния ступеней и компрессоров друг на друга и уменьшения потерь энергии на сжатие воздуха). Промежуточный подогрев газа в газотурбинных установках на современном этапе их развития практически не применяется, поскольку для всех рассматриваемых схем ГТУ по технико-экономическим соображениям его использование нецелесообразно. Отечественные и зарубежные ГТУ ранее выполнялись в основном без регенератора из-за явно неудовлетворительных показателей в эксплуатации регенеративных ГТУ при недостаточно высоких требованиях к очистке воздуха и топливного газа (загрязнение поверхностей нагрева регенератора, резкое увеличение сопротивления по газу, трудность очистки и пр.). Однако в последняя время в связи с резко возросшими требованиями к подготовке воздуха и топливного газа (установка дополнительных фильтров тонкой очистки) вновь возрос интерес к созданию более экономичных регенеративных ГТУ. Вопросы утилизации тепла в безрегенеративных ГТУ решаются следующими способами: теплофикация и горячее водоснабжение (рис. 1,е), форсированные (контактные) ГТУ (рис.1,ж), выработка механической и электрической энергии, получение холода и водяного дистиллята, применение парогазовых установок (рис.1,з), комплексная утилизация. При курсовом проектировании разрабатываются простейшие ГТУ, включая одновальные и двухвальные с регенератором и без него. Другие способы утилизации тепла уходящих газов ГТУ рассматриваются как возможные варианты усовершенствования установки с учетом изменения оптимального значения степени повышения давления в цикле и с определением технико-экономических показателей ГТУ в целом. 2. Расчет зависимости КПД ГТУ от степени повышения давления при различных значениях начальных температур воздуха и газа, выбор расчетных значений параметров ГТУ тепловая схема газотурбинная установка При курсовом проектировании рассматриваются пять основных вариантов тепловых схем ГТУ: простейшая, с регенерацией, с теплофикацией, монарная ПГУ (или контактная КГТУ), бинарная ПГУ. Расчет тепловой схемы каждой ГТУ начинается с построения зависимости внутреннего КПД ГТУ в от степени повышения давления в цикле при различных значениях начальной температуры газа перед турбиной Т1 и температуры атмосферного воздуха Т3 с тем, чтобы сразу же оценить влияние этих параметров на работу ГТУ и правильно выбрать их расчетные значения. Зависимости в = f() рассчитываются для простейших циклов и ГТУ с теплофикацией, форсировкой и ПГУ по формуле:  , (1)а для циклов с регенерацией по формуле  , (2)где т, к - КПД соответственно турбины и компрессора; - коэффициент потерь давления в ГТУ;  степень регенерации или доля использования возможного теплоперепада, определяемого разностью температур отработавших газов за турбиной Т2 и воздуха на выходе из компрессора. При =0 формула 2 преобразуется в формулу 1. Для рассматриваемых типов ГТУ в расчетах можно принимать т = твд = тнд = 0,86…0,88; к = 0,85…0,87 при ≤ 15 (с увеличением к снижается). Для ГТУ без регенератора = 1,02-1,04; 1 = 2=  .Для КГТУ = 1,05 - 1,07; 1 = 1,02 - 1,03; 2 = 1,03 - 1,05. Для теплофикационных и бинарных ПГУ = 1,06 - 1,08; 1 = 1,02 - 1,04; 2 = 1,04 - 1,06. Для регенеративных ГТУ = 1,08 - 1,1; = 1 = 2; m = (к-I)/к; к = cp/cv; R = cp-cv; к; cp; R - определяются по графикам прил. 1, рис. 1-5.Для предварительных расчетов можно принимать для процессов расширения в турбине кг = 1,33 - 1,35 и кв = 1,37-1,39 для процесса сжатия в компрессоре. Зависимости в=f() при принятых значениях всех коэффициентов т; к; ; m; рассчитывают для пяти значений температурного коэффициента =Т3/Т1. За исходное значение 0=Т30/Т10 принимают его величину, определенную по нормализованному значению Т30= 288 К (15°С) и базовому значению Т10, принятому по табл. 1.1 для ГТУ соответствующего типа. Затем находят два значения 1=Т30/Т11 и 2=Т30/Т12 при неизменной температуре воздуха Т30 и двух значениях Т1, взятых на 100°С выше базового значения Т11=Т10+100 и на 100°С ниже - Т12=Т10-100. Далее определяют два других значения при неизменной базовой величине Т10 и двух произвольно взятых значениях Т3, из которых одно выше, а другое ниже исходного. Например, Т31=273 К - зима и Т32=303 К - лето. Вводя поочередно пять значений в формулу 1 или 2, получают пять графиков зависимости вмах=f(Т3) и вмах=f(Т1) по относительным значениям opt каждой кривой в=f(), с целью определения количественного влияния температур Т3 и Т1 на работу данного типа ГТУ и обоснованно выбрать расчетные значения этих температур. Обычно для Т3 берется нормальное значение, равное Т30=288 К или же Т3 указывается в задании. Выбор значения Т1 определяется используемым материалом лопаток первой ступени турбины, с ориентиром на базовый вариант ГТУ или задание. Следующим этапом расчета является выбор расчетного значения степени повышения давления расч для заданного варианта типовой схемы ГТУ. Для схем без регенерации расч принимается не выше расч ≤ 15 (ориентируясь на уже имеющиеся отечественные цикловые компрессоры), что обычно существенно ниже оптимального значения opt. Например, для ГТН-25, выполненной по простейшей схеме, при Т10=1223 К и =0,233 opt=26, обеспечить которое в однокаскадном компрессоре без заметного снижения его КПД, при традиционных принципах проектирования практически невозможно. Приходится ориентироваться на уже существующие и аэродинамически отработанные компрессоры (например, на базовые варианты ГТУ по табл. 1.1). Для варианта схемы с регенерацией opt имеет невысокие значения (opt=5-8), которые легко достигаются в однокаскадном компрессоре с малым числом ступеней, и достаточно высоким значением КПД компрессора к=0,87-0,89, поэтому для схем ГТУ с регенерацией расч=opt. Для варианта теплофикации и горячего водоснабжения (с подогревателями сетевой воды - ПСВ (рис.2,г).  , (3)где т, к - индексы, которые относятся соответственно к турбине, компрессору, (газу и воздуху); R - газовая постоянная;  - относительный расход газа через турбину   - расход воздуха через компрессор; - отношение годового числа часов работы ПСВ к годовому числу часов работы ГТУ (принимаются по согласованию с руководителем проекта); вмах - максимальное значение внутреннего КПД цикла ГТУ, полученное расчетом по формуле (1) при opt; вк - КПД водогрейного котла-утилизатора, среднее значение которого вк = 0,9; кс - КПД камеры сгорания, кс = 0,98 - 0,99; - 1,06 - 1,08. При этом варианте утилизируемое тепло определяется площадью г-5-2-ж потребитель получает тепло qтп= qсп, соответствующее площади в-3в-4в-1в-3, а теряемое тепло q2 определяется площадью а-3-5-г (рис.2,г). При 0 opt получается значительно ниже opt простейшей газотурбинной установки и для таких вариантов расч = opt, если последнее меньше 15. Если же opt 15, то расч выбирается по тем же соображениям, что и для простейших схем ГТУ. Для вариантов форсированных (контактных) КГТУ (рис. 1, ж)  , (4)где т или г, к или в и п - индексы, которые относятся соответственно к газовой турбине (газу), компрессору (воздуху) и пару;  - относительный массовый расход топлива,  = 0,015…0,03; = 1,05 - 1,08; 1 = 1,02 - 1,03; 2 = 1,03 - 1,05;вмах - максимальное значение внутреннего КПД ГТУ по зависимости в=f();  - относительный массовый расход пара, в расчетах курсовой работы  = 0,05 - 0,1, а для специально спроектированных современных КГТУ принимают равным до 0,3 и выше.Значение оптимальной степени повышения давления для контактной установки оказывается существенно ниже аналогичного параметра обычной ГТУ. Поэтому в расчетах следует принимать расч ≤ 15. КПД контактной установки будет выше КПД обычной ГТУ только в том случае, если осуществляется утилизационный подогрев (в котле-утилизаторе) воды или пара, подаваемой в камеру сгорания (рис.1,ж). Степень подогрева воды характеризуется коэффициентом утилизации, который определяет долю теплоты qут, подводимой к пароводяному рабочему телу за счет тепла уходящих газов Кут=(ie- ia)/( id -ia) (рис.2,е). При этом часть теряемой теплоты продуктов сгорания, состоящих из газа и пара, используется в утилизационном теплообменнике. Для упрощения анализа свойств контактной установки, работающей на парогазовой смеси, используют раздельное изображение газового и паровго циклов (рис.2,е). При утилизации от газового цикла используется теплота  , эквивалентная площади в-5-2-е, а от парового цикла - теплота  , эквивалентная площади и-5п-е-л. Чем больше теплота утилизации  =+(рис.2,е), тем меньше затраты теплоты сгорания топлива в паровой части  при заданном расходе воды или больше расход воды (пара) при заданном расходе топлива.При отсутствии утилизации затраты возрастают, её количество зависит от температуры вводимой воды (рис.2,е, точка а). При этом экономичность контактной установки будет несколько ниже экономичности обычной ГТУ.Для детального расчета тепловой схемы контактной ГТУ используются зависимости, приведенные в литературе [1,2]. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||