расчет тепловой установки ГТУ. курсовая. Схемы, циклы и основные техникоэкономические характеристики приводных и энергетических гту
![]()
|
Для варианта бинарной парогазовой установки (ПГУ) или выработки дополнительной механической или электрической энергии (рис.1,з). ηут= (i2- i5)/( i2 -i3)= (Т2- Т5)/( Т2 -Т3) - КПД утилизации (рис.2, д); Для варианта бинарной ПГУ значение После определения opt по зависимостям в=f() по формулам (1) или (2), или по формулам (3) - (5) для вариантов утилизации КГТУ или ПГУ необходимо выбрать расч в соответствии с данными для каждого варианта рекомендациями. После определения расч = opt необходимо найти степень расширения газа в турбине Т = /, предварительно задавшись значениями , 1 и 2. Давление за турбиной Р2 определяется из выражения Р2= Р32, где Р3 - принятое в задании расчетное значение атмосферного давления. 3. Расчет основных характеристик компрессора, камеры сгорания и турбины на номинальном режиме Расчет компрессора. Основная задача его расчета заключается в определении изоэнтропийной и действительной работы сжатия и температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания на номинальном режиме. Для вариантов безрегенеративных ГТУ и установок с утилизацией теряемого тепла эта температура равна температуре воздуха за компрессором Т4, которая находится в следующей последовательности. Изоэнтропийная работа сжатия компрессора Нкс= cрвТ3( Действительная работа компрессора Нк= Нко/к, тогда Т4=Т3 + Нк/cрв. При расхождении принятого первоначально и полученного значений Т4 более 10 К расчет повторяется. Обычно вторым приближением достигается необходимая точность. Для регенеративных ГТУ температура воздуха, поступающего в камеру сгорания, Т5=Т4+(Т2-Т4), где Т2 определяется из расчета турбины. Расчет камеры сгорания. Для определения характеристик топлива и продуктов сгорания, поступающих из камеры сгорания (КС) в газовую турбину, должны быть известны состав топлива и воздуха в массовых или объемных долях. Характеристики топлива и продуктов сгорания рассчитываются по известным методам [2,9]. При курсовом проектировании в качестве топлива принимается стандартный углеводород с химическим составом С = 85% и Н = 15%, для которого низшая теплота сгорания = 44300кДж/кг и теоретическое количество воздуха L0, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива при коэффициенте избытка воздуха = I, L0=15. Поскольку при курсовом проектировании рассматриваются схемы ГТУ с одной камерой сгорания, то относительное количество воздуха qв, содержащихся в продуктах сгорания за камерой сгорания, определяется из уравнения теплового баланса, имеющего для этого случая вид [5]: где - (или для регенеративных ГТУ) энтальпия воздуха перед камерой сгорания; - энтальпия продуктов сгорания при Т1 и =1; Значение величин ( ); ; Коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания ГТУ Расчет газовой турбины. Изоэнтропийный перепад энтальпий (теоретическая работа) в турбине рассчитывается по уравнению где срг - средняя теплоемкость процесса расширения, определяемая по средней температуре процесса расширения Тср =(Т1-Т2)/2 для продуктов сгорания по рассчитанному коэффициенту избытка воздуха (прил. 1, рис.3); Т2 - теоретическая температура конца изоэнтропийного расширения в турбине, лежащая в пределах значений 400-500°С для современных ГТУ; mг=(кг-I)/ кг - принимается также по средней температуре процесса расширения газа. Задавшись в первом приближении значением После определения Hто находят действительную работу расширения в турбине Hт= тHто и действительную температуру газа за турбиной Т2=Т1-(тHт)/cрг. В ГТУ с регенерацией эта температура необходима для расчета температуры воздуха Т5, поступающего в камеру сгорания. Поскольку в начальной стадии расчета при вычислении Т5 необходимо знать неизвестные пока Т2 и , то приходится сначала задаться одной из этих величин, а потом найти остальные, используя при этом метод последовательного приближения и известное равенство Т5=Т4+(Т2-Т4), где =0,66 - 0,85 - степень регенерации. После этого уточняются значения qв, а затем Срг и Hто. Расход газа определяется по формуле Gг=Nе/Hеохл для охлаждаемой ГТУ и Gг=Nе/Hе - для охлаждаемой ГТУ. Здесь Nе - эффективная (номинальная) мощность ГТУ, кВт; Hеохл - эффективная удельная работа ГТУ с учетом потерь от охлаждения (подготовка и прокачка охлаждающего воздуха, гидравлические и термодинамические потери в проточной части турбины). где В ориентировочных расчетах следует принимать расход воздуха на охлаждение одного венца направляющих или рабочих лопаток в пределах 2%. Если, например, охлаждаются направляющие и рабочие лопатки только первой ступени (наиболее распространенный вариант), то Работа на подготовку и прокачку охладителя определяется по формуле: где В- коэффициент возврата работы для охлаждающего воздуха. В приближенных расчетах следует принимать В = 0,4. Внутренний КПД турбины (ступени) с учетом потерь от воздушного охлаждения в проточной части находится из выражения: где Если коэффициенты скорости направляющих и рабочих лопаток мт = мк = 0,97 - 0,99 - механические КПД соответственно турбины и компрессора. Для неохлаждаемой ГТУ эффективная работа определяется так же по формуле (7), но без последнего члена в правой части ( Расход топлива для большинства ГТУ Расход топлива находиться из выражений: с регенератором без регенератора где - теплосодержание воздуха на выходе из регенератора; - теплосодержание воздуха на выходе из компрессора; - теплосодержание газа перед турбиной; кс > 0,98 - 0,99 - КПД камеры сгорания (учитывает потери от недожога); В заключение расчета тепловой схемы ГТУ следует повторным расчетом еще раз проверить и уточнить значение всех параметров и величин на номинальном (расчетном) режиме. 4. Определение технико-экономических показателей ГТУ Для того, чтобы правильно оценивать теплотехнический уровень спроектированной ГТУ, иметь возможность сравнения её с лучшими аналогичными образцами и делать правильные выводы по полученным результатам, студент уже на стадии курсового проектирования должен научиться определять основные технико-экономические показатели ГТУ. Основные технико-экономические показатели, характеризующие тепловую экономичность ГТУ (удельные расходы топлива и теплоты, К.П.Д.), рассчитываются на основе энергетических характеристик турбины, компрессора, камеры сгорания, регенератора или утилизаторов тепла и вспомогательного оборудования. При полученных значениях перечисленных величин следует определить следующие технико-экономические показатели. Коэффициент полезной работы ГТУ Уточненная эффективная мощность ГТУ Удельный расход газа d=3600/Heохл, кг/(кВтч). Расход теплоты в камере сгорания Эффективный КПД установки еохл=Неохл/q1. Удельный расход теплоты ГТУ qеохл=3600/еохл, кДж/(кВтч). Удельный расход условного топлива Экономия условного топлива Для варианта простейшей ГТУ аналогичные расчеты следует повторить в предложении отсутствия охлаждения с целью определения количественных показателей вредного (с точки зрения термодинамики) влияния охлаждения. Для этого необходимо предварительно найти Не без охлаждения по известной формуле Если в задании на курсовую работу предусмотрен один из вариантов утилизации тепла уходящих газов ГТУ, то необходимо определить основные технико-экономические показатели для заданного варианта утилизации, используя для этого дополнительные сведения и рекомендации, указанные в литературе. В рассматриваемом ниже примере расчета тепловой схемы ГТУ показана последовательность определения основных технико-экономических показателей для всех вариантов утилизации тепла ГТУ. Результаты расчета заданного варианта ГТУ в сравнении с вариантом простейшей ГТУ (а для варианта простейшей ГТУ с охлаждением и без охлаждения) сводятся в таблицу. Таблица 4 Технико-экономические показатели вариантов ГТУ
Стоимость сэкономленного за 1 год условного топлива где Дополнительные затраты на переход к заданному варианту ГТУ по сравнению с базовым будут, естественно, неодинаковы. Например, установка котла-утилизатора для целей теплофикации и горячего водоснабжения увеличивает стоимость ГТУ приблизительно в 1,5 раза, а форсированной (контактной) КГТУ соответственно в 1,3 - 1,4 раза. Стоимость ГТУ с регенератором увеличивается в 1,6 - 1,7 раза по сравнению с вариантом без регенератора. Надстройка простейшей ГТУ паровой турбиной с котлом-утилизатором, конденсатором и системой регенеративного подогрева питательной воды котла (вариант бинарной ПГУ) дает наибольшее увеличение стоимости установки в 2,5 раза. С учетом изложенного годовой экономический эффект на одну установку от внедрения предлагаемого варианта ГТУ составит, руб., где n - число лет окупаемости. Число лет окупаемости установки n≤3 является одним из основных показателей для принятия решения о выборе варианта ГТУ. |