расчет гтэ 160. Т. Ю. Короткова, В. В. Барановский
 Скачать 0.8 Mb.
|
Расчет газотурбинной установкиГазовая турбина ГТЭ-160 представляют собой одновальную машину однокорпусной конструкции. Используется для привода электрического генератора ТЗФГ-160-2МУЗ. ГТЭ-160 предназначена для работы на газообразном топливе с различной теплотой сгорания. Особенностью однокорпусной одновальной газовой турбины является то, что компрессор и турбина имеют общий ротор. Всасывание воздуха происходит из расположенной перед компрессором воздухозаборной шахты. Выходной корпус состоит из внутреннего цилиндра и наружного корпуса конусообразной формы, между которыми проходит отработавший газ. Расчет тепловой схемы газотурбинной установки ГТУ ведется с целью определения КПД установки, расходов воздуха, рабочего газа и топлива, мощности отдельных турбомеханизмов, температур газа в различных точках газового тракта установки, состава и температуры выхлопных газов, а также других данных. Рассмотрим расчет тепловой схемы газотурбинной установки, выполненной по простой схеме без промежуточного охлаждения компрессоров (ПО) и промежуточного подогрева в турбине (ПП). В состав простейшей газотурбинной установки входит компрессор 1, камера сгорания 2, газовая турбина 3, электрогенератор 4, пусковой двигатель 5 (рис. 3). Атмосферный воздух с температурой t1 поступает в компрессор, где политропно сжимается. По мере увеличения давление воздуха увеличивается и его температура. После компрессора сжатый и нагретый воздух (точка 2Д) поступает в камеру сгорания, туда же подводится топливо. После камеры сгорания горячие газы с температурой t3 поступают в газовую турбину, где расширяясь, совершают полезную работу. Далее продукты горения с температурой t 4д поступают в котел-утилизатор.  Рис. 3. Принципиальная схема простейшей ГТУ (слева) и цикл ее работы в TS-диаграмме (справа) Исходные данные для расчета газотурбинной установки (ГТУ): электрическая мощность газотурбинной установки (ГТУ) 𝑁𝑁ГТУ, МВт; температура наружного воздуха 𝑡𝑡1, °С; относительная влажность воздуха, %; температура газов перед газовой турбиной 𝑡𝑡3, °С; степень сжатия воздуха в компрессоре 𝜋𝜋к, °С; коэффициент потерь давления в ГТУ λ = 0,95; механический КПД ГТУ, учитывающий механические потери в компрессоре, газовой турбине и электрическом генераторе ηм = 0,995; 𝑜𝑜𝑜 КПД компрессора, учитывающий потери при сжатии воздуха в компрессоре𝜂𝜂к = 0,86; КПД турбины, учитывающий потери при расширении газов в турбине 𝑜𝑜𝑜 𝜂𝜂𝑇 = 0,91; КПД электрогенератора 𝜂𝜂эг = 0,982. р Топливом является природный газ с теплотворной способностью 𝑄𝑄н = = 44300 кДж/кг. Температура воздуха в конце политропного сжатия в компрессоре: к−1  𝑇𝑇1 ⋅ (𝜋𝜋к к − 1) 𝑡𝑡2д = 𝑡𝑡1 + 𝑘𝑘 , °𝐶𝐶 𝜂𝜂 𝑜𝑜𝑜 где к – показатель адиабаты для воздуха, к = 1,4. Удельная внутренняя работа сжатия в компрессоре: к−1  𝐶𝐶𝑝𝑝 ⋅ 𝑇𝑇1 ⋅ (𝜋𝜋к к − 1)𝑙𝑙к = 𝑘𝑘 , кДж/кг 𝜂𝜂 𝑜𝑜𝑜 где 𝐶𝐶𝑝𝑝 – удельная изобарическая теплоемкость при средней температуре процесса сжатия, кДж/(кг К). В процессе сжатия воздуха до 𝜋𝜋к = 4…30 температура его возрастает на 160 – 560 К. В таком случае для воздуха (𝛼𝛼 = ∞) теплоемкость воздуха можно принять 𝐶𝐶𝑝𝑝 = 1,01 ...1,02 кДж/(кг · К). Дополнительно внесем поправку в значение работы сжатия при заданной относительной влажности воздуха (%) и температуре 𝑡𝑡1 к−1 к 𝑙𝑙/ = 𝜑𝜑𝑎𝑎𝐶𝐶𝑝𝑝⋅𝑇1⋅(𝜋𝜋к к −1)  . 𝑘𝑘 , кДж/кг 𝜂𝜂𝑜𝑜𝑜 Значения поправочных коэффициентов 𝜑𝜑𝑎𝑎 на относительную влажность воздуха берутся из таблицы 1. Таблица 1 – Поправочные коэффициенты к удельной работе сжатия компрессора для учета влажности воздуха
к С учетом уточненного значения работы сжатия 𝑙𝑙/ снова определяем температуру воздуха за компрессором: / 𝑙/ 𝑡𝑡2д = 𝑡𝑡1 +к , °𝐶𝐶. Ср Далее определяем среднюю температуру сжатия воздуха в компрессоре: Т1+Т/ Тср =2д,К. 2 р Уточняем теплофизические свойства воздуха по средней температуре процесса сжатия по приложениям 3 и 4 (уточненным величинам присваивается индекс «//»): С∕∕, к∕∕: к Уточняем значение удельной работы сжатия 𝑙𝑙∕∕: ∕∕ 𝑙𝑙∕∕ = 𝜑𝜑𝑎𝑎Ср к∕∕−1 1 к ⋅𝑇 ⋅(𝜋𝜋 к∕∕ −1) кДж/кг.  к 𝑘𝑘 ,𝜂𝜂𝑜𝑜𝑜 Уточненное значение температуры воздуха за компрессором: 𝑡𝑡// 𝑙// = 𝑡𝑡1 + к , °𝐶𝐶. С 2д ∕∕ р Уточненное значение средней температуры процесса сжатия в компрессоре: Т = ∕∕ Т1 ср + Т/∕  2д , К.2 Если значения средней температуры процесса сжатия воздуха в ∕∕ ср компрессоре Тср и Т различаются незначительно (менее 2 %), дальнейшего уточнения теплофизических параметров воздуха не требуется. Если ∕∕ ср расхождение Тср и Т составляет более 2 %, то снова уточняются ср теплофизические параметры воздуха при температуре Т∕∕ и расчет повторяется, пока не будет достигнута требуемая сходимость средней температуры процесса сжатия воздуха в компрессоре. Определяем коэффициент избытка воздуха продуктов сгорания: 𝖺в = 3000−0,367Т3. 2д Т3−Т// Степень расширения рабочего тела в газовой турбине: 𝜋𝜋Т = 𝜆𝜆 ⋅ 𝜋𝜋к. Температура газов на выходе из газовой турбины: − к−1 к Т 𝑜𝑜𝑜 𝑡𝑡4д = 𝑡𝑡3 − 𝑇𝑇3 ⋅ �1 − 𝜋𝜋Т � ⋅ 𝜂𝜂 , °С. Удельная внутренняя работа расширения дымовых газов в турбине: − к−1 к Т 𝑜𝑜𝑜 𝑙𝑙Т = Ср ⋅ 𝑇𝑇3 ⋅ �1 − 𝜋𝜋Т � ⋅ 𝜂𝜂 , кДж/кг. Для начальной температуры газа на входе в газовую турбину 1000 – 1300 К в предварительных расчетах для процесса расширения может быть принято значение 𝐶𝐶𝑝𝑝 = 1,10 ...1,14 кДж/(кг К) (среднее значение 𝐶𝐶𝑝𝑝 = 1,12 кДж/(кг К) и к = 1,33). При начальной температуре газа 1300 – 1600 К может быть принято значение 𝐶𝐶𝑝𝑝 = 1,14 ...1,18 кДж/(кг К) (среднее значение 𝐶𝐶𝑝𝑝 = = 1,16 кДж/(кг К) и к = 1,33). Средняя температура процесса расширения продуктов сгорания в газовой турбине: Тср1 = Т4д + Т3 , К 2Уточняем теплофизические свойства продуктов сгорания при средней температуре процесса расширения Тср1 и коэффициенте избытка воздуха 𝖺в : С∕, к∕. Рассчитываются значения 𝑡𝑡/ и Т . Расхождение значений Т и Т р должно быть не более 2 %. 4д ср2 ср1 ср2 т После этого уточняется значение работы расширения дымовых газов в турбине 𝑙𝑙/. Удельная полезная электрическая работа цикла: 𝑙𝑙эп = (𝑙𝑙Т − 𝑙𝑙𝑘𝑘 ) ⋅ 𝜂𝜂м ⋅ 𝜂𝜂эг, кДж/кг. Определяем теплосодержание дымовых газов на выходе из камеры сгорания: ℎ3 = Ср𝑡𝑡3, кДж/кг. Теплосодержание воздуха на входе в камеру сгорания: ℎ2д = Ср ⋅ 𝑡𝑡2д, кДж/кг. Удельное количество теплоты, подведенное к рабочему телу в камере сгорания: 𝑞𝑞к.с. = ℎ3 − ℎ2д, кДж/кг. КПД газотурбинной установки: 𝜂𝜂ГТУ = 𝑙эп 𝑞𝑞к.с. 100 %. | |||||||||||||||||||||||||||||