ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 289
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Расчет газотурбинной установки
Газовая 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) ????????ГТУ, МВт; -
температура наружного воздуха ????????1, °С; -
относительная влажность воздуха, %; -
температура газов перед газовой турбиной ????????3, °С; -
степень сжатия воздуха в компрессоре ????????к, °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; -
????????????
КПД компрессора, учитывающий потери при сжатии воздуха в компрессоре????????к = 0,86; -
КПД турбины, учитывающий потери при расширении газов в турбине
????????????
???????????? = 0,91;
-
КПД электрогенератора ????????эг = 0,982.
р
Топливом является природный газ с теплотворной способностью ????????н =
= 44300 кДж/кг.
Температура воздуха в конце политропного сжатия в компрессоре:
к−1
????????1 ⋅ (????????к к − 1)
????????2д = ????????1 +
???????? , °????????
????????
????????????
где к – показатель адиабаты для воздуха, к = 1,4.
Удельная внутренняя работа сжатия в компрессоре:
к−1
???????????????? ⋅ ????????1 ⋅ (????????к к − 1)????????к =
???????? , кДж/кг
????????
????????????
где ???????????????? – удельная изобарическая теплоемкость при средней температуре
процесса сжатия, кДж/(кг К).
В процессе сжатия воздуха до ????????к = 4…30 температура его возрастает на 160 – 560 К. В таком случае для воздуха (???????? = ∞) теплоемкость воздуха можно принять ???????????????? = 1,01 ...1,02 кДж/(кг · К).
Дополнительно внесем поправку в значение работы сжатия при заданной относительной влажности воздуха (%) и температуре ????????1
к−1
к
????????/ =
????????????????????????????????⋅????1⋅(????????к к −1)
.
???????? , кДж/кг
????????????????????
Значения поправочных коэффициентов ???????????????? на относительную влажность воздуха берутся из таблицы 1.
Таблица 1 – Поправочные коэффициенты к удельной работе сжатия компрессора для учета влажности воздуха
| Температура воздуха на входе в компрессор, ????????1, С | Относительная влажность воздуха, % | |||
| 60 | 70 | 80 | 90 | |
| 10 | 1,0027 | 1,0031 | 1,0038 | 1,0044 |
| 20 | 1,0055 | 1,0065 | 1,0075 | 1,0085 |
| 30 | 1,0099 | 1,0116 | 1,0133 | 1,0154 |
| 40 | 1,0174 | 1,0210 | 1,0222 | 1,0263 |
к
С учетом уточненного значения работы сжатия ????????/ снова определяем
температуру воздуха за компрессором:
/
????/
????????2д
= ????????1 +к , °????????.
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 ????????∕∕:
∕∕
????????∕∕ = ????????????????Ср
к∕∕−1
1 к
⋅???? ⋅(???????? к∕∕
−1)
кДж/кг.
к ???????? ,????????????????????
Уточненное значение температуры воздуха за компрессором:
????????//
????//
= ????????1 + к
, °????????.
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:
????в
= 3000−0,367Т3.
2д
Т3−Т//
Степень расширения рабочего тела в газовой турбине:
????????Т = ???????? ⋅ ????????к.
Температура газов на выходе из газовой турбины:
− к−1
к Т
????????????
????????4д = ????????3 − ????????3 ⋅ �1 − ????????Т � ⋅ ???????? , °С.
Удельная внутренняя работа расширения дымовых газов в турбине:
− к−1
к Т
????????????
????????Т = Ср ⋅ ????????3 ⋅ �1 − ????????Т � ⋅ ???????? , кДж/кг.
Для начальной температуры газа на входе в газовую турбину 1000 – 1300 К в предварительных расчетах для процесса расширения может быть принято значение ???????????????? = 1,10 ...1,14 кДж/(кг К) (среднее значение ???????????????? = 1,12 кДж/(кг К) и к = 1,33). При начальной температуре газа 1300 – 1600 К может быть принято значение ???????????????? = 1,14 ...1,18 кДж/(кг К) (среднее значение ???????????????? =
= 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 ????в :
С∕, к∕. Рассчитываются значения ????????/ 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 ????????/.
Удельная полезная электрическая работа цикла:
????????эп = (????????Т − ???????????????? ) ⋅ ????????м ⋅ ????????эг, кДж/кг.
Определяем теплосодержание дымовых газов на выходе из камеры
сгорания:
ℎ3 = Ср????????3, кДж/кг.
Теплосодержание воздуха на входе в камеру сгорания:
ℎ2д = Ср ⋅ ????????2д, кДж/кг.
Удельное количество теплоты, подведенное к рабочему телу в камере сгорания:
????????к.с. = ℎ3 − ℎ2д, кДж/кг.
КПД газотурбинной установки:
????????ГТУ
= ????эп
????????к.с.
-
100 %.