Расчет тепловой схемы газотурбинной установки типа ГТУ-16,5

Относительный расход газа через турбину:

Расход газа через турбину –  кг/с.

Расход воздуха через компрессор – кг/с.

Расход топлива:

кг/с

где i₁ = 1377 кДж/кг –теплосодержание газа перед турбиной,

 i4 = 365 кДж/кг –теплосодержание воздуха на выходе из компрессора.

Расход воздуха на охлаждение –  кг/с.

Относительный расход топлива – остался на прежнем уровне.

 

Для теплофикационной схемы:

Коэффициент потерь давления примем , атмосферное давление кПа.

Тогда кПа.

Степень расширения газа в турбине

Давление перед турбиной кПа.

Давление за турбиной кПа.

Принимаем , ;

Температура изоэнтропийного расширения за турбиной:

 К,

  Для процесса расширения К;         ; ; кДж/(кг·К) при

Изоэнтропийный перепад энтальпий (теоретическая работа) в турбине рассчитывается по уравнению:

 кДж/кг,

Находим действительную работу расширения в турбине:

 кДж/кг,

Действительная температура газа за турбиной:

 К.

Во втором приближении К;         ; ; кДж/(кг·К) при

Изоэнтропийный перепад энтальпий (теоретическая работа) в турбине  рассчитывается по уравнению:

 кДж/кг,

Находим действительную работу расширения в турбине:

 кДж/кг,

Действительная температура газа за турбиной:

 К.

Удельная эффективная работа ГТУ  с учётом охлаждения: 

 кДж/кг,

Работа на подготовку и прокачку охладителя:

 кДж/кг.

Коэффициент возврата работы охлаждающего воздуха - .

Расход газа через турбину –  кг/с.

Расход воздуха через компрессор – кг/с.

Расход топлива:

кг/с

где i₁ = 1377 кДж/кг –теплосодержание газа перед турбиной,

 i4 = 365 кДж/кг –теплосодержание воздуха на выходе из компрессора.

Расход воздуха на охлаждение –  кг/с.

Относительный расход топлива – остался на прежнем уровне.

 

7. Технико-экономические характеристики ГТУ

 

Вариант простейшей ГТУ:

; кДж/кг; кДж/кг; кДж/кг.

Коэффициент полезной работы – 

Удельный расход газа –  кг/(кВт·ч);

Эффективный КПД ГТУ - (28%),

где расход теплоты в камере сгорания:

кДж/кг.

Удельный расход тепла ГТУ:

 кДж/(кВт·ч).

Удельный расход условного топлива:

 кг/(кВт·ч),

где для условного топлива –  29308 кДж/кг.

При отсутствии охлаждения технико-экономические характеристики ГТУ имели бы следующие значения:

 кДж/кг.

 кг/с;        .

 кг/с.

 кг/с.

, что  совпадает с предварительно принятым.

 кг/(кВт·ч).

(28,8%),

 кДж/(кВт·ч).

,

Таким образом, при отсутствии отбора воздуха на охлаждение технико-экономические  показатели ГТУ улучшаются: возрастает удельная эффективная работа, снижается расход газа, удельный расход тепла и топлива, а КПД возрастает.

 

Для теплофикационных ГТУ:

Вариант с теплофикацией, путём применения подогревателей сетевой воды (ПСВ) может дать следующие результаты.

Из предыдущих расчётов имеем  К; кДж/кг. Оценим температуру газов, покидающих ПСВ, значением К – среднестатистическое значение реализованных ГТУ с ПСВ. КПД ПСВ  примем .

Количество газов, покидающих ГТУ

=64,82+2,61=67,43 кг/с,

где - количество охлаждаемого воздуха, возвращаемое в проточной  части ГТ, обычно  кг/с, где

Иными словами, при воздушном охлаждении газовых турбин в проточную часть поступает весь охлаждающий воздух за исключением 2-3 %, идущих на охлаждение подшипников и корпуса турбины и потому безвозвратно теряемых

=67,43/67,83=0,99.

Удельное количество теплоты, теряемое с уходящими газами

(

; К; К)

кДж/кг.

Количество теплоты, теряемое с  уходящими газами

 кДж/ч

Удельное количество используемого  тепла

(

; К; К)

 .

Длительность отопительного сезона для средней полосы России при  наличии постоянных потребителей тепла определим в 7 месяцев. Тогда его относительная продолжительность . При этом коэффициент утилизации

при .

КПД ГТУ с ПСВ:

         При ; .

Удельный расход тепла

 кг/(кВт ч) при ,

 кг/(кВт ч) при

Удельный расход топлива

 кг/(кВт ч) при ,

 кг/(кВт ч) при

Таким образом, применение ПСВ даёт значительное повышение экономичности цикла.

Проведённые расчёты  позволяют сделать определённые выводы об эффективности и целесообразности применения того или иного варианта тепловой схемы ГТУ. Для наглядности полученные данные сведём в итоговую таблицу и осуществим выбор наиболее целесообразной схемы ГТУ. При этом примем: число часов работы установки в году К=7000 часов; стоимость условного топлива с_у.т.=5000 р/т;  число лет окупаемости n=3 года;

экономию удельного  топлива определяем по формуле  , (кг/кВт·ч), где =0,29 принимаем по прототипу [3, стр.9, табл.1]; а =0,28 и 0,516 соответственно (см. табл. 1).

Пусть стоимость базовой установки  ГТУ С_{уст.баз} (прототипа) равняется 90·10⁶ руб. Тогда с учетом того, что установка котла утилизатора для целей теплофикации и горячего водоснабжения увеличивает стоимость ГТУ примерно в 1,5 раза получаем стоимость установки с теплофикацией С=1,5·90·10⁶=135·10⁶руб.

Технико–экономические показатели вариантов  схемы ГТУ.

 

         Таблица №1

Параметр и его формула	Вариант схемы ГТУ
	простейшая	С теплофикацией
КПД установки hест.	0,28	0,516
Экономия удельного  расхода топлива  ∆bу.т.=bi–bбаз, кг/(кВтч).	0	0,188
Стоимость сэкономленного топлива Су.т. = ∆bу.т. Nе К су.т., руб.	0	10,8 107
Стоимость установки Суст, руб.	90 106	135 106
Годовой экономический  эффект Э=Сут–(СГТУ–Сбаз)/n, руб.	0	93 106

 

 

 

 

 

 

Выводы

 В данной курсовой работе была рассчитана ГТУ с теплофикацией и сравнена с простейшей газотурбинной установкой. При применении газотурбинной установкой с теплофикацией значительно увеличивается КПД цикла по сравнению с простейшей газотурбинной установкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Арсентьев Л.В., Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. -Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1982.-247 с.
2. Газотурбинные установки. Конструкция и расчёт. Справочное пособие / под  общ. редакцией Л.В. Арсентьева, Ф.С. Бедчер / -.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1978.-232 с.
3. Кузьмичёв Р.В. Расчёт тепловых схем и переменных режимов газотурбинных установок: Учеб. пособие. – Брянск: БГТУ.-80 с.
4. Костюк А.Г., Шерстюк А.Н. Газотурбинные установки: Учеб. пособие для вузов.-М.: Высш. шк., 1979.-254 с.
5. Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок.-М., Машиностроение, 1970.- 436 с.