Газотурбинные и комбинированные парогазовые установки

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЗАДАНИЕ 5
2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГТ 6
3. ОПИСАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ПГУ 8
4. РАСЧЕТ ДВУХКОНТУРНОЙ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ 10
4.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 10
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ГТУ 12
4.3. РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА 17
4.4. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ 23
4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПГУ 32
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 34

Относительный внутренний КПД 2-го отсека:
= (0,92 - )(1 + ) (52)
где – средний для отсека удельный объем, рассчитывается по формуле 53.
а – коэффициент, учитывающий влажность, равен 1.
= ()0,5 (53)
= (0,16·0,353)0,5 = 0,238 м3/кг.
Находим внутренний КПД 2-го отсека (формула 52):
= (0,92 – (0,2 / 96,3·0,238))(1 + (369,6 - 700) / 20000)·1 = 0,891.
Использованный теплоперепад 2-го отсека:
= · (54)
= 262,1·0,891 = 233,6 кДж/кг.
Внутренняя мощность 2-го отсека:
= · (55)
= 96,3·233,6 = 22500 кВт.
Энтальпия пара, поступающего в камеру смешения из 2-го отсека:
= - (56)
= 3235,4 – 233,6 = 3001,8 кДж/кг.
Энтальпия пара в камере смешения (перед ЧНД ЦВД) определяется по условию смешения соотношением:
= [ + (( ) ]([(+) ( ] (57)
= [96,3·3001,8 +(17,8 – 1,9) ·2862,1] / [(96,3 + 17,8) – 1,9] = 2982 кДж/кг.
Эта энтальпия и давление = 0,679 МПа определяют все параметры пара в камере смешения: = 262,8 ºС, = 0,356 м3/кг, =7,174 кДж/(кг·К). Они используются для расчета 3-го отсека (ЧНД ЦВД).
Строя изоэнтропический процесс расширения пара в 3-ом отсеке до давления = 0,16 МПа, определяем в конце процесса расширения (перед ЦНД):
энтальпию = 2685,3 кДж/кг;
удельный объем = 1,086 м3/кг;
сухость = 0,995.
Изоэнтропический теплоперепад отсека:
= - = 2982 – 2685,3 = 296,73 кДж/кг.
Процесс расширения пересекает пограничную кривую в точке с энтальпией = 2686,6 кДж/кг, и тогда «влажная» часть процесса расширения = 1,32 кДж/кг.
Расход пара через 3-ий отсек:
= (+) ( (58)
= (96,3 + 17,8) – 1,9 = 112,2 кг/с,
а средний для отсека удельный объем
= ()0,5 (59)
= (0,353·1,086)0,5 = 0,62 м3/кг
Коэффициент, учитывающий влажность определяем по соотношению:
= 1 – 0,8·(1 - )·· (60)
= 1 – 0,8·0,001 /2 ·(1,32/296,73) = 1,
где учтено отсутствие системы влагоудаления ( = 0), а влажность в конце действительного процесса расширения принята равной = 0,001.
Относительный внутренний КПД 3-го отсека:
= (0,92 - )(1 + ) (61)
= (0,92 – (0,2/112,2·0,62))(1 + (296,73-700)/20000)·1 = 0,899.
Использованный теплоперепад 3-го отсека:
= · (62)
= 296,73·0,899 = 266,6 кДж/кг.
Внутренняя мощность 3-го отсека:
=·· (63)
=112,2·266,6 = 299180 кВт.
Энтальпия пара на выходе из ЦВД:
= - (64)
= 2982 – 266,6 = 2715,4 кДж/кг.
Параметры и дают значение сухости за ЦВД = 0,995, т.е. влажность = 0,005.
Расход пара через один поток ЦНД (отсек 4):
= = 112,2/2 = 56,1 кг/с.
Строя изоэнтропический процесс расширения пара в 4-ом отсеке до давления = 5,4 кПа, определяем энтальпию = 2220,2кДж/кг.
Изоэнтропический теплоперепад отсека:
= - (65)
= 2715 – 2220,2 = 495,11 кДж/кг.
Весь процесс расширения протекает в области влажного пара.
Коэффициент, учитывающий влажность, определяем по соотношению
= 1 – 0,8·(1 - )·· (66)
= 1 – 0,8· (1 - 0,15) ·[(0,005+0,1) /2]·(1,32/495,11) = 0,964,
где учтено протекание всего процесса расширения в области влажного пара, использование внутриканальной сепарации влаги ( = 0,15), а влажность в конце действительного процесса расширения в качестве 1-го приближения принята равной = 0,1.
Потеря с выходной скоростью определяется по характеристике выбранной последней ступени: = 18 кДж/кг и в соответствии с эмпирической зависимостью, относительный внутренний КПД 4-го отсека:
= 0,87·(1 + ) - / (67)
= 0,87· (1 + (495,11-400/10000))·0,964 – 18 / 495,11 = 0,811.
Использованный теплоперепад 4-го отсека:
= · (68)
= 495,11·0,811 = 401,3 кДж/кг.
Энтальпия пара на выходе из ЦНД:
= - (69)
= 2715 – 401,3 = 2314 кДж/кг.
Параметры и дают значение сухости за ЦНД = 0,897, т.е. влажность = 0,103. Так как ее отличие от принятого значения отличаются ничтожно, то уточнение не требуется.
Значение энтропии = 7,556 кДж/(кг ·К).
Внутренняя мощность ЦНД:
=· (70)
= 112,2·401,3 = 45030,7 кВт.
Внутренняя мощность ЦВД:
= + + (71)
= 35594,3 + 22500,2 + 29918 = 88012,5 кВт.
Внутренняя мощность паровой турбины:
= + (72)
= 88012,5 + 45030,7 = 133043,2 кВт.
Электрическая мощность паровой турбины:
= ·· (73)
= 133043,2·0,99·0,98 = 129078,5 кВт
Рисунок 6 – Изоэнтропический процесс расширения
4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПГУ
Абсолютный электрический КПД ПTУ:
= / (74)
= 129078,5 / 376574 = 0,343.
Абсолютный электрический КПД ПСУ:
= · (75)
= 0,343·0,867 = 0,297.
Электрическая мощность ПГУ:
= + (76)
= 255600 + 129078,5 = 384678,5 кВт.
Теплота, подведенная в камеру сгорания одной ГТУ:
= / (77)
= 255600 / 0,369 = 692683 кВт.
Абсолютный электрический КПД брутто ПГУ:
= / (78)
= 384678,5 / 692683 = 0,555.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе была рассмотрена парогазовая установка на базе, Дженерал Электрик, MS9001FA с двухконтурным котлом-утилизатором. Был произведен расчет тепловой схемы на номинальном режиме с определением экономических показателей ПГУ, а также приближенный расчет паровой турбины.
Так же были определены параметры пара и воды по всему тракту (давления, температуры, влажность, энтальпии и расходы); процесс расширения пара в турбине, КПД и внутренние мощности отсеков паровой турбины.
Абсолютный электрический КПД брутто ПГУ равен =0,555 (при максимально возможном 0,6), абсолютный электрический КПД ПTУ =0,343, что является нормальными показателями. Абсолютный электрический КПД ПСУ: =0,297. Электрическая мощность всей установки равна = 384,7 МВт.
Расчёт показал, что конечность влажность = 0,103
При расчете котла-утилизатора условие теплового баланса было выполнено, что свидетельствует о правильности расчета.
Выполненный расчет соответствует требуемому заданию.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Александров, А. А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок: учеб. пособ. / А.А. Александров. — М.: МЭИ, 2006. — 159 с.
Арсеньев, Л.B. Стационарные газотурбинные установки / Л.B. Арсеньев, В.Г. Тырышкин, И.А. Богов. — Л.: Машиностроение, 1989. — 543 с.
Атлас конструкций паровых и газовых турбин : [учеб. пособие для энергет. вузов и фак.] / И. Н. Будыка [и др.] ; под ред. С. А. Кантора. — М: Л: Госэнергоиздат, 1959 — 105с.
Баженов, М.И. Промышленные тепловые электростанции: учебник для вузов / М.И. Баженов [и др.]; под общ. ред. Е.Я. Соколова. — М.: Энергия, 1979. — 296с.
Безлепкин, В. П. Парогазовые установки со сбросом газов в котел / В. П. Безлепкин. — Ленинград : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. — 232 с.
Ерохин, В. Г. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники : учебное пособие для сред. спец. учеб. заведений / В. Г. Ерохин, М. Г. Маханько. — Изд. стереотип.. — М.: URSS : Либроком, 2014. — 239с.
Зысин, В.А., Комбинированные парогазовые установки и циклы/ В.А. Зысин — М.,1962. —300с.
Костюк, А.Г. Турбины тепловых и атомных электрических станций / А.Г. Костюк и др. — М.: МЭИ, 2001. — 488 с.
Кириллов, И.И. Автоматическое регулирование паровых турбин и газотурбинных установок : Учеб. для вузов по спец. "Турбиностроение" / И.И. Кирилов. — Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. — 446с.
Основы современной энергетики: учеб. для вузов: в 2 ч. / Под общей ред. Е.В. Аметистова. — 3-е изд., перераб. и доп. . — М.: МЭИ, 2004. — 375 с.
Пичугин, И.И. Особенности проектирования паровых турбин ЛМЗ/ И.И. Пичугин, И.И.Цветков А.М., Симкин М.С. / Теплоэнергетика.— 1993. — № 5. — С. 10 - 21.
Прокопенко, А.Г. Стационарные, переменные и пусковые режимы энергоблоков ТЭС / А.Г. Прокопенко, И.С. Мысак. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 317 с.
Ривкин, C.Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара / C.Л. Ривкин, А.А. Александров. — М.: Энергия, 1980. — 424 с.
Термодинамический анализ цикла ПГУ с внутрицикловой конверсией биотоплива /Энергоэффективность. — 2010.№ 12. — С. 9-12.
Трухний, А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки / А.Д. Трухний, Б.В. Ломакин. — М.: МЭИ, 2002. — 540 с.
Трухний, А.Д. Расчет тепловых схем утилизационных парогазовых установок/ Трухний, А.Д., Романюк А.А. — М.: МЭИ 2006.—325 с.
Ч. 1: Трухний, А.Д. Современная теплоэнергетика / А.Д. Трухний, А.А. Макаров, В.В. Клименко. — М.: МЭИ, 2004. — 375 с.
Сазанов, Б.В. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий: учеб. Пособие для вузов/ Б.В. Сазанов, В.И. Ситас — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 303 с.
Шегляев, А.В. Паровые турбины / А.В. Шегляев. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 384 с.
Цанев, С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: учеб. Пособие для вузов / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 584с.
31