Расчет тепловой схемы энергетической газотурбинной установки электростанции

Расчетно-аналитическое задание №1

Расчет тепловой схемы энергетической газотурбинной установки электростанции.

 Исходные данные для вариантов расчета параметров ГТУ

Для лучшего восприятия методики расчета аналитический анализ совмещен с расчетом реального цикла ГТУ. При выполнении практического задания-  использовать исходные данные в соответствии индивидуальным вариантом.

 Целью расчета тепловой схемы ГТУ является определение параметров рабочего тела, расхода топлива и энергетических характеристик установки. В качестве примера рассмотрим расчет тепловой схемы ГТУ АО «Турбоатом» (г. Харьков) типа ГТЭ - 115 - 1170 (рис. 1.1.).

Рис.1. 1. Принципиальная  тепловая  схема ГТЭ - 115 - 1170 (ХТЗ)

ВО – воздухоохладитель; КВОУ – комплексное воздухоочистительное устройство;

1…4 – ступени газовой турбины.

Исходные данные для расчета

1. Параметры наружного воздуха (по ISO 2314):

Т_{0 НВ}=  288 К;  р_{0 НВ} = 0,1013МПа МПа,

2. Основное топливо — природный газ, имеющий следующие характерис-тики (по ГОСТ 5542):

- теплотворная способность Q^Р_Н = 43496 кДж/кг;

- плотность ρ_Т = 0,723 кг/нм³

- теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива  L₀ = 16,62 кг/кг;

- состав (% по объему): СН₄ =98,9; С₂Н₆=0,13; С₃Н₈=0,01; СО₂=0,08; N₂=0,87

3. Физическая частота вращения ротора ГТУ n_{0 Ф} = 50 с^-1,

4. Удельная приведенная частота вращения ротора  n_{0 ПР} = 1,0.

5. Удельный приведенный расход воздуха на входе в компрессор G_{0 ПР}= 1,0.

6. Физический расход воздуха на входе в компрессор G_{0 К} =395 кг/с.

Нерасчетный  режим работы ГТУ

1. Параметры наружного воздуха: Т_НВ = 268 К;  р_НВ = 0,1013 МПа.

2. Начальная температура газов на входе в газовую турбину (перед первым рядом сопловых решеток): Т_НТ=1443 К.

Ниже приведены некоторые дополнительные данные по ГТУ 115-1170.

Характеристики диффузора ГТ                                                                           Таблица 1.1

Длина, м	5,3
Внутренний диаметр, м	1.61
Наружный диаметр, м	4,068
Скорость газов на выходе из диффузора ГГ (при tНВ=15оС), м/с	78,5
КПД диффузора, %	70

Параметры проточной части ГТУ ГТЭ-115-1170                                     Таблица 1.2

Конструктивные параметры проточной части ГТ	Ступени проточной части
	1	2	3	4
Высота сопел, мм	144	207	336	510
Высота лопаток, мм	155	256	398	600
Число сопел	84	72	66	72
Число лопаток	107	86	89	97

Определение параметров рабочего  тела в осевом компрессоре                     Параметры рабочего тела в компрессоре ГТУ ГТЭ – 115 - 1170 определяем, используя совмещенную характеристику установки (рис. 1.2).

1.Удельная приведенная частота вращения ротора ГТУ:

,

приведенная частота вращения ротора ГТУ:

Рис.1.2. Совмещенная характеристика ГТЭ - 115 - 1170 (ХТЗ):

G₀=395кг/с, р^*₀=0,1013 МПа, Т^*₀=288К, n₀=3000мин^-1,  η^*_{к расч.}= η*_к+0,007

2. Приведенный расход воздуха через компрессор:

По характеристике (рис1.2) помощью величин  , и Т_НТ определяем удельный приведенный расход воздуха: =1,037, а также приведенный расход воздуха:

=·= 1,037·395 = 409,62 кг/с

3.Степень повышения давления в компрессоре по величинам и Т_НТ (рис.1.2.) π_К =13,195.

4. Изоэнтропийный КПД компрессора определяем по величинам  и Т_НТ

 (см. рис.1.2):  π_К = 0,853.

5. Давление воздуха на входе в проточную часть компрессора (здесь и далее используются параметры «полного торможения»):

р_НК=р_НВ – Δр_К.ВХ = 0,1013 — 0,0011 = 0,1002 МПа

Величину потери давления на входе в компрессор Δр_К.ВХ можно принять из интервала  0,0008…0,0013 МПа.

В первом приближении Δр_К.ВХ  = 0,0011 МПа

6. Физический расход воздуха через компрессор на нерасчетном режиме:

G_К=G_0.К ··n_ПР· = 395·1,037·1,0367·0,1002/0,1003 = 424,2 кг/с.

7. В дальнейшем определяем удельную работу сжатия воздуха в компрес- соре и температуру этого воздуха за компрессором. Расчет этих величин можно провести методом последовательных приближений по среднеариф- метической величине теплоемкости:

В первом приближении принимаем: Т_КК = 608,33 К.

Среднеинтегральная теплоемкость воздуха определяется но формуле

с_р.h = 0,9956 + 92,99 · 10^-6·(Т —273).

Теплоемкость воздуха при Т_НВ равна: с_р.h.вх = 0,9951 кДж/(кг· К).

Теплоемкость воздуха при Т_КК равна: с_р.h.вых = 1,0226 кДж/(кг· К).

Среднеарифметическая  величина теплоемкости в интервале температур

Т_НВ… Т_КК

с_р.т= (с_р.h.вх + с_р.h.вых)/2 = 1,009кДж/(кг·К).