Альтернативой бинарной ПГУ является ПГУ с впрыском пара в камеру сгорания ГТУ, или ПГУ смешения (ПГУ–STIG). Ее основное отличие от бинарной состоит в отсутствии конденсационной паровой турбины с конденсатором и соответствующей системой охлаждения. Паровая турбина позволяет использовать для выработки электроэнергии больший перепад энтальпий выработанного в котле–утилизаторе (КУ) пара. Часть пара, подаваемого в КС после паровой турбины, через фронтовые устройства (горелки) вводится в зону горения для подавления образования оксидов азота, однако основная доля вводимого пара используется для охлаждения жаровой трубы КС и смешивается с продуктами сгорания уже по завершении процесса горения, обеспечивая расчетные среднюю температуру и поле скоростей на выходе КС. Кроме того, пар используется для охлаждения горячих венцов турбины.
Состав оборудования ПГУ смешения проще, а удельные капвложения меньше, чем в ПГУ бинарного цикла. По своей технологической схеме ПГУ смешения является наиболее простой из всех установок комбинированного цикла.
В ПГУ при реализации цикла STIG применяется теплоутилизационный контур одного давления как наиболее простой (рисунок 4.1).T-S диаграмма комбинированного цикла (рисунок 4.2). Часть пара после пароперегрева поступает в камеру сгорания ГТУ, а другая часть идет на теплофикационные нужды.
Рисунок 4.1 – Тепловая схема установки
Рисунок 4.2-Т-S диаграмма цикла ПГУ/STIG
Выигрыш по удельной мощности ПГУ/STIG по сравнению с ГТД реализуется за счёт следующих факторов: более высоких, чем у продуктов сгорания, значений Rсм, Ср см для парогазовой смеси; большего расхода рабочего тела (за счёт ввода пара) Gсм=Gг+Gп; повышения πтс.
Для расчета термогазодинамического анализа газопаровой установки -STIG воспользуемся компьютерной программой mgts2.exe. Результаты расчета представлены в таблице 4.1, а на рисунках 4.3-4.6 представлены характеристики компрессора ВД и НД и зависимости основных параметров от dп и gп.
Таблица 4.1 – Результаты расчета газопаровой установки– STIG
ММ ГТД-2-1 (STIG) Дата 20.11.12
NT= 1 1 NR= 1 5 5 2 NK= 1 0 NQ= 0 NMK= 1 IDT= 2 NL= 1
DH1= 82.9 .00 .00 20.50 .834 .870 1500. 1263. 80.0 .360 1.000 1.000
DH2= .869 .638 1.000 .917 .520 1.000 .920 .383 4.000
BH= .980 1.000 .950 .990 .985 .985 1.000 1.000 1.000 .980 1.000 .990
DGT= .017 .000 .040 .000 .000 .000 WP= 9407.0 7507.0 3700.0
ALO=17.400 HU= .5050E+08
N NP R1 R2 R3 RWC RGOT RGPR RGO1 RGO2 RGO3 DDT
1 230 1.000 1.000 1.000 1.000 .017 .000 .040 .000 .000 .0
2 230 1.000 1.000 1.000 1.000 .017 .000 .040 .000 .000 .0
3 230 1.000 1.000 1.000 1.000 .017 .000 .040 .000 .000 .0
4 230 1.000 1.000 1.000 1.000 .017 .000 .040 .000 .000 .0
5 230 1.000 1.000 1.000 1.000 .017 .000 .040 .000 .000 .0
СХЕМА ПЕЧАТИ: NE NEY CE TK ТГ ТГП TT
ПВ ППB GПB PIB NKB MKB DKYB
ПН ППН GПН PIH NKH MKH DKYH
PIKS NKS GB PITB NTB PITH NTH
GT AKC AKS PITC NIC MKC TTK
КПД GT1 LC FC ПТС TB PB
1-й режим ГТУ : Пр.230 Gгаз= 82.95 Gпаp= .000 Gпаpo= .000
.2698E+05 325.4 .1988 734.2 1500. 1053. 770.0
1.000 1.000 82.96 4.897 .8573 .2559E+05 .2173
.9995 .9995 82.91 4.227 .8701 .1802E+05 .2301
20.49 .8340 82.91 2.587 .8680 1.786 .9159
5363. 3.015 3.015 3.989 .9187 .6964E+05 1053.
.3586 5363. .1600 2.244 1.000 288.1 .9930E+05
Продолжение таблицы 4.1
2-й режим ГТУ : Пр.230 Gгаз= 85.32 Gпаp= 2.336 Gпаpo= .250
.2704E+05 325.9 .1885 735.5 1431. 1004. 732.7
1.000 .9998 82.90 4.914 .8574 .2570E+05 .2118
1.000 1.000 82.97 4.235 .8699 .1807E+05 .2289
20.61 .8340 82.97 2.590 .8718 1.786 .9201
5096. 3.175 3.175 4.003 .9214 .6978E+05 1004.
.3782 4822. .1637 2.218 1.000 288.1 .9930E+05
3-й режим ГТУ : Пр.230 Gгаз= 87.38 Gпаp= 4.313 Gпаpo= .500
.2716E+05 326.9 .1807 736.8 1378. 966.9 704.6
1.000 .9994 82.82 4.931 .8576 .2582E+05 .2065
1.001 1.001 83.07 4.246 .8698 .1813E+05 .2278
20.73 .8339 83.07 2.592 .8747 1.786 .9232
4909. 3.300 3.300 4.022 .9232 .7010E+05 966.9
.3944 4420. .1653 2.220 1.000 288.1 .9930E+05
4-й режим ГТУ : Пр.230 Gгаз= 89.17 Gпаp= 6.015 Gпаpo= .750
.2730E+05 328.2 .1747 738.1 1336. 937.9 682.7
1.000 .9990 82.74 4.946 .8577 .2593E+05 .2015
1.002 1.002 83.18 4.258 .8696 .1820E+05 .2267
20.85 .8338 83.18 2.593 .8768 1.787 .9256
4769. 3.402 3.402 4.041 .9245 .7046E+05 937.9
.4081 4106. .1669 2.222 1.000 288.1 .9930E+05
5-й режим ГТУ : Пр.230 Gгаз= 90.75 Gпаp= 7.491 Gпаpo=1.000
.2745E+05 329.6 .1698 739.3 1303. 914.7 665.1
1.000 .9985 82.67 4.961 .8578 .2604E+05 .1968
1.003 1.003 83.29 4.269 .8694 .1827E+05 .2257
20.96 .8337 83.29 2.594 .8785 1.787 .9275
4662. 3.484 3.484 4.060 .9255 .7085E+05 914.7
.4198 3855. .1687 2.218 1.000 288.1 .9930E+05
Расчет котла-утилизатоpа одного давления
Исходные данные:
Gг = 90.75 кг/с , Tсо = 392.2 гp.C ,
Сpп = 2.2400 кДж/кг/К, Rп = 460. кДх/кг/К,
Cpг = 1.1478 кДж/кг/К,
Рпп = 2.0600 МПа , Тпп = 362.20 гp.C ,
Iпп = 3163. кДж/кг, dP1 = .2060 МПа ,
dP2 = .2060 МПа ,
Рконд = .0080 МПа , Твэкнд = 60.00 гp.C .
Результаты pасчета:
Рб = 2.2660 МПа , Тб = 219.23 гp.C ,
Тэк = 209.20 гp.C , Тгт1 = 229.20 гp.C ,
Рэк = 2.4720 МПа , Iэк = 897. кДж/кг,
dIпписп= 2266. кДж/кг, Iгт1 = 576. кДж/кг,
Iгс = 764. кДж/кг, Gп = 7.49 кг/с ,
Gконд = 7.49 кг/с , Iвхэк = 258. кДж/кг,
Gэк = 8.44 кг/с , Qэк = 5396. кВт ,
Iгвых = 517. кДж/кг, Тгвых = 177.39 гp.C .
Рисунок 4.3 – Характеристика компрессора НД
Рисунок 4.4 – Характеристика компрессора ВД
Рисунок 4.5-Зависимость основных параметров от относительного количества пара, подаваемого в камеру сгорания (dп)
Рисунок 4.6-Зависимость основных параметров от относительного расхода пара, подаваемого в камеру сгорания (gп)
В данном разделе был рассмотрен один из способов повышения мощности и КПД установки – STIG (впрыск пара в камеру сгорания). Были выполнены расчеты при различных значениях относительного расхода пара, впрыскиваемого в камеру сгорания и построены графики зависимости мощности, КПД и температуры газа от относительного расхода пара. Из графиков видно, что с увеличением относительного расхода пара мощность и КПД установки увеличиваются,удельный расход топливо и температура газа падает, что положительно влияет на надежность работы двигателя и его ресурс.
ВЫВОДЫ
В данной расчетно-графической работе были рассмотрены следующие пути повышения эффективности ГТУ:
- ПГУ с ТУК одного давления;
- ПГУ с ТУК двух давлений;
- Оптимизация давлений в КПГУ,ТУК-2
- STIG (впрыск пара на входе в камеру сгорания).
Исследовали влияние начального давления Рпп на мощность и КПД газопаровой установки при расчете ГПУ с теплоутилизационным контуром одного давления. Определили оптимальное значениеРпп=2,0МПа при котором явно виден экстремум мощности и КПД ГПУ. Значительное увеличение Рпп приводит к уменьшению Q1псу, что в свою очередь приводит к снижению мощности. Определили что КПД бинарного цикла (КПДiпгу) выше чем КПД циклов из которых он состоит КПДiпсу и КПДгту. Требование к нижнему циклу: необходимо обеспечить Nптмах.
Применение ГПУ с теплоутилизационным контуром одного давления позволило увеличить мощность и КПД по сравнению с ГТД без ТУК.
При оптимизации ТУК-2 был получен диапазон значений КПД и мощности
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
