Опорный конспект дисциплины «Источники и системы теплоснабжения предприятий», страница 22

Ниже приводится краткая сводка основных формул для теплотехнического расчёта ГТУ [4]. Электрический КПД ГТУ брутто при расходе топлива в КС В_КС (кг/с) без предварительного подогрева представляет собой отношение электрической мощности брутто N (кВт) к подводу теплоты в КС Q_КС, кВт

Q_КС = В_КСQ,                                                         (2.1)

т. е.

η = N /(В_КСQ).                                                (2.2)

В современных ГТУ его уровень не превышает 38-40 %. Это значит, что в реальном цикле теплота выхлопных газов за ГТ может составлять около 60 % и на ГТ ТЭЦ её значительная часть может быть использована в КУ для выработки пара или (и) горячей воды с целью теплоснабжения потребителей.

По аналогии с паротурбинными ТЭЦ эффективность ГТ ТЭЦ удобно оценивать с помощью КПИТ брутто (В.4), равного

η = (N+ Q_Т )/(В_КСQ),                                     (2.3)

где N и Q_Т – электрическая и тепловая мощность ГТ ТЭЦ.

На номинальном режиме работы ГТ ТЭЦ η лежит в пределах 82-89 % в зависимости от типа и характеристик исходной ГТУ и установленного КУ.

Для одновальной ГТУ (рис. 2.4)

N = (N - N/) η = Nη,                        (2.4)

где N- эффективная мощность ГТУ, кВт; η - КПД электрогенератора ГТУ;  и  - механический КПД ГТ и К; а N и N - внутренняя мощность ГТ и К, рассчитываемая по формулам (кВт),

N = G c (^в - 1) /,                                         (2.5)

N = G c (1 - ^г),                                       (2.6)

где G иG ≈ G + В - массовый расход воздуха через К и газа через ГТ, кг/с; c и c - средняя изобарная удельная теплоёмкость воздуха и газа, кДж/(кг К);  = р₂ /р₁ (по данным завода-изготовителя) и  = р₃ /р₄ =  – степень повышения давления воздуха в К и снижения давления газа в ГТ (рис. 2.4); m = (k_в – 1)/k_в = R/ cи m = (k_г – 1)/k_г = R/ c – показатель степени для воздуха и газа, а k_в и k_г – показатель адиабаты для воздуха и газа;  и  - изоэнтропный КПД К и ГТ (соответственно 0,87- 0,89 и 0,88-0,92).

Термический КПД цикла Брайтона

η = 1 - ^в                                                 (2.7)

Внутренний КПД ГТУ простого цикла рассчитывается по формуле

η = [c (1 - ^г) - c (^в - 1) /]/[-1- (^в - 1) /],       (2.8)

где = Т₃/Т₁ – температурный коэффициент (отношение начальной температуры газа перед ГТ (К) к температуре наружного воздуха (К).

На рис. 2.6 приведена зависимость η от основных характеристик ГТУ

Рис. 2.6. Внутренний КПД ГТУ

Представленные кривые свидетельствуют о возможности достижения при заданном значении Т_НТ = Т₃ и  максимума η. Например, при Т₃ = 1373 К (1100 °С) максимум η = 38,5 % достигается при  = 25, что при современном уровне компрессоростроения нереализуемо в однокорпусном К ГТУ простого цикла.

Наряду с согласованным повышением температуры газа перед ГТ Т₃ (t₃) и степени повышения давления воздуха , применяются следующие методы повышения эффективности ГТУ: 1) регенеративный подогрев воздуха перед КС (за счёт утилизации теплоты выхлопных газов ГТ в регенераторе); 2) промежуточное охлаждение воздуха в К (снижение удельной работы сжатия); 3) промежуточный подвод теплоты в КС (увеличение удельной работы расширения) [4].

Температура воздуха после К t₂и газа после ГТ t₄определяется по формулам, °С

t₂ = t₁ + Т₁ (^в - 1) /,                                                (2.9)

t₄ = t₃ + Т₃ (1 - ^г),                                             (2.10)

где t₁ (Т₁) и t₃ (Т₃) –температура воздуха на входе в К и газа на входе в ГТ, °С (К).

Тепловой баланс КС записывается в виде

Gh₂ + В_КС(Q + h_т + g_рh_р) = G₃h₃,                          (2.11)

где G < G - расход воздуха, подаваемый в КС (часть воздуха – до 10 % - из промежуточных ступеней К подаётся на охлаждение ГТ), кг/с;  h₂, h_т, h_р, h₃ – удельная энтальпия воздуха, топлива, распылителя (пара или воды) перед КС и газа после КС, кДж/кг; g_р – удельный расход распылителя, кг/кг топлива.

G и В_КС связаны зависимостью

G = L₀ В_КС,                                                   (2.12)