Сделай Сам Свою Работу на 5

Парогазовые установки с впрыском пара





Принципиальная схема и теоретический цикл простейшей ПГУ с впрыском пара представлены на рисунке 4.1 и 4.2. Атмосферный воздух сжимается компрессором и подается в камеру сгорания, в которой происходит сгорание природного газа или распыленного жидкого газотурбинного топлива. Обессоленная вода под давлением, превышающим давление в газовом потоке, подается через поверхности нагрева экономайзера, использующие теплоту уходящих после турбины газов, на впрыск в газовый поток. Впрыскиваемый пар подается непосредственно в камеру сгорания. В результате смешения потоков газа и пара объем рабочего тела, проходящего через газопаровую турбину, увеличивается, что приводит к увеличению мощности турбины. Единый цикл парогазовой смеси можно условно разделить на газовый и паровой, как это показано на рисунке 4.2. Конфигурация этих двух циклов не выявляет очевидных термодинамических преимуществ такого комбинирования, тем более что пароводяной цикл, в котором пар поступает на выхлоп, характеризуется, как известно, низким КПД. Эффективность установки может быть оценена в результате расчета реальных процессов.



Очень привлекательной особенностью схемы является ее крайняя простота, а недостатком - необходимость подачи значительного количества обессоленной воды, которая выбрасывается в атмосферу в виде пара вместе с продуктами сгорания топлива. Конденсация и использование образующейся воды и скрытой теплоты парообразования в простой схеме невозможны. Это может быть связано со значительными трудностями. Однако, последние исследования показывают возможность и перспективность таких решений.

Тепловой расчет рассматриваемой схемы отличается существенными особенностями. Рабочими телами здесь являются воздух, продукты сгорания топлива, вода и образующийся из нее насыщенный, а затем перегретый пар, который смешивается с продуктами сгорания. Образовавшаяся парогазовая смесь совершает работу в турбине, поступает в хвостовую часть установки и далее выбрасывается в атмосферу. В частях установки, где происходит подогрев воды, парообразование и перегрев пара для определения количества теплоты энтальпии пара должны определяться по таблицам воды и водяного пара. Вследствие сравнительно высоких температур парогазовой смеси и низких парциальных давлений водяного пара в проточной части турбины и других элементах схемы процессы, происходящие с водяным паром в газовом потоке, не заходят в область насыщения, а находятся далеко за ее пределами. Поэтому их можно рассчитывать по уравнениям для идеальных газов. Процессы в теплообменных аппаратах протекают практически при постоянных давлениях. Поэтому количество передаваемой в них теплоты можно определять по изменению энтальпии, а последнюю - по средней теплоемкости при постоянном давлении от 0 до t°C. Теплоемкости и энтальпии могут определяться по данным для соответствующих газов и по зависимостям для их смесей.



- компрессор; 2 - камера сгорания; 3-4 - газовая турбина; 5 - регенератор-парогенератор; 6 - электрогенератор; 7 - водяной насос. В-воздух, Т - топливо, УГ - уходящие газы, W - вода, ПП - перегретый пар.

Рисунок 4.1. Схема ПГУ с впрыском пара перед газовой турбиной

16. Общие принципы комбинирования циклов. Бинарные и составные циклы.

 

Бинарные циклы

На основании проведенного рассмотрения циклов теплосиловых установок

можно сформулировать требования к свойствам наиболее удобного (с термодина-

мической и эксплуатационной точек зрения) рабочего тела. Эти требования таковы:

1. Рабочее тело должно обеспечивать возможно более высокий коэффициент

заполнения цикла. Для этого рабочее тело должно иметь возможно меньшую

изобарную теплоемкость в жидком состоянии [в этом случае изобары в T, s-диа-



грамме, наклон которых определяется величиной , будут идти

достаточно круто, приближаясь к вертикали]. Желательно также, чтобы рабочее

тело обладало возможно более высокими критическими параметрами: при

одной и той же температуре насыщенного пара больший коэффициент заполне-

ния имеет цикл, осуществляемый с рабочим веществом с более высокими кри-

тическими параметрами.

2. Свойства рабочего тела должны быть такими, чтобы высокая верхняя тем-

пература при достаточно высоком коэффициенте заполнения цикла обеспечива-

лась при не слишком высоком давлении пара, т.е. чтобы высокий термический

КПД достигался без перехода к чрезмерно высоким давлениям, которые приво-

дят к большому усложнению установки. Вместе с тем рабочее тело должно быть

таким, чтобы его давление насыщения при низшей температуре цикла (т.е. тем-

пературе, близкой к температуре окружающей среды) было не слишком низким;

слишком низкое давление насыщения потребует применения глубокого вакуума

в конденсаторе, что сопряжено с большими техническими сложностями.

3. Рабочее тело должно быть недорогим; оно не должно быть агрессивным

в отношении конструкционных материалов, из которых выполняется теплоси-

ловая установка; оно не должно причинять вреда обслуживающему персоналу

(т.е. не должно быть токсичным).

К сожалению, в настоящее время рабочие тела, в должной мере удовлетворяю-

щие всем этим условиям, неизвестны. Самое распространенное рабочее тело в

современной теплоэнергетике — вода — не удовлетворяет условию достаточно

низкой теплоемкости в жидкой фазе, но удовлетворяет условию не слишком низ-

кого значения давления в конденсаторе; вода является вполне подходящим рабо-

чим телом для низкотемпературной части цикла. Однако достижение высоких

коэффициентов заполнения пароводяного цикла сопряжено с необходимостью

перехода к высоким давлениям; при этом вследствие сравнительно невысокой

критической температуры длина изобарно-изотермического участка двухфазной

области уменьшается, что снижает темп роста коэффициента заполнения цикла

при переходе к высоким давлениям. Именно вследствие этого средняя темпера-

тура подвода теплоты в пароводяном цикле сравнительно невысока, что, как

показано в § 11.3, приводит к значительным потерям работоспособности.

Другим рабочим телам присущи иные недостатки. Так, например, ртуть

имеет невысокое давление насыщения при высоких температурах и высокие

критические параметры pкр = 151 МПа, Tкр = 1490 °С, а при температуре, напри-

мер, 550 °С давление насыщения составляет всего лишь 1420 кПа; это позволяет

осуществить цикл Ренкина на насыщенном ртутном паре без перегрева с доста-

точно высоким термическим КПД. Однако при температурах, близких к темпе-

ратуре окружающей среды, давление насыщения ртути слишком мало: при Т =

= 30 °С ps

= 0,36 Па, давлению же, обычно применяемому в конденсаторах паро-

вых турбин (ps ≈ 4 кПа), соответствует слишком большая температура насыщения

ртути Ts

= 217,1 °С. Термический КПД цикла со столь высокой нижней температурой был бы невелик. Таким образом, ртуть как рабочее тело хороша для верх-

ней (высокотемпературной) части цикла и неудовлетворительна для нижней.

Так как в настоящее время нет рабочих тел, удовлетворяющих перечислен-

ным требованиям во всем температурном интервале цикла, то можно осущест-

вить цикл, используя комбинацию двух рабочих тел, применяя каждое из них

в той области

 

 

15 Работа сжатия в компрессоре ГТУ и пути ее уменьшения. Многоступенчатое сжатие.

 

При одноступенчатом сжатии работа по повышению давления от до осуществлялась бы по кривой 1-8, а работа, затраченная на сжатие была бы равна площади а-1-2-8-d-a - диаграмма(а).

Промежуточное охлаждение приводит так же к уменьшению температуры в конце сжатия. На диаграмме (б) количество теплоты отведенной от газа после сжатия в первой ступени равна заштрихованной пл. 2-3-f-e-2, а после второй ступени пл. 4-5-h-g-4.

 

В результате промежуточного охлаждения в компрессоре процесс сжатия приближается к изотермическому. При бесконечно большом числе промежуточных охладителей процесс сжатия будет изотермическим (а) линия 1-3-5-7.

Степень повышения давления в каждой ступени при общем числе определяется соотношением:

В конечном итоге целесообразность использования многоступенчатого сжатия определяется технико-экономическим обоснованием.

 

Достижение этих целей возможно за счёт

1. Повышения параметров рабочего цикла (температурой перед турбиной, степени сжатия ОК, что в свою очередь возможно использовать жаропрочные материалы для лопаток ГТ, покрытие лопаток или за счёт специальных конструкций лопаток обеспечивающих их охлаждение).

2. Разработка ГТУ по схеме с многоступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха в ОК.

3. Утилизация тепла отходящих газов (применение регенеративных циклов, парогазового цикла, использование утилизационных аппаратов).

4. Применение схем ГТУ (впрыск воды в КС ГТУ).

5. Создание автоматизированных систем контроля технического состояния ГТУ, диагностики и прогнозирования дефектов на ранних стадиях их развития.

6. Совершенствование камеры сгорания для оптимизации процессов горения и обеспечение равномерного температурного поля перед ГТ.

 

Повышение эффективности использования продуктов сгорания.

 

КПД ГТУ, применяемых в газовой промышленности, колеблется от 20 до 32%. Большая часть теплоты теряется с выхлопными газами. Использование теплоты продуктов сгорания возможно в следующих направлениях:

- подогрев циклового воздуха сжатого в ОК до подачи в КС (регенерация)

- нагрев воды в системе теплоснабжения и горячего водоснабжения (утилизация)

- нагрев воды до состояния перегретого пара в котле–утилизаторе для совершения им механической работы на паровой турбине (парогазовой установки)

- регенерация тепла в ГТУ повышает КПД на 3-4%

 

14 Простейший регенеративный цикл ГТУ. Степень регенерации.

 

Использование тепла уходящих газов (регенерация)

 

Регенерация тепла в ГТУ повышает КПД ГТУ на 3-4%. В качестве теплообменных аппаратов используются воздухоподогреватели (регенераторы) пластинчатого или трубчатого типа.

Теплообменная поверхность воздухонагревателя I типа выполнена из профилированных листов, II типа из пучков трубок.

Степень регенерации характеризует полноту отдачи тепла цикловому воздуху отходящими газами 0,7-0,85.

Рис. 97. Степень регенерации

T1 – атмосферная

T2 – после осевого компрессора

T3 – перед турбиной

T4 – выхлопные газы

T5 – перед камерой сгорания

 

1. Увеличение степени регенерации возможно за счёт увеличения поверхности теплопередачи, что приведёт к значительной металлоёмкости и массы воздуха подогревателя.

 

2. Нагрев воды систем и водоснабжения и тепло – выходящими газами широко применяются на КС.

 

Влияние впрыска воды на ГТД с регенерацией тепла.

 

При вводе жидкости в тракт высокого давления ГТД с регенерацией тепла (между компрессором и выходом из камеры сгорания) возрастает удельная мощность и снижается удельный расход топлива при поддержании и степени регенерации цикла. При вводе 3% воды в сечении за компрессором передаваемое тепло возрастет на 8%, а при впрыске 4,46% жидкости на 12%. При вводе воды в камеру сгорания необходимое увеличение передаваемого тепла ещё больше: соответственно на 12% и 17%.

При подаче за компрессор 4,46% воды габариты теплообменника можно уменьшить на 3,8% или получить степень регенерации 0,828 и удельный расход 0,22 кг/кВ·ч, что на 9,5% ниже варианта без добавки жидкости.

 

2. 1.1. Степень регенерации

Рис. 2.1. Схема ГТУ с регенерацией; 1 – регенератор.

Одним из способов повышения к. п. д. ГТУ является при­менение регенеративного подогрева воздуха перед его поступ­лением в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха осуществляется в специальном теплообменнике — регенера­торе (рис. 2.1) за счет теплоты газов, покидающих ГТУ. Ко­личество теплоты, передаваемой воздуху в регенераторе, ха­рактеризуется степенью (коэффициентом) регенерации r, ко­торая определяется как отношение действительной величины повышения энтальпии воздуха в регенераторе к максимальной величине , при которой температура воздуха за регенератором становится равной температуре газа турбиной T4, т. е.

где энтальпия воздуха i определяется по температуре T4. Если пренебречь изменением теплоемкости срт, то

(2.1)

При T6 = Т2 степень регенерации r= 0, что соответствует ГТУ простой тепловой схемы. В предельном случае T5 = при r = 1, что может иметь место в идеальном регенераторе с бесконечной поверхностью нагрева. Таким образом, в ГТУ может применяться регенеративный подогрев воздуха, ха­рактеризуемый степенью регенерации в диапазоне от 0 до 1 (0 < r < 1).

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.