Курсовой Темодинамика - Расчёт ГТУ

Содержание

Содержание

Введение

1. Подсистема “тепловой двигатель”

1.1Описание исследуемой системы

1.2 Расчёт процесса сжатия воздуха в компрессоре

1.3 Расчёт процесса сжатия топлива в “дожимном” компрессоре

1.4 Расчёт камеры сгорания

1.5 Расчёт процесса расширения рабочего тела в газовой турбине (ГТ)

1.6 Расчёт энергетических характеристик ГТУ

1.7 Изменение режима: 90%,80%,70%, 60%,50% номинальногорасхода топлива

2 Подсистема “Теплообменная группа”

2.1 Описание подсистемы

2.2 Расчёт процессов утилизации энергии дымовых газов: получения перегретого пара и нагрева сетевой воды

2.2.1 Параметры характерных точек

2.2.2 Расчёт расходов сред и теплоты процессов охлаждения дымовых газов, генерации пара, нагрев СВ

2.2.3 Баланс энергии теплообменной группы

2.2.4 Баланс теплоты теплообменной группы

3 Подсистема инженерного обеспечения

3.1 Описание подсистемы

3.2 Расчёт процесса расширения продувки

3.3 Расчёт процесса нагрева подпитки сетевой воды

3.4 Расчёт процесса нагрева питательной воды в деаэраторе

4. Эксергетический баланс

4.1 Эксергетический баланс «дожимного» компрессора (ДК)

4.2 Эксергетический баланс газотурбинной установки (ГТУ)

4.3 Эксергетический баланс электрогенератора (ЭГ)

4.4 Эксергетический баланс котла-утилизатора (КУ)

4.5 Эксергетический баланс сепаратора-расширителя продувки (С)

4.7 Эксергетический баланс деаэратора питательной воды (ДПВ)

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время при выработке электроэнергии широко используются технологии, в которых происходит преобразование тепловой энергии икопаемого топлива в механическую энергию привода генератора, а затем механическая энергия преобразуется в электрическую (паровые и газовые турбины, поршнеые двигатели). Основной недостаток этих технологий – в электрическую энергию преобразуется от 2040 % тепловой энергии реакции сгорания топлива, остальная энергия уносится рабочим телом агрегата (отработаный пар паровой турбины, выхлопные дымовые газы газотурбинной установки и т.д.). Для повышения качества использования теплоты сгорания топлива, применяют комбинированную выработку тепловой и электрической энергии – когенерацию. Сущность когенерации состоит в следующем. Энергия, уносимая из агрегата отработанным рабочим телом, используется для удовлетворения нужд теплового потребителя, т.е. идет на получение горячей воды и пара. У газовых турбин имеется значительное преимущество, поскольку энергия, уносимая из газовой турбины дымовыми газами, имеет высокий температурный потенциал, что позволяет ее использовать в широком диапазоне, позволяя вырабатывать перегретый пар высоких параметров и дополнительно нагревать сетевую воду без снижения электрической мощности. У паровых турбин это возможно при организации отборов пара высоких параметров, что значительно влияет на выработку электроэнергии. У поршневых агрегатов значительная часть энергии уносится в виде низкопотенциальной энергии охлаждающей воды, что значительно снижает область их применения при комбинированной выработке.

Подсистема “тепловой двигатель”

1.1Описание исследуемой системы.

Состоит из «дожимного» компрессора и газотурбинной установки (ГТУ).

Газотурбинная установка в свою очередь состоит из воздушного компрессора (ВК), камеры сгорания (КС), газовой турбины (ГТ) и электрогенератора (ЭГ).

«Дожимной» компрессор (ДК) – устройство, предназначенное для подъема давления топливного газа из газопровода до рабочего давления в камере сгорания газотурбиной установки.

Газотурбинная установка – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива (природного газа) в электрическую энергию.

Принцип работы ГТУ следующий. Топливо после сжатия в «дожимном» компрессоре и воздух после сжатия в воздушном компрессоре подаются в камеру сгорания, где происходит реакция окисления (сгорания) природного газа. Образующиеся в результате реакции дымовые газы поступают в газовую турбину, где, расширяясь от давления в камере сгорания до давления на выхлопе турбины, вращают ротор. Тем самым часть энергии дымовых газов преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Механическая энергия большей частью используется для привода воздушного компрессора, остальная часть идет на привод электрогенератора.

В термодинамической диаграмме цикл ГТУ представлен на рис 1.1.2.

1-2– процесс адиабатного сжатия рабочего тела в компрессоре;

1-2д–процесс необратимого сжатия рабочего тела в компрессоре;

2-3 (2д3)-процесс изобарного подвода теплоты к рабочему телу;

3-4-процесс адиабатного расширения рабочего тела в газовой турбине;

3-4д-процесс необратимого расширения рабочего тела в газовой турбине;

4-1-процесс отвода теплоты от рабочего тела.

Расчет характеристик ГТУ при изменении режима: 80%,70%, 60%,50% номинального расхода топлива представлен в таблице 1.7.2.2.

Подсистема “Теплообменная группа”

2.1 Описание подсистемы.

В результате расширения в газовой турбине большая часть химической энегрии топлива уносится дымовами газами. Для дальнейшего использования этой энергии дымовые газы охлаждаются в агрегатах теплообменной группы. Теплота процесса охлаждения идет на получение перегретого пара и нагрев сетевой воды.

Сразу дымовые газы поступают в котел-утилизатор (КУ), который состоит из следующих теплообменных поверхностей по ходу дымовых газов:

пароперегреватель, испарительная поверхность, экономайзер и сетевой подогреватель.

Изменение температур потоков (дымовых газов, воды и пара) в теплообменных поверхностях представлены на рис.2.1.1.

Определяем удельную изобарную теплоемкость дымовых газов перед экономайзером КУ с учетом температуры по формуле (1.3.4). Расчет сведем в таблицу 2.2.1.1.

Ориентировочная температура дымовых газов за котлом-утилизатором принимается равной температуре насыщения в барабане котла ( ).

Определяем удельную изобарную теплоемкость дымовых газов за котлом-утилизатором с учетом температуры по формуле (3.4). Расчет сведем в таблицу 2.2.2.1 .

нагрузке.

Определяем удельную изобарную теплоемкость дымовых газов за котлом-утилизатором с учетом температуры по формуле (1.3.4). Расчет сведем в таблицу 2.2.2.2 .

Определяем удельную изобарную теплоемкость дымовых газов после подогревателя сетевой воды с учетом температуры по формуле (3.4). Расчет сведем в таблицу 2.2.2.3 .

Подсистема инженерного обеспечения

3.1 Описание подсистемы.

Подсистема иженерного предназначена обеспечения для надлежащей работы теплообменной группы. Состоит из сепараторарасширителя, деаэраторов питательной воды и побпиточной воды тепловых сетей.

В процессе работы котла происходит накопление солей в барабане. Для их удаления производят продувку барабана, частично сливают нижний слой воды барабана. Для того чтобы частично возвратить энергию, уносимую с продувочной водой, используют сепаратор-расширитель. В нем давление барабанной воды снижается до давления сепаратора, и часть воды вскипает. Образовавшийся пар подают в деаэратор питательной воды, а оставшуюся воду сливают в дренаж.

Для восполнения потерь сетевой воды в тепловых сетях используют химочищеную воду. Удаление газов из подпиточной воды и подогрев ее осуществляют насыщенным паром котла в деаэраторе сетевой воды.

Для восполнения потерь питательной воды с продувкой, потерь конденсата у потребителя также используют химочищеную воду. Удаление газов из подпиточной воды и подогрев ее осуществляют насыщенным паром котла в деаэраторе питательной воды.

Ориентировочная температура дымовых газов за экономайзером котла-утилизатора принимается (приближение).

Определяем удельную изобарную теплоемкость дымовых газов за котлом-утилизатором с учетом температуры по формуле (1.3.4). Расчет сведем в таблицу 3.3.2 .

4. Эксергетический баланс.

Эксергия - свойство термодинамической системы или потока энергии, определяемое количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Если между системой (потоком энергии) и окружающей средой существует полное равновесие, то такое состояние называется нулевым, и состояние характеризуется нулевой эксергией.

В связи с наличием или отсутствием материального носителя эксергию подразделяют на два вида:

эксергия потока вещества;

эксергия потока энергии;

Эксергия потока вещества состоит из трех составляющих: механической, термической, химической.

Для удобства вычислений объединим механическую и термическую составляющие.

Внутренние потери определяются необратимостью процессов, протекающих в блоке. D=E’E’’. [1]

Список использованной литературы

1.Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.1. УП «Технопринт», Минск 2004г.

2. Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк «Техническая термодинамика», т.2. УП «Технопринт», Минск 2004г.

3.М.П. Вулкалович, С.Л. Ривкин, А.А. Александров «Таблицы тепло-физических свойств воды и водяного пара». Издательство стандартов, Москва, 1969г.

Сенки+Грассман.DWG

W''псв=44769.36 МДжчас
W'осв=39500.16 МДжчас
W''дг=4821.09 МДжчас
W'дг=17657.61 МДжчас
Wнп сн =1235.71 МДжчас
Wотп ээ=7111.19 МДжчас
W''псв =263.87 МДжчас
Полосовая диаграмма Сэнки
Wнп дсв =202.41 МДжчас
Wп пр дпв =27.32МДжчас
Wппв дпв =141.44 МДжчас
Wн п дпв =1033.30 МДжчас
Wмех =11036.41 МДжчас
W мех п=236.41 МДжчас
W п ген=5378.95МДжчас
W'ф то-ва=23.31МДжчас
W"ф то-ва =42.68МДжчас
Wво-ха =1392.60 МДжчас
-Химическая энергия топлива
-Физическая энергия топлива
-Энергия дымовых газов
-Механическая энергия
-Энергия сетевой воды
-Энергия перегретого пара
-Энергия насыщенного пара
-Энергия подпиточной воды
-Энергия питательной воды
-Энергия возвращаемого конденсата
-Энергия продувочной воды
-Потери энергии (тепловые
-Контрольная поверхность
ГТУ-Газотурбинная установка
ДК-''Дожимной" компрессор
С-Сепоратор продувки
ДПВ-Деаэратор питательной воды
ДСВ-Деаэратор подпиточной сетевой воды
Условные обозначения
-Поток эксергии перегретого пара
-Поток эксергии сетевой воды
-Поток эксергии дымовых газов
-Поток эксергии топлива
Lмех =11368.42 МДжчас
Eнп дпв =311.04 МДжчас
E"т дк=30583.90 МДжчас
E'т дк=30583.88 МДжчас
L эл=10770.20 МДжчас
Eнп сн =371.97 МДжчас
Eдг ку=809.18 МДжчас
-Поток эксергии продувочной воды
-Поток эксергии возвращаемого конденсата
-Поток эксергии питательной воды
-Поток эксергии подпиточной воды
-Поток эксергии насыщенного пара
Eдг гту=5702.62 МДжчас
Eнп дcв =60.93 МДжчас
Eпсв дсв =20.11 МДжчас
Eппв дпв =0.74 МДжчас
Полосовая диаграмма Грассмана
Wт-ва х=27805.30МДжчас

структурная.dwg

ДСВ-Деаэратор подпиточной сетевой воды
Условные обозначения
-Контрольная поверхность
ГТУ-Газотурбинная установка
ДК-''Дожимной" компрессор
С-Сепоратор продувки
ДПВ-Деаэратор питательной воды
Топливо (природный газ)
зирующему оборудованию
Дымовые газы к теплоутили-
дожимного компрессора
Электроэнергия на привод
на привод генератора
Механическая энергия
оборудования собст. нужд ГТУ
сетевой подогреватель
Обратная сетевая вода в
подпитки сетевой воды
Насыщеный пара на деаэратор
Структурная схема когенерационной установки
Насыщеный пара собствен-
сепараратора продувки
Насыщеный пар на деаэратор
сетевого подогревателя
Прямая сетевая вода из
Возвращаемый потребителем перегретого
конденсата перегретого пара и пара сн
Подпиточная вода для восполнения потерь
подпитку тепловой сети
Деаэрированая вода на
Технологическая схема когенерационной системы
из сепаратора продувки
Слив в дренаж продувочной
воды после сепаратора
ВК-Воздушный компрессор
ПП-Пароперегреватель
ИП-Испарительная поверхность
ПСВ-Подогреватель сетевой воды
ПЭН-Питательный насос
ЦЭН- Циркуляционный насос
ППН ТС-Подпиточный насос тепловых сетей