Газовая турбина

1. Плотность воздуха при температуре рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ:

ρ _{4 В}=(p₄ ∙ 10²) / (R_В ∙ T_{4 t})=(1,00685∙10²)/(0,28715∙846)=0,414 кг/м³.

2. Плотность газов за ГТ (на входе в КУ):

ρ _{Г КУ}=(p₄ ∙ 10²) / (R_Г ∙ T₄)=(1,00685∙10²)/(0,2939∙ 802,4)=0,4269 кг/м³.

3. Средняя плотность газов камеры сгорания в ГТ:

ρ_СР^ГТ=(ρ₃ + ρ_{Г КУ})/2=(2,8773+0,4269)/2=1,6521 кг/м³.

4. Удельная работа воздуха охлаждения ГТД в теоретическом процессе:

ℓ_{t (5)}^ГТ= h_{4 t} – h_{2 (5)}=872,65-445,1=427,8 кДж/кг;

ℓ_{t (7)}^ГТ= h_{4 t} – h_{2 (7)}=872,65-485,9=387 кДж/кг;

ℓ_{t (10)}^ГТ= h_{4 t} – h_{2 (10)}=872,65-535,3=337,6 кДж/кг;

ℓ_{t (15)}^ГТ= h_{4 t} – h_{2 (15)}=872,65-594,5=278,4 кДж/кг;

ℓ_{t ВВТО}^ГТ= h_{4 t} – h_{2 ВВТО}=872,65-424,6=448,3 кДж/кг.

5. Средняя плотность охлаждающего воздуха в ГТ:

ρ _{2 (5)}^ГТ= (ρ _{2 (5)} + ρ _{4 В})/2=(4,115+0,414)/2=2,265 кг/м³;

ρ _{2 (7)}^ГТ= (ρ _{2 (7)} + ρ _{4 В})/2=(5,027+0,414)/2=2,721 кг/м³;

ρ _{2 (10)}^ГТ= (ρ _{2 (10)} + ρ _{4 В})/2=(6,269+0,414)/2=3,342 кг/м³;

ρ _{2 (15)}^ГТ= ρ _{2 ВВТО}^ГТ =(ρ _{2 (15)} + ρ _{4 В})/2=(8,214+0,414)/2=4,314 кг/м³.

1. Оценка мощности первичных двигателей.

1. Действительная удельная работа газов в ГТ:

ℓ_Т= h₃ – h_{4 Г ОХЛ}=1949,66-998,26=951,4 кДж/кг.

2. Электрическая мощность одной ГТУ:

3. Электрическая мощность паротурбинной установки:

4. Электрическая мощность ПГУ:

N_Э ^ПГУ = 2 ∙ N_Э^ГТУ + N_Э ^ПТУ = 2 ∙ 110 + 103,74 = 323,74 МВт.

2. Оценка расхода топлива на ГТУ.

1. Массовый расход газов за ГТ:

2. Количество воздуха, минимально необходимое для полного горения

при a = 1:

L⁰= V⁰ ∙(ρ_НВ / ρ _ПГ)=9,4012∙(1,275/0,7231)=16,577 кг/кг.

3. Количество воздуха в продукте сгорания топлива:

∆L_B=∆V_B ∙(ρ_НВ / ρ _ПГ)=5,6407∙(1,275/0,7231)=9,946 кг/кг.

4. Расход топлива:

В_Т =G_Т / (1 + a_КС ∙ L⁰)=204,846/(1+1,6∙16,577) =7,443 кг/с.

5. Объемный расход топлива в КС при заданной электрической нагрузке ГТУ:

V_ПГ= B_Т / ρ _ПГ=7,443/0,7231=10,293 м³/с.

3. Расчет расходов воздуха компрессора.

1. Суммарный массовый расход воздуха компрессора:

G_К^Д=G_Т – В_Т=204,846-7,443=197,403 кг/с.

2. Приведенный расход воздуха компрессора:

G_{В ПР}= G ∙ (p_ПР / p_Н) ∙ [(z / z_ПР) ∙ (R/R_ПР)∙(T_Н/T_ПР)]^0,5=197,403∙(1,013/0,99992)∙[(0,28715/0,287)∙(273,15/293)]^0,5=193,143 кг/с.

3. Суммарный объемный расход воздуха компрессора:

V_К^Д= G_К^Д / ρ_НВ=197,403/1,275=154,826 м³/с.

4. Объемные расходы воздуха, отбираемого из компрессора:

V_{ВО 5}^Д=0,0003 ∙ V_К^Д=0,0003∙154,826 = 0,04645 м³/с.

V_ВО7 ^Д=0,002 ∙ V_К^Д=0,002∙154,826 =0,30965 м³/с.

V_ВО10 ^Д=0,026 ∙ V_К^Д=0,026∙154,826 =4,02548 м³/с.

V_ВО15 ^Д=0,058 ∙ V_К^Д=0,058∙154,826 =8,97991 м³/с.

V_ВВТО ^Д=0,044 ∙ V_К^Д=0,044∙154,826 =6,81234 м³/с.

5. Массовые расходы воздуха, отбираемого из компрессора:

G_{ВО 5}^Д= V_{ВО 5}^Д ∙ ρ _{2 (5)}^ГТ=0,04645∙2,265=0,105 кг/с.

G_{ВО 7}^Д= V_{ВО 7}^Д ∙ ρ _{2 (7)}^ГТ=0,30965∙2,721=0,843 кг/с.

G_{ВО 10}^Д= V_{ВО 10}^Д ∙ ρ _{2 (10)}^ГТ=4,02548∙3,342=13,453 кг/с.

G_{ВО 15}^Д= V_{ВО 15}^Д ∙ ρ _{2 (15)}^ГТ=8,97991∙4,314=38,739 кг/с.

G_ВВТО= V_ВВТО^Д ∙ ρ _{2 ВВТО}^ГТ=6,81234∙4,314=29,388 кг/с.

6. Действительный массовый расход воздуха в КС:

G_{В КС}= G_К^Д – (G_{ВО 5}^Д + G_ВО7 ^Д + G_ВО10^Д + G_ВО15^Д + G_ВВТО^Д)=

= 197,403-(0,105+0,843+13,453+38,739+29,388)=114,875 кг/с.

4. Расчёт внутренней мощности компрессора.

1. Теоретическая мощность, затраченная на воздух, поступающий в КС:

N _{О В КС}= G_{В КС} ∙ ℓ_{к t}=114,875 ∙ 298,2 = 34255,7 кВт.

2. Теоретическая мощность, затраченная на потоки воздуха охлаждения ГТД:

N _О^К ₍₅₎= G_{ВО 5}^Д ∙ ℓ_{к t (5)}=0,105∙163,8=17,2 кВт.

N _О^К ₍₇₎= G_{ВО 7}^Д ∙ ℓ_{к t (7)}=0,843∙199,4=168,1 кВт.

N _О^К ₍₁₀₎= G_{ВО 10}^Д ∙ ℓ_{к t (10)}=13,453∙242,3=3260 кВт.

N _О^К ₍₁₅₎= G_{ВО 15}^Д ∙ ℓ_{к t (15)}=38,739∙298,2=11552 кВт.

N _О^К _ВВТО= G_ВВТО^Д ∙ ℓ_{к t ВВТО}=29,388∙298,2=8763,5 кВт.

3. Суммарная мощность воздуха охлаждения:

∑(N _{О В ОХЛ})_I= N _О^К ₍₅₎ + N _О^К ₍₇₎ + N _О^К ₍₁₀₎ + N _О^К ₍₁₅₎ + +N _О^К _ВВТО=17,2+168,1+3260+11552+8763,5=23760,8 кВт.

4. Внутренняя мощность компрессора:

N_I ^К=(N _{О В КС} +∑(N _{О В ОХЛ})_I) / η_OI ^К=(34255,7+23760,8)/0,87=66685,6 кВт.

5. Расчет мощности газовой турбины.

1. Электрическая мощность газовой турбины:

N_Э ^ГТ= N_Э ^ГТУ + N_I ^К=110000+66685,6=176685,6 кВт.

2. Теоретическая мощность, развиваемая газами камеры сгорания:

N_{O КС} = N_Э ^ГТ / (η_OI ^ГТ ∙ η _М ^ГТ ∙ η _Г ^ГТ) + ∑(N _{О В ОХЛ})_I =

=176685,6 / 0,883 ∙ 0,98 ∙ 0,983 + 23760,8 = 231472,5 кВт.

3. Теоретическая мощность газовой турбины:

N_O ^ГТ= N_{O КС} - ∑(N _{О В ОХЛ})_I=231472,5 - 23760,8 = 207711,7 кВт.

4. Внутренняя мощность газовой турбины:

N_i ^ГТ = N_O ^ГТ ∙ η_OI ^ГТ = 207711,7 ∙ 0,883 = 183409,4 кВт.

6. Расчет экономических показателей ГТУ.

1. Удельный расход действительного топлива на ГТУ:

b_Т^ГТУ=3600 ∙ (B_Т ∙ 1000)/ N_Э ^ГТУ=3600∙(7,443∙1000)/110000=243,6 г / (кВт∙ч).

2. Расход условного топлива на ГТУ:

B_У.Т.= B_Т ∙ Q^Р_Н / Q _У.Т.=7,443∙49080/29300=12,468 кг/с.

3. Удельный расход условного топлива на ГТУ:

(b_Т^ГТУ)_У.Т.= 3600 ∙ (B_У.Т. ∙ 1000)/ N_Э ^ГТУ=3600∙(12,468∙1000)/110000=408 г / (кВт∙ч).

4. Абсолютный (термический) КПД обратимого цикла ГТУ:

η_t^ГТУ=[(h₃ – h_{4 t}) – (h_{2 t} – h₁)] / (h₃ – h_{2 t})=

= [(1949,66-872,65)-(555-256,8)]/(1949,66-555) = 0,558.

5. Относительный внутренний КПД необратимого (реального) цикла ГТУ:

6. Относительный эффективный КПД ГТУ:

η _ОЕ ^ГТУ= η_i ^ГТУ ∙ η _М ^ГТУ=0,431∙0,98=0,422.

7. Относительный электрический КПД ГТУ:

η_ОЭ^ГТУ= η_i^ГТУ∙η _М ^ГТУ∙η _Г ^ГТУ=0,431∙0,98∙0,983=0,407.

8. Внутренняя мощность ГТУ:

N_I ^ГТУ = N_I ^ГТ – N_I ^К = 183409,4 – 66685,6 = 116723,8 кВт.

9. Электрическая мощность на клеммах электрогенератора:

N_Э ^ГТУ = N_I ^ГТУ ∙ η _М ^ГТУ ∙ η _Г ^ГТУ = 116723,8 ∙ 0,98 ∙ 0,983 = 112444,7 кВт.

10. Коэффициент полезной работы:

φ = N_Э ^ГТУ / N_I ^ГТ = 112444,7 /183409,4 = 0,613.

7. Расчёт расходов продуктов сгорания из ГТ в котёл-утилизатор.

1. Объём сухих трёхатомных газов:

V_RO2^Д = V_RO2 ∙ V_ПГ = 0,993 ∙ 10,293 = 10,221 м³/с.

2. Объём азота:

V_N2^Д = V⁰_N2 ∙ V_ПГ = [0,79∙ V⁰ + (N₂/100)] ∙ V_ПГ =

=[0,79 ∙ 9,4012 +(0,63/100)]∙10,293 = 76,51 м³/с.

3. Объём водяных паров:

V_H2O^Д=V_H2O∙V_ПГ=[0,01∙(2∙СН₄+3∙С₂Н₆+4∙С₃Н₈+5∙С₄Н₁₀+0,124∙d_Г)+0,0161∙V⁰∙a₄]∙V_ПГ =

=[0,01∙(2∙98+3∙0,45+4∙0,1+5∙0,02+0,124∙8)+0,0161∙9,4012∙3,559]∙10,293 =

= 26,012 м³/с.

4. Действительный избыток воздуха на входе в КУ:

∆V_B^Д = ∆V_B ∙ V_ПГ = (a₄ – 1) ∙ V⁰ ∙ V_ПГ = (3,559– 1) ∙ 9,4012 ∙ 10,293 = 247,626 м³/с.

5. Действительный суммарный объём продуктов полного сгорания:

V_Г^Д = V_RO2^Д + V_N2^Д + V_H2O^Д + ∆V_B^Д =10,221+76,51+26,012+247,626 = 360,369 м³/с.

6. Действительный суммарный расход в КУ из ГТ продуктов полного сгорания:

G_Г^Д = V_Г^Д ∙ ρ_{Г КУ} = 360,369 ∙ 0,4269 = 153,842 кг/с.

7. Действительный массовый расход воздуха из ГТ в котёл-утилизатор:

G_{Г КУ} = G_Г^Д + (G_{ВО 5}^Д + G_ВО7 ^Д + G_ВО10^Д + G_ВО15^Д +G_ВВТО^Д) =

= 153,842 + (0,105 + 0,843 + 13,453 +38,739 +29,388) = 236,37 кг/с.

Поиск по сайту: