Задание 2

Термодинамический анализ цикла энергетической .газотурбиной установки ГТУ - 50 -800

При решении данной задачи представляется возможность познакомиться с системой КПД для оценки степени необратимости реальных циклов и способами повышения КПД газотурбинных установок.

Задача

Рис. 2

На рис. 2. и 3. приведены схема и цикл ГТУ, предназначенной для выработки электроэнергии, электрическая мощность N_э=50 MBt, максимальная температура газов t=800 °C.

Обозначения: K₁, К₂, Кз – ступени трехступенчатого компрессора, T₁, Т₂ –ступени двухступенчатой турбины, ПО₁, ПО₂ – промежуточные охладители, КС₁, КС₂ – камеры сгорания, Р – регенератор, ЭГ – электрический генератор. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам действительного цикла.

Рис. 3.

Установка представляет собой двухвальный агрегат с тремя ступенями сжатия, двумя ступенями расширения и регенерацией тепла. Цикл состоит из адиабатных процессов сжатия и расширения рабочего тела и изобарных процессов подвода и отвода тепла.

В действительных (необратимых адиабатных) процессах сжатия и расширения рабочего тела энтропия увеличивается (процессы 1–2, 3–4, 5–6, 8–9, 10-11). Конечные точки обратимых адиабатных (s=const) и изобарных процессов обозначены одним штрихом (2', 4', 6', 9', 11', 7^/, 12').

Дано:

• параметры воздуха на входе в первую ступень компрессора р₁=1бар,t₁=20 °C;

• температуры воздуха на входе во вторую и третью ступени компрессора t₃=t₅=t₁=20 ^oC;

• степени повышения давления в ступенях компрессора β₁=β₂=βз=2,62;

• температуры продуктов сгорания на входе в ступени турбины t₈=t₁₀⁼800 °C;

• степени понижения давления в ступенях турбины одинаковы β₄=β₅;

• коэффициент регенерации σ=0,75;

• внутренний относительный КПД ступеней компрессора η_oi^k=0,8;

• внутренний относительный КПД ступеней турбины η_oi^T=0,85;

• КПД камеры сгорания η_oc=0,96;

• механический КПД ступеней турбины η_M^T=0,98;

• механический КПД ступеней компрессора η_M^k =0,97;

• КПД регенератора η|_р=0,96;

• КПД генератора электрического тока η_p=0,99;

Рассчитать:

- температуры в узловых точках обратимого цикла (2',4', 6', 7', 9', 11',12);

- подводимую (q₁, кДж/кг) отводимую (q₂, кДж/кг) теплоту и термический КПД (η_t) обратимого цикла;

- температуры в узловых точках действительного цикла (2,4,6,7,9,11,12);

- подводимую (q_1д, кДж/кг), отводимую (q_2д, кДж/кг) теплоту и внутренний КПД (η_i) действительного цикла;

- эффективную работу (l_e, кДж/кг) газотурбинной установки;

- электрическую работу (l_э, кДж/кг) ГТУ;

- теплоту, выделившуюся при сгорании топлива (q', кДж/кг);

- электрический КПД (η_э) газотурбинной установки.

Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха. Расчеты произвести при постоянной теплоемкости μс_v=20,8 кДж/(кмоль·К).

- сравните полученные значения термического (η_t), внутреннего (η_i) и электрического (η_э) коэффициентов полезного действия и сделайте выводы.

- сравните электрический КПД газотурбинной установки с эффективным КПД газотурбинного двигателя с циклом Брайтона и сделайте выводы.

Ответы выделите. Найденные значения температур в узловых точках обратимого и необратимого циклов представьте в виде таблицы. Приведите ответы по всем величинам, которые требуется рассчитать.

ЗАДАНИЕ №2

Расчет обратимого цикла паротурбинной установки

Задача

Рассчитать обратимый цикл Ренкина (рис. 4). Параметры пара на входе в турбину р₁, t₁ и давление пара на выходе из турбины р₂даны в табл.3 по вариантам.

Порядок решения задачи

1. Представить цикл в P-v и h-s- диаграммах.

2.Привести схему установки и нанести узловые точки цикла на схему. Указать назначение каждого процесса (1-2, 2-3 и т.д.), его характер (адиабатный, изобарно-изотермический) и т.д.).

3. Определить параметры p, t, h, s, x в узловых точках цикла с использованием рис.4 таблиц [3] и занести в табл.4 Рассчитать подводимую теплоту (q₁), отводимую теплоту (q₂), работу турбины (l_т), работу насоса (l_н), работу цикла (l), термический КПД цикла (η_t).

5. Показать цикл Карно в p-v и T-s – диаграммах для интервала давлений р₅÷р₆. Сравнить термический КПД цикла Ренкина (η_t) с термическим КПД цикла Карно (η_tк).

6. Ответить на вопросы:

- Почему цикл Карно не используется в паротурбинной установке?

- Как зависит термический КПД цикла Ренкина (η_t) от параметров пара на входе в турбину p₅, t₅, от давления в конденсаторе p₆?

Таблица 3

№ вар.	P5, бар	t5 оС	P6, бар
1	100	370	0,02
2	125	410	0,02
3	150	450	0,02
4	175	500	0,02
5	200	520	0,02
6	100	370	0,03
7	125	410	0,03
8	150	450	0,03
9	175	500	0,03
10	200	520	0,03
11	100	370	0,05
12	125	410	0,05
13	150	450	0,05
14	175	500	0,05
15	200	520	0,05
16	100	370	0,04
17	125	410	0,04
18	150	450	0,04
19	175	500	0,04
20	200	520	0,04
21	100	370	0,02
22	125	410	0,02
№ вар.	P5, бар	t5 оС	P6, бар
23	150	450	0,02
24	175	500	0,02
25	200	520	0,02

Таблица 2

Точки	p, бар	t о С	h, кДж/кг	s, кДж/кг·К	х
1
2
3
4
5