4 Розрахунок спалення палива

Заданий склад палива є сухим. Перерахунок на вологий склад робиться за формулою:

. Позначимо . Вміст вологи, %: . Тоді СН_4вл = n_т  СН_4сух і т.д.  = 100%.

Нижча теплота згоряння робочого палива: , кДж/м³.

Густина палива, кг/м³: .

Визначення складу та густини вологого повітря. Сухе повітря містить 21% О₂ та 79% N₂. Приймаємо температуру холодного повітря 20С; при цьому вологість складає d_в = 18,9 г/м³. Коефіцієнт перерахунку на вологий склад: . Склад та густина вологого повітря визначаються аналогічно перерахунку палива.

Теоретичний обєм вологого повітря, необхідний для спалювання 1 м³ палива, м³/м³:

,

де к_в=N₂/O₂=79/21=3,762.

Дійсна витрата вологого повітря , м³/м³.

Визначення витрати та складу продуктів згоряння. При повному згорянні палива (1) обєм продуктів згоряння: , м³/м³.

Обєм вуглекислого газу у продуктах згоряння: , м³/м³.

Обєм азоту: , м³/м³.

Обєм кисню: , м³/м³.

Обєм водяної пари: , м³/м³.

Склад продуктів згоряння, %: і т.д.  = 100%. Густина продуктів згоряння: , кг/м³.

Для перевірки правильності розрахунку спалення палива необхідне скласти матеріальний баланс.

а) приходні статті балансу, кг:

маса палива m_т=_тV_т; V_т = 1 м³;

маса повітря m_в=_вL_д.

приходна маса m_прих= m_т+ m_в

б) витратні статті балансу, кг:

маса продуктів згоряння m_д=_дV_д.;

витратна маса m_расх= m_д.

в) невязання матеріального балансу:

5 Визначення параметрів циклу

Цикл ГТУ складається з наступних процесів: стискування повітря у компресорі (1−2), підведення теплоти (ізобарного чи ізохорного) у камері згоряння (2−3), адіабатного розширення продуктів згоряння у газовій турбіні (3−4) та ізобарного відведення теплоти (4−1) у навколишнє середовище. Цикл ГТУ з ізобарним та ізохорним підведенням теплоти зображено на рисунку 5.1 а, б відповідно. Параметри всіх станів визначаються окремо для кожного виду підведення теплоти. Побудова кривих ліній процесів у PV – і TS – координатах здійснюється по трьох проміжних крапках. PV – і TS – діаграми ідеального циклу ГТУ необхідно привести у пояснювальній записці до курсової роботи.

Рисунок 5.1 – Цикл ГТУ за ізобарним (а) та ізохорним (б) підведенням теплоти

5.1 Стан 1

Параметри робочого тіла в початковому стані P₁, V₁, T₁ задані у вихідних даних. Газова постійна повітря R= 287 Дж/(кгК).

Маса повітря, що надходить у компресор: , кг.

Ентропія, Дж/К, повітря у стані 1 визначається вираженням:

де =1,005 кДж/(кгК) − питома середня масова ізобарна теплоємкість вологого повітря (див. розділ 4) у діапазоні температур від 0 до t₁,С (додаток Е).

Для визначення теплоємкостей та ентальпій варто використовувати метод лінійної інтерполяції.

5.2 Стан 2

У курсовій роботі необхідно обрати кращій з двох запропонованих компресорів для стискування повітря. З цією метою треба виконати розрахунок адіабатного стискування повітря (процес 1−2) для обох компресорів, що відрізняються ступенем стискування (_н, _к).

Тиск повітря наприкінці процесу , бар. Об’єм стиснутого повітря , м³. Температура повітря , К (С). При адіабатному стиску , Дж/К.

5.3 Стан 3

Підведення теплоти в процесі 2−3 може здійснюватися по ізобарі або ізохорі (у відповідності із завданням до курсової роботи).

При розрахунку параметрів станів 3 і 4 необхідно враховувати параметри стану 2 при _н та _к. Щоб уникнути помилок, пов’язаних із похибкою розрахунків, параметри станів 3 і 4 варто висловити через вихідні дані, тобто через параметри стану 1.

а) Ізобарне підведення теплоти:

, бар; = V₁/ , м³; Т₃=Т₂= Т₁ , К (С);

,

де М_д − маса продуктів згоряння у камері згоряння, кг. М_д= m_дV_т;

V_т − обєм продуктів згоряння, м³. V_т=М_в/m_в;

М_в − маса повітря, кг (п. 5.1);

m_д, m_в − маса продуктів згоряння та повітря відповідно, м³/м³ (визначені при розрахунку спалення палива у розділі 4);

− середня масова ізобарна теплоємкість продуктів згоряння, визначена для двох діапазонів температур: t_2н − t_3н та t_2к − t_3к , кДж/(кгК) (додаток Е).

= ,

, − середні масові ізобарні теплоємкості продуктів згоряння, визначені при відповідних температурах (t_2н , t_3н , t_2к , t_3к), кДж/(кгК) (додаток Е) з урахуванням складу продуктів згоряння:

= .

б) Ізохорне підведення теплоти:

; = V₁/ , м³; =Т₁ , К (С);

,

де − питома середня масова ізохорна теплоємкість продуктів згоряння, визначена для двох діапазонів температур: t_2н − t_3н та t_2к − t_3к , кДж/(кгК) (додаток Ж).

= ,

, − середні масові ізохорні теплоємкості продуктів згоряння, визначені при відповідних температурах (t_2н , t_3н , t_2к , t_3к), кДж/(кгК) (додаток Ж) з урахуванням складу продуктів згоряння:

= ,

5.4 Стан 4

Процес 3 – 4 –адіабатне розширення продуктів згоряння в газовій турбіні.

, бар; , м³; , К (С); S_4н= S_3н; S_4к= S_3к.

а) Ізобарне підведення теплоти:

Р₃=Р₁; ; = V₁; Т₃=Т₁ ; =Т₁.

б) Ізохорне підведення теплоти:

Р₃=Р₁, бар; , м³; = V₁^1/к, м³; ;

= Т₁^1/к, К (С).

Після розрахунку параметрів станів для двох запропонованих компресорів варто представити цикли ГТУ у РV − і ТS − координатах.