2.4.5.2. Экономия топливного газа за счет замены регенераторов
При расчете экономического эффекта от использования регенератора для подогрева циклового воздуха перед подачей его в камеру сгорания ГТУ необходимо уметь рассчитывать ожидаемую экономию топливного газа.
При этом необходимо учитывать, что увеличение коэффициента регенерации φ может не привести к ожидаемому экономическому эффекту. Дело в том, что рабочие параметры основных элементов ГТУ: осевого компрессора, камеры сгорания, регенератора и газовой турбины, - настолько тесно увязываются между собой по условию получения максимального к.п.д. на муфте нагнетателя, что замена одного из них, даже на вариант с лучшими показателями, может привести к снижению эффективности работы установки в целом.
Степень регенерации можно также увеличить, если пойти на замену пластинчатых регенераторов трубчатыми с повышением коэффициента регенерации теплоты φ от 0,60…0,65 до 0,80…0,85.
Полагая, что при повышении значения коэффициента регенерации теплоты от φ1 до φ2 (при всех прочих равных условиях), происходит снижение расхода топливного газа, сжигаемого в камере сгорания ГТУ, с В1 до В2, определим относительную экономию топливного газа.
Относительная экономия топливного газа ε при повышении коэффициента регенерации в условиях сохранения мощности ГТУ (Ne = idem) в первом приближении может быть определена с учетом сбалансированного теплообмена в камере сгорания:
, (4.11)
где
- низшая теплота сгорания топлива; G –
массовый расход рабочего тела; сpm
– средняя удельная теплоемкость
продуктов сгорания; t3 – температура
продуктов сгорания на выходе из камеры
сгорания (на входе в ТВД); ti2
и ti1
– соответственно температуры воздуха
на входе в камеру сгорания после нового
и старого регенераторов; ηкс2 и
ηкс1 - КПД камеры сгорания на
сопоставляемых режимах работы.
После некоторых упрощений формула принимает следующий вид:
,
(4.12)
где е – КПД ГТУ на режиме работы с коэффициентом регенерации 1; кс – КПД камеры сгорания.
Дополнительно, только за счет устранения утечек воздуха в регенераторах относительная мощность ГТУ может увеличиться на 2,9… 16,1 %, а величина КПД ГТУ может возрасти на 1,8…10,3 % при коэффициенте использования рабочего тела m = 0,95…0,99 и соотношения мощностей турбины и компрессора λ = 0,64 (табл. 4.4).
Таблица 4.4 – Влияние утечек воздуха в регенераторе на эффективную мощность и КПД ГТУ
Значение λ |
Утечки k, % K=(1-m)∙100 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
λ=0,64 |
Увеличение мощности ГТУ при устранении утечек, % |
2,9 |
5,9 |
9,1 |
12,5 |
16,1 |
|
Увеличение КПД ГТУ при устранении утечек, % |
1,8 |
3,8 |
5,8 |
8,0 |
10,3 |
λ=0,68 |
Увеличение мощности ГТУ при устранении утечек, % |
3,2 |
6,7 |
10,3 |
14,3 |
18,5 |
|
Увеличение КПД ГТУ при устранении утечек, % |
2,2 |
4,5 |
7,0 |
9,7 |
12,6 |