2. Выбор схемы пгу и ее описание

ПГУ – это установка, объединяющая ПТУ и ГТУ. Согласно заданию к курсовой работе, выбираем парогазовую установку с использованием тепла выхлопных газов на нагрев питательной воды парогенераторов, параметры работы соответствующих турбин в ПГУ такие же, как в ПТУ и ГТУ.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема ПГУ

КУ – парогенератор, в котором отсутствует топка, а следовательно топливо не сжигается, а выработка пара из воды происходит за счет энергии горячих дымовых газов, которые в КУ, отдавая теплоту воде, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу, а выработанный в КУ пар поступает как рабочее тело в ПТ.

В ПГУ в ее паровой части обычно отказываются от паровой регенерации.

У этой схемы самый большой КПД.

3. Цикл пгу в t,s-диаграмме

Представим цикл ПГУ в T,S-координатах.

Рисунок 2 - Цикл ПГУ в T-S диаграмме

На рисунке 2 наложены циклы ПТУ и ГТУ, где рабочими телами являются соответственно водяной пар и продукты сгорания топлива 1-2-3-4-1 – газовый цикл, а 5-6-7-8-9-10-5 – паровой.

В ПГУ, работающей по данному циклу, повышение КПД достигается только за счет надстройки парового цикла газовым. Передача теплоты отработавших газов ГТУ паровому циклу осуществляется путем подогрева питательной воды, направляемой в парогенератор. Расход уходящих газов у этой ПГУ практически равен суммарному расходу уходящих газов ГТУ и ПТУ до их объединения, но температура уходящих газов ПГУ значительно ниже чем у отдельной ГТУ и примерно равна температуре уходящих газов парогенератора, что и является источником экономии топлива.

4. Термодинамический расчет цикла газотурбинной установки (гту)

Рисунок 7.1 - Принципиальная схема ГТУ

Рабочим телом в ГТУ является продукт сгорания топлива, двигателем является турбина.

Компрессор (К) сжимает атмосферный воздух и нагнетает его в камеру сгорания. Топливо в камеру сгорания (КС) подается (в случае газообразного топлива – топливным компрессором; в случае жидкого – топливным насосом через форсунки). Образовавшиеся продукты сгорания являются рабочим телом давлением p3=12÷20 атм. и t3=1000÷1200˚C, которые подаются в газовую турбину (ГТ) и превращают ее в действие (вращение на валу). Затем выбрасываются наружу. Турбина находится на одном валу с компрессором и одновременно приводит в действие ротор электрогенератора (ЭГ), вырабатывающего электроэнергию.

Цикл ГТУ, работающий по описанной выше схеме, осуществляется с изобарным подводом теплоты.

Рисунок 7.2 - Цикл ГТУ в T,S– и p,v-координатах

1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре.

2-3 - изобарный процесс подвода теплоты в камеру сгорания (горение топлива).

3-4 - адиабатное расширение продуктов сгорания в турбине.

4-1 - изобарный процесс смены отработавших газов, атмосферным воздухом, условно замыкающей цикл

Рассчитаем основные характеристики в этих точках.

Точка 1

p₁=0, 1 МПа; t₁=14– заданы

T₁=t₁+273=14+273=287 K

Из уравнения состояния идеального газа выразим в точке 1:

p1∙v1=R∙T₁ , (4.1)

где R – газовая постоянная воздуха и может быть определена по формуле:

Из формулы (4.1) выразим удельный объем и рассчитаем его:

Точка 4

Найдем основные характеристики рабочего тела в точке 4.

t₄ = 450- задано

T₄= t₄+273= 723 K

Процесс (4-1) – изобарный, поэтому p₄= p₁= 0,1 МПа

Воспользуемся формулой (4.2) и рассчитаем удельный объем газов в т.4:

Точка 3

Перейдем к расчету основных характеристик в т.3. Нам известны следующие параметры:

t₃=1050 - задано

T₃ = t₃ +273= 1323 K

Так как процесс (3-4) адиабатный, то между температурами и давлениями в этих точках существует следующая зависимость:

Преобразуем данное выражение и выразим из него p₃ :

Воспользовавшись формулой (4.2) и подставив в нее значение параметров в т.3, мы получим удельный объем газов на входе в газовую турбину:

Точка 2

Перейдем к характеристикам в т.2. Мы имеем: так как (2-3) – процесс изобарный, то p₂=p₃=0,63 МПа.

Процесс (1-2) – адиабатный, поэтому воспользуемся отношением (2.3) и выразим из него T₂:

t₂= T₂ – 273=246

Подставим в формулу (4.2) значение параметров в т.2:

Удельное количество теплоты, подведенное к 1 кг рабочего тела в цикле ГТУ:

q₁=c_p (T₃-T₂), (4.4)

где c_p - теплоемкость тела при изобарном процессе и рассчитывается по формуле:

где i – количество степеней свободы, для двухатомного газа равное 5.

Удельное количество теплоты, отведенное из цикла:

Удельная работа цикла:

Термический КПД ГТУ:

Абсолютный электрический КПД ГТУ: