Metodicheskie_ukazania_k_kursovoy_rabote_po_PGU

2

Введение

Строительство мощных парогазовых установок на базе высокотемпературных газотурбинных установок, использующих в качестве топлива природный газ, стало преобладающей тенденцией в наращивании энергетических мощностей в мире и в России. В первую очередь это связано с такими факторами, как относительно малая стоимость природного газа и ГТУ, высокие экологическая чистота и экономичность, короткое время возведения электростанции.

Определение энергетических показателей необходимо для технико-

экономического анализа работы парогазовой установки, выбора вспомогательных устройств и т. п. В данной работе рассматривается расчет показателей для проектируемой электростанции. Основой расчета показателей экономичности является расчет тепловой схемы установки, его результаты используются при проектировании оборудования.

3

1. Цель и задачи теплового расчета ПГУ.

Целью расчета тепловой схемы ПГУ является определение параметров рабочих тел (продуктов сгорания на входе в поверхности нагрева КУ и выходе из них, конденсата и пара в тракте ПТУ) и экономических показателей отдельных элементов (котла-утилизатора, паровой турбины,

ПТУ, ПСУ) и всей ПГУ.

Данная курсовая работа ставит следующие задачи:

-научиться разбираться в тепловых схемах парогазовых установок;

-изучить назначение, принцип действия и связи основного и вспомогательного оборудования парогазовых установок;

-научиться определять параметры потоков в любых точках тепловой схемы парогазовых установок;

-научиться составлять и решать уравнения материальных и тепловых балансов элементов и узлов тепловых схем и энергетическое уравнение турбоустановки;

-научиться определять показатели тепловой экономичности парогазовых установок;

-приобрести навыки выбора основного и вспомогательного оборудования, обращения со справочной литературой.

2. Исходные данные для расчета тепловой схемы.

Для расчета любой утилизационной ПГУ должны быть подготовлены

следующие исходные данные:

1.Тепловая схема ПГУ, полученная на основе рекомендаций.

2.Химический состав топливного газа, который определяет все его теплофизические свойства, в частности плотность и теплоту сгорания.

3.Данные ГТУ для расчетного режима работы при заданных температуре наружного воздуха tн.в. ,атмосферном давлении и влажности:

электрическая мощность NЭГТУ ;

электрический КПД ЭГТУ ;

4

расход выхлопных газов GГ ;

температура выхлопных газов d .

4.Число ГТУ и котлов-утилизаторов n в составе ПГУ.

5.Температура конденсата на входе в ГПК КУ.

6.Давление в конденсаторе паровой турбины Pk .

3. Определение теплофизических характеристик выхлопных газов

[1].

Определяется химический состав по объему природного газа указанного в задании газопровода в %

СH4 ,%; С2 H6 ,%; С3 H8 ,%;

С4 H10 ,%;

С5 H12 ,%;

С6 H14 ,%;

СО2 ,%; H2 S,%; N2 , % .

Низшая теплота сгорания

р кДж

Qн , м3 .

Плотность газа

т.г. , мкг3 .

Объемный расход топливного газа в камеру сгорания ГТУ

5

Стехиометрический расход воздуха

V 0 0,0476 (0,5 CО 0,5 Н2 1,5 H2S 2 СH4 3,5 С2 H6 5 С3H8

6,5 С4 H10 8 С5H12 9,5 С6 H14 О2 ), м3 .

м3

Коэффициент избытка воздуха в выхлопных газах ГТУ

Трехатомных газов

VRO0 2 0,01 (CО2 СО H2S СH4 2 С2 H6 3 С3H8 4 С4 H10 5 С5H12

6 С6 H14 ), м3 ;

м3

Воды

Действительный объем водяных паров

Полный объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 м3 .

Теплоемкости составляющих выхлопных газов ГТУ при температуре d cCO2 4,1868 (4,5784 10 1 d3 1,51719 10 7 d2 0,000250113 d

0,382352), кДж ;

кг К

6

cN2 4,1868 ( 2, 24553 10 11 d3 4,85082 10 8 d2 2,90598 10 6 d

0,309241), кДж ;

кг К

cH2O 4,1868 ( 2,10956 10 11 d3 4,9732 10 8 d2 2,60629 10 5 d

0,356691), кДж ;

кг К

cв 4,1868 ( 2,1717 10 11 d3 4,19344 10 8 d2 8,00891 10 6 d

0,315027), кДж .

кг К

Энтальпия чистых продуктов сгорания в выхлопных газах

Энтальпия воздуха в выхлопных газах

Hв0 V 0 cв d , кДжм3 .

Энтальпия выхлопных газов отнесенная к 1 м3 сожженного топливного газа

Hг Hг0 ( 1) Hв0 , кДжм3 .

Удельная массовая энтальпия выхлопных газов для температуры d

I Г Bт.г. Hг , кДж .

GГ кг

Для нескольких значений температуры выхлопных газов рассчитываем энтальпию, результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1. Энтальпия выхлопных газов в зависимости от температуры

θ, °С

IГ, кДж/кг

По полученным расчетам строим зависимость энтальпии выхлопных газов от температуры, получаем аппроксимирующую функцию. Примерный вид зависимости показан на графике 1.

7

График 1-Зависимость энтальпии выхлопных газов от температуры

4. Описание газовой турбины.

В данном пункте приводится основное описание ГТУ, также ее

основные технические характеристики, которые в дальнейшем потребуются

для расчетов.

Таблица 2. Технические данные газовой турбины

Газовая турбина

Электрическая номинальная/пиковая мощность (МВт)

Расход топлива на номинальном режиме (кг/ ч)

Электрический КПД (%)

Отношение давлений в компрессоре

Расход воздуха (кг/с)

Расход выхлопных газов (кг/с)

Частота вращения (об/мин)

Температура выхлопных газов (°C)

8

5. Расчет одноконтурной ПГУ [2].

5.1 Описание тепловой схемы.

Рассмотрим одноконтурную утилизационную ПГУ, состоящую из ГТУ,

котла утилизатора, паровой турбины и деаэратора. Конденсат перед входом в котел подогревается путем рециркуляции части конденсата прошедшего экономайзер низкого давления, после экономайзера конденсат поступает в деаэратор. После чего насыщенная вода разбивается на два потока. Один следует в испаритель низкого давления, который служит для генерации пара,

используемого для питания деаэратора. Второй поток направляется в основной контур, где превращается в перегретый пар и идет на турбину.

Пренебрегаем потерями в стопорных и регулирующих клапанах турбины,

выхлопном патрубке турбины, а также потерями в перепускном патрубке.

Рисунок 1-Схема одноконтурной ПГУ: 1-котел-утилизатор, 2-газовая турбина, 3-паровая турбина, 4-

электрогенератор, 5-деаэратор, 6-питательный насос контура ВД, 7-

питательный насос контура НД, 8-конденсатный насос, 9-конденсатор, 10-

насос рециркуляции.

9

5.2 Определение паропроизводительности, КПД, тепловых

мощностей поверхностей нагрева КУ, параметров пара и дымовых

газов.

Параметры дымовых газов на входе в КУ

GГ GГТУ NГТУ , кгс ,

где N ГТУ - число ГТУ по заданию, GГТУ - см. п.4.d , С.(см. п.4)

Id f ( d ), кДжкг .

Параметры перегретого пара

Р0 Р0опт 4 8 МПа.

Давление Р0 необходимо оптимизировать, т.е. выбрать таким, чтобы обеспечить максимальную экономичность ПСУ при выполнении ограничений по влажности пара за турбиной.

t0 d t0 , С,

где температурный напор t0 25 50 C.

0 f (P0 ,t0 ), м3 .

кг

Параметры воды и пара в барабане высокого давления

Рб (1,04 1,06) Р0 , МПа. ts f (Pб ), С.

10