Шпоры (Автосохраненный)

1. Что входит в понятие «объекты и технологии высокой эффективности»? Пути совершенствования тепловой экономичности.

ТЭС: 1) ПТУ (отработанные технологии) – характеристики зависят от окружающей среды.

«-»: восполнение технологических потерь, высокая стоимость ТЭС, низкая маневренность, наличие системы охлаждения; 2) ГТУ – «+»: низкая стоимость, высокая маневренность, регулирование нагрузки 40-60%, экология. «-»: зависимость основных характеристик от окружающей среды, зависимость электрической мощности от тепловой нагрузки; 3) ПГУ «+»: широкий диапазон регулирования, дешевле ПТУ, экология, меньшая потребность в технологической воде по сравнению с ПТУ. «-»: зависимость основных характеристик от окружающей среды; 4) ГПУ «+»: устойчивый КПД двигателя, широкий диапазон регулирования, экологичность, повышенный ресурс. «-»: дорогое сервисное обслуживание и масло, единичная мощность ГПУ ограниченна 18 МВт.

Перспективные технологии:

1)Переход на парогазовый цикл, вывод из эксплуатации устаревшего паросилового оборудования, освоение выпуска газовых турбин, мощностью 65-350 МВт и ПГУ на их основе, мощностью 400-800 МВт

2)Переход на чистые угольные технологии (суперсверхкритические параметры пара-250 бар, 504 ˚С, циркулирующий кипящий слой, ПГУ с газификацией)

3)Развитие схем с когенерацией( комбинированное производство тепла и электроэнергии) на базе высокоэффективных ПГУ ТЭЦ (с удельной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении 1200-1500 кВт*ч/Гкал)

4)Развитие малой и распределенной энергетики

5)Создание пилотных и интеллектуально активно-адаптивных (SMART GRID) сетей

6)Планирование и создание демонстрации объектов

7)Развитие отечественного энергомашиностроения, электротехпрома, проектной деятельности Технологические решения при разработкеТЭС:

1)Повышение начальных параметров: р0=30 МПа стремимся к 38 МПа, t0=600˚С стремимся к

700-800 ˚С

2)Увеличение температуры промперегрева и использование 2-хконтруного промперегрева

3)Уменьшение давления в конденсаторе, применение морской воды

Совершенствование тепловой схемы и схемы регенеративного подогрева:Использование

смешивающих подогревателей; Бездеаэраторная схема; Двухподъемная схема ПН; Увеличение температуры пв до 310 ˚С; Деаэратор повышенного давления (больше атм); Трубчатый экономайзер; Увеличение теплопроизводительности энергетического котла с целью

компенсации недогрева в ПВД

4)Совершенствование оборудования ТЭС

5)Применение ГТУ и ПГУ

6)Циркулирующий кипящий слой

7)Увеличение экологических характеристик станции

8)Разработка новых и совершенствование старых АСУТП

9)Топливные элементы и гибридные станции

Способы повышения экономичности ГТУ:

1)Увеличение К

2)Увеличение температуры начала турбины

3)Увеличение экономических характеристик (КПД компрессора, КС, ГТ)

4)Уменьшение внутренней мощности компрессора

5)Уменьшение потерь давления на входе в компрессор

6)Уменьшение потерь давления на выходе из ГТ

7)Совершенствование термодинамического цикла:

Карнотизация (охлаждение воздуха в компрессоре, промежуточные КС)

Регенерация теплоты газов после ГТУ

8)Подогрев топлива

2. Термодинамический цикл Брайтона энергетической ГТУ открытого цикла. Привести простейшую схему энергетической ГТУ открытого цикла, указать особенности работы. Принцип работы: преобразование химической энергии подводимого топлива в электрическую.

ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; ЭГ - электрогенератор; ТК - топливные клапаны; ПТл - подогреватель топлива; ДК - дожимной компрессор топлива; Д - двигатель привода ДК (электрический, механический); рг - давление топлива перед КС; рм - давление топлива в топливной магистрали; КВОУ - комплексное воздухоочистительное устройство В качестве рабочего тела используется атмосферный воздух, поступающий в осевой компрессор.

1-2: Сжатие воздуха в компрессоре; 2-3: Передача тепла газу от топлива(тут природный газ(ПГ) на схеме)

Давление ПГ в подающей магистрали повышается дожимным компрессором до необходимого. Одновременно возможен подогрев топлива в ПТл для повышения эффективности процесса. Через топливные клапана системы топливоподачи топливо вводится в КС, где сгорает в среде сжатого подогретого воздуха. Формируется температура перед ГТ, обеспечиваемая повышенным избытком воздуха после КС. 3-4: Расширение газов в ГТ (t4 примерно 300-800 ˚С); 4-1: Замыкание на атмосферу (условно)=> работы не совершается Особенности работы: Компрессор под разряжением и воздух САМ(без насосов) засасывается в него

после воздухоочистительного устройства; ЭГ со стороны компрессора, где ниже температура; КПД двигателя ГТ 95-99%; 60-70% мощности ГТ «съедает» Компрессор, но нужно давление, чтобы вращать ГТ; Работа ГТ> работы К Особенности ГТУ: 1) Характеристики ГТУ зависят от температуры наружного воздуха; 2)Давление

атмосферное; 3) Перепад давления = разности входного и выходного; 4) Зависит от высоты над уровнем моря (на каждые 1 км-уменьшение мощности на 10%); 5) Потери на входе: ОК,КВОУ; 6) Потери на выхлопе: сопротивление кот.устр.; 7) Потери в редукторе; 8) Потери в ЭГ Основные характеристики ГТУ: к = кк/ нк степень повышения давления в компрессоре; гт =

нт/ кт - степень расширения газов в ГТ; = нт/ кк коэффициент потерь давления рабочего тела в ГТУ(прохождение через КС) λ2 =0,96-0,98 – потеря всаса и выхлопа (КВОУ,котел); 1 2 -

коэффициент общих потерь

πГТ = λ πк

4. Способы повышения тепловой экономичности ГТУ. Карнотизация термодинамических циклов ГТУ

Способы повышения экономичности ГТУ: 1. Увеличение К

1)Увеличение температуры начала турбины

2)Увеличение экономических характеристик (КПД компрессора, КС, ГТ)

3)Уменьшение внутренней мощности компрессора

4)Уменьшение потерь давления на входе в компрессор

5)Уменьшение потерь давления на выходе из ГТ

6)Совершенствование термодинамического цикла:

Карнотизация (охлаждение воздуха в компрессоре, промежуточные КС)

Регенерация теплоты газов после ГТУ

7)Подогрев топлива

Регенерация теплоты:

Т.к большое количество выхлопных газов (100-700 кг/с) с температурой 500-600 ˚С, то возможно использовать их тепло с помощью регенераторов. В них ух.газы пережают часть своей теплоты сжатому в компрессоре воздуху, уменьшая затраты на топливо

Температуру воздуха за компрессором можно повысить почти до температуры ух.газов

Регенерация хоть и увеличивает термический КПД, однако увеличивает и площадь удельную

Cргаз , что приводит к увеличению кап.затрат. Нужно рассчитывать ее

F

1 k *HГТУ

необходимость.

Внутренний КПД ГТУ открытого цикла с регенерацией зависит от К , τ,ϭ, совершенства

элементов схемы.

с регенерации КПД ГТУ=39-43%, без-35-38%

Когда К оптимальное, регенерация НЕ РАБОТАЕТ!!! Эффективна при небольшом К и ϭ>0.5

7

Охлаждение воздуха в компрессоре

Идея: уменьшение затрачиваемой работы на сжатие воздуха в компрессоре и увеличение работы расширения в турбине.

Оптимальный охладитель должен делить компрессор на 2 секции, каждая из которых должна обеспечить примерно равную степень повышения давления.

?????Находит применение ц.Брайтона с влажной регенерацией. Вода в таких циклах впрыскивается после компрессова, а также в регенератор. Это позволяет охлаждать сжатый воздух и забирать больше теплоты от уходящих газов, понизив при этом температуру отвода теплоты. Водяные пары, расширяясь в ГТ,увеличивают ее мощность за счет использования доп.теплоты????

Промежуточные КС

5. Объяснить назначение основных элементов конструкции осевого компрессора. Определение явления помпажа. Причины возникновения помпажа в ОК и меры его предотвращения.

Компрессор – машина для увеличения давления и перемещения газов!Величина Тнк оказывает большее влияние на ηi ГТУ чем Тнт! По конструкции делятся: Осевые – в основном; Радиальные (центробежные)

4-вал компрессора, 5-подшипник Основные элементы:КВОУ; Входной патрубок 1; Кольцевой конфузор 2 (Течение в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления); Спрямляющий аппарат 3 (раскрутка потока до осевого направления); Диффузор 7 (часть канала (трубы), в которой происходит замедление (расширение) потока); Выходной патрубок 6.

Основное назначение этих неподвижных элементов – подвести воздух к рабочим ступеням компрессора, а затем отвести его, обеспечив минимальные потери, равномерное поле скоростей и давление воздуха.

Схема проточной части

1 – конфузор (забор атмосферного воздуха); 2 – входной направляющий аппарат (ВНА) – закручивает воздух в сторону вращения ротора,

используется для изменения расхода воздуха и воздействия на режим работы ГТУ 3 – поворотный направляющий аппарат (ПНА); 4 – неподвижные направляющие лопатки; 5 – спрямляющий аппарат; 6 – корпус компрессора; 7 – ротор компрессора;

8 – рабочие лопатки компрессора;

9 – диффузор подачи воздуха к камерам сгорания (снижение скорости воздуха) wв с ~ 140 м/с до 20 м/с)

Воздух через комплексное воздухоочистительное и шупоподавляющее устройство (КВОУ) забирается из атмосферы и поступает во входной патрубок и кольцевой конфузор, а покидает компрессор через спрямляющий аппарат, диффузор и выходной патрубок. Основное назначение неподвижных элементов – подвести воздух к рабочим ступеням компрессора, а затем отвести его, обеспечив минимальные потери, равномерное поле скоростей и давлений воздуха.

После конфузора установлен входной направляющий аппарат (ВНА), закручивающий воздух в сторону вращения ротора, и используемый для изменения расхода воздуха и воздействия на режим работы всех ГТУ. Далее расположены рабочие ступени компрессора. Гидравлическое сопротивление фильтра: до

90%

Устройство для борьбы с обледенениями включается автоматически при tнв=0,-5С. Скорость воздуха на всасе от 25м/с до 100м/с . Ступень осевого компрессора: Если степень реактивности ступени =1, то весь процесс сжатия происходит в рабочем колесе, направляющие лопатки только поворачивают поток.

(Поток воздуха закручивает в противоположную сторону вращения ротора. Обеспечивается более высокое давление).

Степень реактивности 0.5 – более экономичны. Среднее число ступеней – 20 шт. Степень сжатия ступени =1,2-1,3

Помпаж – явление, при котором образуются зоны отрыва потока от стенок лопаток. В дальнейшем эти зоны возрастают и происходит уменьшение скорости до 0, начинается резкий гул и выброс воздуха обратно в КВОУ.

Условия возникновения помпажа:

1)Увеличени/уменьшение частоты врашения

2)Увеличение/уменьшение температуры наружного воздуха

3)Увеличение/уменьшение температуры начала турбины

4)Загрязнение КВОУ

Причины возникновения:

1)Высокие или низкие давления воздушного потока

2)Высокая скорость основного воздушного потока

3)Геометрия лопаток проточной части

4)Снижение вязкости потока на пограничном слое Запас устойчивости –предпомпажный режим

(Граница помпажа - граница режимов, при которых имеют место некие минимальные расход воздуха и относительная приведенная частота вращения)

-коэффициент запаса устойчивости

где Gк.уст, π*к.уст – расход и степень повышения давления на границе устойчивости при той же частоте, при которой определены Gк, π*к в данном режиме.

Защита от помпажа:

1)Антипомпажные системы (сброс воздуха через антипомпажные клапаны в атмосферу)

2)Поворот лопаток ВНА и ПНА

3)Изменение Тнт

6. Способы улучшения экологических характеристик КС ГТУ. Определение избытка воздуха за КС (привести диапазон возможных значений). Связь избытка воздуха с характеристиками ГТУ.

Требования к КС:

1)Экономичность работы оценивается по коэффициенту полноту сгорания топлива

(КПД КС) Q1количество теплоты, выделяющееся в объёме КС при горении топлива за единицу времени и затрачиваемое на нагрев воздуха из компрессора

Q2-полное количество теплоты

2)Экономичность по коэффициенту восстановления полного давления

3)Надежность по

Теплонадежность рабочего объема КС

Теплонадежность в зоне горения

неравномерность поля температур на выходе из КС

срывная характеристика КС; формирование температуры газов Тнт; рабочие характеристики КС: надежный и быстрый пуск ГТУ; устойчивая работа во всех режимах; автоматический переход с основного на резервное топливо; практически мгновенный переход с номинального режима на режим холостого хода электрогенератора; устранение вибрационного горения и проскоков пламени, устойчивость к срыву пламени вКС; ремонтопригодность, удобство в эксплуатации.

4) Экологичность эксплуатации КСа) снижение эмиссии оксидов азота NOX, окиси углерода СО и других нормативных значений (при 15 % О2 в воздушной массе);

Способы улучшения экологическиххарактеристик: 1) уменьшение оксидов азота за счет уменьшения температуры в зоне горения. Впрыск воды (пара) в КС – мокрые КС; 2) уменьшение оксидов азота при помощи сухих КС с объединенной топливной смесью; 3) применение многофакельного многоступенчатого сжигания объединенной топливной смесью в сухих КС; 4) каталитическая очистка выходных газов ГТУ( оксиды азота до молекулярного аммиаком)

Определение избытка воздуха:

кс кк + Вгт (нр кс + тп + п) = нт нт

Для одного кг топлива:

L0-теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива. Зависит от состава толива (=16-17)

Связь избытка воздуха с характеристиками ГТУ:

1) если мало подать воздуха, то топливо хуже сгорает=> подаётся больше топлива=>меньше КПД