4. Методика расчета эксергетического баланса для газотурбиноой установки

Принципиальная схема газотурбинной установки показана на рис. 5.9. Установка включает турбину низкого давления, камеру сгорания, промежуточный холодильник, регенератор, рассчитанный на использование 65% тепла отходящих газов, и трубопроводы. В камере сгорания сжигают горючие ВЭР (в данном случае коксовый газ). Водух на сжигание сжимается компрессорами низкого и высокого давле­ния и перед поступлением в камеру сгорания подогревается в реге­нераторе за счет теплоты отходящих газов после турбогенератора. Компрессоры приводятся в движение с помощью газовых турбин, рабочим телом которых служат продукты сгорания коксового газа.

Рис. 5.9. Схема газотурбинной установки

Основные характеристики установки

Полная мощность на муфте турбогенератора, кВт N_н = 3000,0

Полная мощность на клеммах генератора, кВт N_эл = 2860,0

Начальная температура воздуха перед воздушным фильтром, °C t₀ = 15,0

Температура газов на входе в турбину за камерой сгорания, °C t₇=684,0

Начальная температура охлаждающей воды, °C t_вх=15,0

Общий эффективный КПД установки η_эф=0,25

Полное отношение давлений p=5,0

Расход воздуха, кг/с G_в=27,0

Расход газа, норм.м³/ч V_г=3680,0 кг/с G_г = 0,952

Состав коксового газа, мас.д.:

H₂' - 0,3130; CO' - 0,1910; CH₄' - 0,1518; C_nH_m' - 0,0064; CO₂' - 0,1883; O₂' - 0,0016; N₂' - 0,1479.

Высшая теплотворная способность газа, ккал/нм³ Н_в = 2934

Низшая теплотворная способность газа, ккал/нм³ Н_н = 2761

Необходимые для расчета данные получены из Т-S - диаграммы газотурбинной установки (см. табл. 5.11). Для расчета эксергии Е использовали фор­мулу:

Е = (i - i₀) - Т₀(S - S₀) (5.55)

Таблица 5.11.

Данные для расчета эксергии

Состояние на диаграм­ме	t, °С	P, кг/м2	i, ккал/кг	S, ккал/кг	Е, ккал/кг
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13	15 15 115 25 108 314 684 606 606 511 511 412 219	10330 9992 24711 24248 50606 49429 47347 33062 31998 19772 19587 11138 10434	3,60 3,60 27,70 6,01 26,00 78,78 176,32 154,63 154,63 129,48 129,48 103,24 53,92	0,0516 0,0537 0,0613 0,0021 0,0107 0,1247 0,2547 0,2576 0,2605 0,2632 0,2643 0,2688 0,1867	-10,48 -11,06 10,60 5,45 23,08 44,73 106,72 84,38 83,58 57,68 57,38 29,84 3,02

В качестве отсчета взяты нормальные физические условия (t₀= 0°С (273К), P₀ = 1 ата (10,13.10-4). Считается, что в этих усло­виях i₀ = 0 и S₀ = 0 отдельно для каждого компонента газов. В этом случае формула приобретает вид: Е = i – Т₀S.

До точки 6 (см. рис. 5.9) в магистрали находится только воздух, начиная с точки 7 и до точки 13 рабочим телом является газ, посту­пающий из камеры сгорания. Чтобы найти для этих точек i, S и E, необходимо рассчитать состав газовоздушной смеси, образующейся в результате смешения и горения в камере сгорания, об.д.: CO₂ - 0,016; H₂O - 0,018; N₂ - 0,777; O₂ - 0,189. Отсюда с помощью фор­мул для смесей идеальных газов находят i, S, E в точках 7-13. Эк­сергетический баланс составляют для t = 1 час.