ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей

РАСЧЁТ ЦИКЛА ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Работу выполнила: студентка

Проверил: ст. преподаватель Горбай С.В.

Санкт-Петербург

2012г.

1. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С ВЫСОКОНАПОРНЫМ ПАРОГЕНЕРАТОРОМ

Стремление повысить термический КПД паротурбинных и газотурбинных установок привело к созданию комбинированных парогазовых циклов. В этих установках работают два рабочих тела: газообразные продукты сгорания топлива и водяной пар. Принципиальная схема такой парогазовой установки с высоконапорным парогенератором (ВПГ) представлена на рис. 1. Она состоит из следующего основного оборудования: ВПГ с промежуточным перегревом пара, паровой конденсационной турбины, газотурбинного агрегата, включающего газовую турбину (ГТ) и компрессор (К).

Установка работает следующим образом: атмосферный воздух, сжатый в компрессоре, подаётся в ВПГ, работающий на жидком или газообразном топливе, сжигаемом под давлением. Продукты сгорания топлива с требуемой температурой (700 -1100 ⁰С) поступают в ГТ, в которой расширяются до атмосферного давления и затем, охладившись, выбрасываются в атмосферу.

Перегретый пар на ВПГ в часть высокого давления (ЧВД) паровой турбины, в которой расширяется до промежуточного давления Р_ПП. Далее пар отводится из турбины в промежуточный пароперегреватель, где нагревается до первоначального значения температуры. Вновь перегретый пар возвращается в часть низкого давления (ЧНД) паровой турбины, в которой расширяется до давления в конденсаторе (КД).

Конденсат из конденсатора, под действием конденсатных насосов, прокачивается через систему регенеративных подогревателей, включающую в себя подогреватель низкого давления (ПНД) и деаэратор (Д).

Подогрев воды в них осуществляется паром, отбираемым из отборов турбины.

Подогретая таким образом питательная вода насосом (ПН) подаётся в холодную сторону газового подогревателя, где нагревается до температуры кипения и затем направляется в высоконапорный парогенератор.

На рис. 1:

ВПГ – высоконапорный парогенератор; ГТ – газовая турбина; К – компрессор; ГП – газовый подогреватель; ЧВД, ЧНД – части высокого и низкого давления паровой турбины; КД – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПНД – подогреватель низкого давления; Д – деаэратор; ПН – питательный насос;

1,2(2д) – всасывание и нагнетание воздуха в компрессоре; 3,4(4д) – вход и выход газа в газовой турбине; 5 – выброс газа в атмосферу; 6,7(7д) – вход и выход пара в ЧВД; 8,9(9д) – вход и выход пара в ЧНД; 10 – выход основного конденсата из конденсатора; 11 – выход подогретого конденсата из ПНД; 12 – подача питательной воды в газовый подогреватель; 13 – подача питательной воды в ВПГ.

Термический цикл ПГУ с ВПГ представлен на рис. 2 и включает в себя следующие процессы:

1-2 – процесс изоэнтропного сжатия воздуха в компрессоре;

1-2д – действительный (политропный) процесс сжатия воздуха в компрессоре;

2-3-m – изобарный процесс сжигания топлива в ВПГ, связанный с подводом теплоты к циклам газотурбинной и паросиловой установок;

3-4 и 3-4д – теоретический (изоэнтропный) и политропный процессы расширения газа в газовой турбине;

4-5 – изобарный процесс охлаждения отработавших в газовой турбине газов в газовом подогревателе;

5-1 – изобарный процесс охлаждения продуктов сгорания в атмосфере;

6-7 и 6-7д – изоэнтропный и политропный процессы расширения пара в ЧВД паровой турбины;

7-8 – изобарный процесс перегрева пара во вторичном пароперегревателе;

8-9 и 8-9д – изоэнтропный и политропный процессы расширения ЧНД паровой турбины;

9-10 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара, отработавшего в паровой турбине;

10-11-12 – изобарный процесс подогрева основного конденсата в ПНД и деаэраторе;

12-13 – изобарный процесс подогрева питательной воды в газовом подогревателе за счёт регенерации теплоты в цикле газотурбинной установки в процессе 4-5.

Подогреватель низкого давления регенеративной системы паросиловой установки (ПСУ) является теплообменником поверхностного типа, в котором по трубкам движется питательная вода, а в межтрубное пространство подаётся греющий пар из отбора турбины. Образующийся в межтрубном пространстве ПНД конденсат отводится в трубопровод, подводящий основной поток конденсата к ПНД.

Деаэратор – это подогреватель смешивающего типа, в котором питательная вода смешивается с греющим паром. Одновременно с этим он служит и для деаэрации, т.е. выделения из питательной воды коррозионно-активных газов, таких как кислород O₂ и углекислый газ СО₂.

Степень совершенства ПГУ, в которой осуществляется процесс превращения теплоты сжигаемого топлива в полезную работу или мощность, характеризуется термическим КПД:

где N_ПГУ - полезная электрическая мощность, развитая паровой и газовой турбиной, кВт; Q_ПГУ – теплота, затрачиваемая в цикле ПГУ, кВт.

Помимо термического КПД показателем эффективности ПГУ может служить удельный расход топлива на выработку электроэнергии:

Где B_T – расход топлива в ПГУ, кг/ч.

2. Расчёт тепловой схемы пгу

Исходные данные:

Мощность газотурбинной установки N_ПГУ= 18 МВт.

Температура перед газовой турбиной t₃= 800⁰C.

Параметры воздуха перед компрессором t₁= 10⁰C, P₁= 0,101 МПа.

Параметры пара перед паровой турбиной t₆= 370⁰C, P₆= 4,4 МПа.

Давление в конденсаторе P_к = 0,011 МПа.

То же в отборах турбины P_{отб 1}=0,12 МПа,P_{отб 2}=0,085 МПа.

То же в промежуточном пароперегревателе P_пп=1,5 МПа.

Внутренний относительный КПД газовой турбины η_оhгт= 0,88.

То же компрессора η_оhк = 0,85.

То же паровой турбины η_оhпт = 0,78.

Топливо – природный газ,

Рабочее тело в ГТУ обладает свойствами воздуха.

1. Расчёт параметров цикла гту

В качестве определяющего параметра цикла ГТУ при изобарном подводе теплоты принимают степень повышения давления π_к при адиабатном сжатии в компрессоре. Полезную удельную работу цикла ГТУ l_ГТУ можно выразить как разность между действительной удельной работой газовой турбины l_ГТД и действительной удельной работой сжатия в компрессоре l_КД :

Выразим каждую из этих работ через её теоретическое значение:

Запишем выражение для внутреннего относительного КПД реального цикла ГТУ :

Как известно, работа сжатия в компрессоре находится из равенства

Для действительных циклов ГТУ оптимальная степень сжатия определяется по формуле (1) :

, (4)

где коэффициенты

При заданных значениях Т₃= 1073К(800⁰C), Т₁= 283К(10⁰C), η_оhтг= 0,88 и η_оhк = 0,85 по выражению находим:

6,185.

Принимаем π_к=7.

Из соотношения (Р₂/Р₁)^m=T₂/T₁находим:

= 283·7^0,286= 493,7 K.

Давление в топке ВПГ составит:

Параметры газа на выходе из газовой турбины при изоэнтропном процессе расширения будем определять при условии, что т.е.

Из соотношений (6) и (7) следует

откуда

Давление

Значение действительных температур газа на выходе из компрессора и газовой турбины

найдём из выражений внутреннего относительного КПД этих машин:

Из выражений (9) и (10) найдём действительные значения температур газа на выходе из компрессора и газовой турбины.

2. Определение расходов рабочих тел пгу

Полезная мощность ГТУ может быть определена из уравнения

В выражении (11) - теоретическая мощность, развиваемая газовой турбиной

а - теоретическая мощность, потребляемая компрессором

Принимая, что , уравнение (11) перепишем в следующем виде:

Действительная мощность газовой турбины составит:

Действительная мощность, потребляемая компрессором:

Расход питательной воды, соответствующий расходу острого пара D₀, подаваемого на паровую турбину, определим из уравнения теплового баланса газового подогревателя с учётом действительных параметров газовой ступени:

Температура газа на выходе из газового подогревателя принимается равной 120 (Т₅= 393 К). При более низкой температуре Т₅ наблюдается сернистая коррозия поверхностей нагрева.

Энтальпия воды на выходе из смешивающего подогревателя (деаэратора) определяется из условия, что питательная вода нагревается в нём до состояния насыщения при давлении греющего пара.

В тепловой схеме ПГУ применяется деаэратор атмосферного типа с давлением греющего пара 0,12 МПа.

По таблицам водяного пара для давления 0,12 МПа находим Как видно из рис. 2, питательная вода в газовом подогревателе нагревается до состояния насыщения при давлении 4,4 МПа (точка 13). По таблицам водяного пара находим и определяем расход