Способы повышения кпд гту

Методы повышения КПД ГТУ. Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличением степени повышения давления β

Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличением степени повышения давления β. Однако с ростом β увеличивается температура газов в конце сгорания топлива Т3,в результате чего быстро разрушается лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждения которых затруднительно.

Что бы увеличить КПД ГТУ частично изменили условия их работы. В установках стали применять регенерацию теплоты, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре, многоступенчатое сгорание и т.д. Это дало значительный эффект и повысило в установках степень совершенства превращение теплоты в работу.

Регенерация теплоты при p=const

\

Сжатый воздух из турбокомпрессора 4 направляется в регенератор 8, где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7,а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1. (1)

Идеальный цикл ГТУ с регенераций теплоты при p=const.

На этих рисунках: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 5-3 – подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 4-6 – Изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе; 6-1 – изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприёмнику.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄ до Т₆=Т₂, то регенерация будет полная.

Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т4-Т6=Т5-Т2,найдём по уравнению

Где

А

Тогда

Температура в основных точках цикла определяется по формуле:

Термический КПД цикла с подводом теплоты при p=const и полной регенерацией зависит от начальной температуры газа T1 и от температуры в конце адиабатного расширения Т4.

Практически полную регенерацию осуществить нельзя вследствие ограниченных размеров регенераторов и наличия конечной разности температур между нагреваемым и охлаждаемым потоками газа. В этом случае нагреваемый в регенераторе воздух будет иметь температуру Т7, несколько меньшую Т5, а охлаждаемые газы – температуру Т8, более высокую, чем Т6. Поэтому термический КПД Цикла должен зависеть от степени регенерации, которая определяется как соотношение температур:

Термический КПД цикла ГТУ с неполной регенерацией, т.е. при , определяется следующим образом:

Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при v=const

Поскольку процесс регенерации осуществляется в теплообменнике при постоянном давлении, то подвод теплоты в этом случае в этом случае производится как по изобаре, так и по изохоре

Данный цикл состоит из следующих процессов: 1-2 адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – нагрев сжатого воздуха в регенераторе при p=const; 3-4 подвод теплоты при v=const в камере сгорания;;4-5 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 5-6 – отвод теплоты от газов при p=const; 6-1 – отвод теплоты от газов при p=const теплоприёмнику.

Количество подведённой и отведённой теплоты составит:

Термический КПД рассматриваемого цикла равен (1)

Источник

Методы повышения КПД газотурбинных установок.

Термический к. п. д. ГТУ со сгоранием топлива при р = соnst растет с увеличением степени повышения давления β. Однако с ростом β увеличивается и температура газов в конце сгорания топлива Т₃, в результате чего быстро разрушаются лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждение которых затруднительно.

Чтобы увеличить к. п. д. ГТУ:

► применять регенерацию теплоты;

► многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре;

Сжатый воздух из турбокомпрессора направляется в регенератор 8, где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7, а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1.

Идеальный цикл ГТУ с регенерацией теплоты:

1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;

2-5 – изобарный подвод теплоты к воздуху в регенераторе;

5-3 – подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания;

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины;

4-6 – изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе;

6-1 – изобарный отвод теплоты от газов на выходе из регенератора теплоприёмнику (окр. среде).

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄ до Т₆ = Т₂, то регенерация будет полная.

Термический к.п.д. цикла при полной регенерации, когда Т₄ – Т₆ = =Т₅ – Т₂, найдем по уравнению:

,

где ,

а ,

тогда

Температуры в основных точках цикла:

Практически полную регенерацию осуществить нельзя вследствие ограниченных размеров регенераторов и наличия конечной разности температур между нагреваемым и охлаждаемым потоками газа.

Экономичность ГТУ можно повысить, осуществив изотермический подвод и отвод теплоты.

В газовых турбинах для приближения действительного процесса подвода теплоты к изотермическому применяют ступенчатое сгорание с расширением продуктов сгорания в отдельных ступенях турбины.

Исходя из технико-экономических соображений ГТУ делают с двухступенчатым расширением и трехступенчатым сжатием.

Атмосферный воздух последовательно сжимается в отдельных ступенях компрессора (1-2, 3-4, 5-6) и охлаждается в промежуточных холодильниках (2-3, 4-5). Сжатый до высокого давления воздух поступает в первую камеру сгорания, где нагревается до максимальной температуры (6-7).

После расширения в турбине (7-8) газ поступает во вторую камеру сгорания, где вследствие сжигания топлива при постоянном давлении он опять нагревается до предельной температуры (8-9). Затем продукты сгорания расширяются во второй турбине (или во второй ступени турбины) (9-10) и выбрасываются в атмосферу.

Если в ГТУ осуществляется цикл с регенерацией теплоты, то нагревание сжатого воздуха (6-12) может быть произведено за счет охлаждения выхлопных газов (10-11).

Все действительные ГТУ работают по разомкнутой схеме, в которой продукты сгорания после работы на лопатках турбины выбрасываются в атмосферу (11-1).

Отработавший газ после газовой турбины целесообразно направлять в теплообменный аппарат для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, или направлять для нужд коммунального хозяйства на получение горячей воды, пара и т. д.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Методы повышения КПД ГТУ.

Газотурбинные тепловые станции (ГТУ).

1) Для выработки электрической и тепловой энергии.

2) Транспортные (двигатели самолетов, судов, железнодорожных локомотивов, танков).

3) Приводные ГТУ: для привода мощных нагнетателей воздуха (компрессоры, воздуходувки, насосы, на газоперекачке).

4) Энерготехнологические ГТУ: используются в технологических схемах крупных предприятий для приводов компрессоров, обеспечивающих рабочий процесс и работающих за счет расширения газов, образующихся в сомом технологическом процессе.

ПТУ — сложнее и дороже

ГТУ – маневреннее, быстрее пуск. Пуск ГТУ осуществляется за несколько минут, паросиловой установки – до нескольких часов).

1. ГТУ используют для снятия пиковых нагрузок (КПД низкий).

2. Благодаря низкой стоимости на газ, в последнее время повышен интерес у конечных потребителей энергии к созданию ГТУ (собственных) для обеспечения предприятий энергоресурсами.

3. Использование ГТУ (замкнутых), работающих в паре с атомными реакторами (для охлаждения применяют гелий).

Принципиальная схема ГТУ.

Цикл ГТУ.

1-2 сжатие воздуха в компрессоре (адиабатное);

2-3 изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

3-4 адиабатное расширение продуктов сгорания в ГТ;

4-1 изобарное охлаждение продуктов сгорания в атмосфере.

— степень повышения давления в компрессоре.

Р₁ — давление окружающей среды только для разомкнутых схем.

Температура Т₃ ограничена пределом жаростойкости металла ГТ (1400°С – для авиационной турбины, или 900°С – в среднем).

Замкнутая схема.

Недостаток схемы: большое количество элементов, работающих при высокой температуре, что повышает стоимость установки (дорогие материалы).

В открытой схеме выбрасываемые газы имеют высокий тепловой потенциал.

Из-за потерь при определенной степени сжатия π работа компрессора может быть больше работы ГТ.

В реальной установке наибольшая эффективность достигается при определенной (оптимальной) степени повышенного давления в компрессоре π _опт.

Значение π _опт определяется температурой рабочего тела на выходе из камеры сгорания и относительными внутренними КПД компрессора и турбины.

π

Методы повышения КПД ГТУ.

1) Использование теплоты уходящих газов.

Регенеративный подогрев сжатого воздуха продуктами сгорания ГТ.

-температура воздуха на выходе из РП

Уменьшается количество подводимой теплоты в КС; уменьшается количество теплоты, выбрасываемое в окружающую среду, следовательно, эффективность возрастает.

, Р₄=Р₁, Р₂=Р₃

π > 1, следовательно, чем ниже π, тем больше выгода от регенерации теплоты.

При увеличении π : и ;

с увеличением Т₃: ;

при определенной π:

2) Промежуточное охлаждение воздуха в компрессоре.

— уменьшение работы на сжатие воздуха компрессором при промежуточном охлаждении воздуха, сжимаемого компрессором.

— (адиабатный) изоэнтропный (относительный) КПД компрессора.

— полезная работа компрессора ГТУ с промежуточным охлаждением воздеха.

>

3) Промежуточный подогрев газов в ГТ

η_t –относительный КПД турбины (адиабатный)

— увеличение работы расширения продуктов сгорания в турбине за счет промышленного перегрева этих газов.

ПОВ – промежуточный охладитель воздуха;

ПП — промежуточный подогреватель продуктов сгорания.

увеличилась в 1,8 раз (на 80%).

Если и увеличить на 2%, то увеличится на 14%.

— расход газа через турбину;

— расход газа через компрессор.

– расход теплоты с топливом в КС.

Условия отпуска теплоты от газотурбинной ТЭЦ имеют следующие особенности:

1. Продолжительность сгорания на выходе из ГТУ составляют t=400-500°С,то достаточно для нагрева теплоносителей, в т.ч. пару, для отпуска тепловой энергии внешним потребителям.

2. Выработка тепловой энергии в виде пара или горячей воды производится за счет теплоты полностью отработавших в ГТ продуктов сгорания, поэтому:

— температурный уровень отпускаемой теплоты не влияет на тепловую экономичность ГТ.

— мощность газотурбинного двигателя ГТУ при любой величине отпуска тепловой энергии остается постоянным (электрическая и тепловая нагрузка не связаны).

Дата добавления: 2016-12-27 ; просмотров: 3798 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник