Методы повышения КПД ГТУ.
Газотурбинные тепловые станции (ГТУ).
Область применения:
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.
2д, 4д - потери в проточной части.
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.
Чем π выше, тем выше ηt..
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).
Т4 > Т1 ≡Тос Т4=400÷450°С
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.
Т4 > Т1
-температура воздуха на выходе из РП
Уменьшается количество подводимой теплоты в КС; уменьшается количество теплоты, выбрасываемое в окружающую среду, следовательно, эффективность возрастает.
Т6=Т2
, 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
ηt –относительный КПД турбины (адиабатный)
Р3 = Р2 ; Р4 = Р1
- увеличение работы расширения продуктов сгорания в турбине за счет промышленного перегрева этих газов.
ПОВ – промежуточный охладитель воздуха;
ПП - промежуточный подогреватель продуктов сгорания.
Т1 =300К
Т3 =973К
π=5
увеличилась в 1,8 раз (на 80%).
Если и увеличить на 2%, то увеличится на 14%.
Полезная мощность
- расход газа через турбину;
- расход газа через компрессор.
– расход теплоты с топливом в КС.
Nэл=Nпол·ηэм
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: 4347;