85870

Тепловой расчёт парогазовой установки

Курсовая

Энергетика

Расчет осевого турбокомпрессора (ОК). Расчет потерь давления воздуха в воздухозаборном тракте ОК. Вычисление параметров рабочего тела в начале цикла ГТУ. Вычисление параметров рабочего в конце адиабатного сжатия. Вычисление параметров воздуха, отбираемого из ОК. Расчет удельной работы ОК.

Русский

2015-03-31

811.9 KB

4 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технический университет растительных полимеров»

Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей

Курсовая работа по дисциплине: Промышленные ТЭС

«Тепловой расчёт парогазовой установки»

Вариант № 15

Выполнила: студентка 451 группы

Степанова А. М.

Проверил: Барановский В.В.

  

Санкт-Петербург

2014

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технический университет растительных полимеров»

Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей

Заведующий кафедры ТСУ и ТД     П.Н. Коновалов

  2014 г.

Семестр   9

Курс      5

Группа    451

З А Д А Н И Е

на курсовую работу по дисциплине «Паро- газотурбинные установки»

на тему:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

студентке                             Степановой Анастасии Михайловне

Дата выдачи задания  26 сентября 2014 г

Дата защиты работы   19 декабря 2014 г

Руководитель работы Барановский В. В.


Исходные данные к КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1. Параметры наружного воздуха:

                    - Температура t н.в.= 35 оС;

                    - Относительная влажность φ н.в.= 60%;

                    - Абсолютное давление p н.в.= 0,96 бар.

2. Состав топливного газа:

                   - метан (СН4) – 27,8 %;

                   -  водород (Н2) – 59,8%;

                   - азот (N2) – 3 %;

                   - кислород (O2)  –  0,5%;

                  - углекислый газ (CO2)  – 2,4%.

3. Плотность топливного газа: ρ ПГ = 0,424 кг/м3; температура топливного газа: t ПГ = 16 OC

Содержание работы

Примечание

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГТУ

1.1. Расчет осевого турбокомпрессора (ОК).

1. Расчет потерь давления воздуха в воздухозаборном тракте ОК.

2. Вычисление параметров рабочего тела в начале цикла ГТУ.

3. Вычисление параметров рабочего в конце адиабатного сжатия.

4. Вычисление параметров воздуха, отбираемого из ОК.

5. Расчет удельной работы ОК.

6. Вычисление параметров рабочего тела в конце политропного сжатия.

7. Расчет параметров воздуха за ОК (на выходе из диффузора ОК).

  

1.2. Тепловой расчет камеры сгорания (КС).

1. Оценка КПД КС.

2. Расчет характеристик топливного газа.

3. Расчет продуктов сгорания топлива.

4. Оценка давления и температуры воздуха в КС.

5. Расчет теоретической температуры горения.

6. Расчет действительной температуры горения.

1.3. Тепловой расчет газовой турбины (ГТ).

1. Расчет параметров газа перед первой ступенью ГТ.

2. Расчет давления газов за последней ступенью ГТ.

3.  Расчет температуры газов на выходе из последней ступени ГТ.

1.4. Расчет мощности ГТУ.

1. Оценка мощности первичных двигателей ПГУ.

2. Расчет расхода топлива в КС ГТУ.

3. Расчет действительных объемных расходов воздуха компрессора.

4. Расчет действительных массовых расходов воздуха компрессора.

5. Расчет внутренней мощности компрессора.

6. Расчет мощности ГТ.

7. Расчет расхода топлива на ГТУ.

8. Расчет экономических показателей ГТУ.

9. Расчет расходов продуктов сгорания из ГТ в котел–утилизатор.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА (КУ)

1. Выбор температурных напоров в пинч-пунктах и опорных параметров КУ.

2. Расчет контура высокого давления.

3. Расчёт пароводяного тракта контура низкого давления.

4. Расчет потерь пара и конденсата в паросиловом цикле.

5. Расчет экономических показателей котла-утилизатора.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ паровой турбины

1. Расчет параметров процесса в h,s–диаграмме ЦВД до камеры смешения.

2. Расчет параметров пара в камере смешения ЦВД.

3. Расчет процесса в проточной части ЦВД после камеры смешения.

4. Расчет параметров пара перед соплами ЦНД.

5. Расчет процесса в проточной части ЦНД.

6. Расчет экономических показателей паротурбинной установки.

4. РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПГУ

Спецзадание

 

ТАБЛИЦЫ РАСЧЕТА ПГУ-325

Таблица .1. Состав природного газа, сжигаемого в КС ГТУ [18]

Вещество

Молекулярная

формула

Объемная доля,

%

Плотность

ρ,

кг/м3

Теплота сгорания низшая (QHС),

кДж/м3

Источник

1

Метан

СН4

27,8

0,716

35800

[1, 3]

2

Этан

С2Н6

-

1,342

64600

[1, 3]

3

Пропан

С3Н8

-

1,967

91500

[1, 3]

4

Бутан

C4H10

-

2,593

119000

[1, 3]

5

Углекислый газ

CO2

2,4

1,964

балласт, не окисляется

[1, 3]

6

Азот воздуха

N2

3

1,257

балласт, кисляется с поглощением Q

[1, 3]

7

Водород

Н2

59,8

0,09

10790

[1, 3]

8

Кислород

О2

0,5

1,428

балласт, не окисляется

[1, 3]

Таблица .2. Исходные данные для теплового расчета ГТЭ-110

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Значение

Источник

а) окружающая среда

1

Температура воздуха на входе в компрессор

t1

OC

35

t1 = tНВ

2

Давление окружающего воздуха (атмосферное)

pНВ

бар

0,96

Задано

3

Плотность наружного воздуха

НВ

кг/м3

1,085

(pНВ ∙ 102) / (RВTНВ)

4

Относительная влажность воздуха

φ

%

60

Задано

б) компрессор

1

Степень необратимого адиабатного сжатия воздуха в компрессоре (относительное давление)

ε1 = p2 / p1

14,75

[10]

2

Относительный внутренний КПД компрессора

η oi к

0,87

[7]

в) камера сгорания

1

Тепловой КПД КС

ηТКС

0,975

Принято по рекомендациям [15, 28, 29]

2

Аэродинамический КПД КС

ηАКС

0,97

Принято по рекомендациям [15, 28, 29]

3

Общий КПД КС

ηКС

0,941

ηТКС ∙ ηАКС

г) газовая турбина

1

Электрическая мощность ГТУ (на клеммах генератора)

NЭ ГТУ

кВт

110 000

Задано

2

КПД проточной части ГТД

ηтoi

0,91

Справочные данные:

0,85  0,91

3

Механический КПД ГТУ

η М ГТ

0,98  

[7]

4

КПД электрического генератора ГТУ

η Г ГТ

0,983

[7]

5

Максимальная температура газов перед  ГТ

t3 MAX

OC

1210,0

Технические условия на ГТД [8]

д) паровая турбина

1

Механический КПД паротурбинной установки

М

0,98

Данные [22]

2

Электрический КПД паротурбинной установки

ЭГ

0,983

Данные [22]

Характеристики топливного (природного) газа на входе в КС

1

Давление топливного (природного) газа

pПГ

бар

18,74

(Задано [18])

2

Температура топливного (природного) газа

tПГ

Тпг

OC

К

16

289,15

ТПГ  = Тза ППГp2В КС / рза ППГ

(Задано)

3

Плотность топливного (природного) газа

при НФУ (tНВ = 15 OC);

ρ ПГ

кг/м3

0,424

Задана

4

Теплоемкость топливного (природного) газа

cПГ

кДж/(кг ∙ К)

2,3098

2,265 + 0,0028∙t ПГ

(рассчитано по метану)

5

Энтальпия топливного (природного) газа

hПГ

кДж/кг

36,9568

cПГt ПГ

6

Низшая рабочая теплота сгорания 1 м3 топлива

Q рН

кДж/м3

16969,5

Задана

7

Низшая рабочая теплота сгорания 1 кг топлива

Q рН

кДж/кг

40022,4

Q рН / ρ ПГ

Примечание. Согласно [16] ряд фирм и организаций осуществляют расчет тепловых схем энергетических ГТУ для эталонного природного газа, состоящего из чистого метана (СН4 = 100 %) с теплотой сгорания Q рН = 50056 кДж/кг, что облегчает сравнимость результатов расчетов различных схем.

8

Молекулярная масса топливного газа

ПГ

кг/кмоль

7,722

∑(iri)

Таблица 3. Расчет потерь давления воздуха в воздухозаборном тракте (ВЗТ) компрессора

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-ность

Значение

Источник,

способ определения

Параметры атмосферного воздуха на входе в КВОУ

1

Давление

pНВ

бар

0,96

Исх. данные

2

Температура

tНВ

OC

35

Исх. данные

3

Плотность

ρНВ

кг/м3

1,085

ρНВ = (pНВ ∙ 102) / (RВTНВ)

Потери давления рабочего тела в ВЗТ

1

Потеря давления на фильтре грубой очистки

pФГО

бар

0,0028

По опытным данным

2

Потеря давления на фильтре тонкой очистки

pФТО

бар

0,001

По опытным данным

3

Потеря давления в воздуховоде ВЗТ

pВВ

бар

0,026

По опытным данным

4

Падение давления в конфузорном участке ВЗТ

pКОНФ

бар

0,00098

По опытным данным

5

Падение давления в участке ВНА

p

бар

0,029

принято по рекомендациям

6

Суммарные потери давления воздуха в ВЗТ

бар

0,05978

pФГО+∆pФТО+∆pВВ+ ∆pКОНФ+∆p

Таблица .4. Расчет параметров воздуха компрессора

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Значение

Источник,

способ определения

Параметры воздуха на всасе компрессора (перед ВНА)

1

Давление воздуха на всасе компрессора

p1

бар

0,9

p1= pНВ -

2

Температура воздуха

t1

(T1)

OC

(K)

15,721

288,871

Таблицы, fАТМ)

3

Теплосодержание

h1

кДж/кг

288,9953

Таблицы, f(t1)

4

Стандартная энтропия

s01

кДж/(кг ∙ К)

6,6642

Таблицы, f(t1)

5

Стандартное отношение относительных давлений

π01

1,2144

Таблицы, f(t1)

6

Стандартный (базовый) относительный объем

θ 01

6829,4181

Таблицы, f(t1)

7

Удельная энтропия

s1

кДж/(кг ∙ К)

6,6945

s01R ∙ ℓnp1

8

Газовая постоянная

сухого воздуха

R

кДж/(кг ∙ К)

0,28715

Справочные данные

9

Удельный объем

v1

м3/кг

0,9217

RT1 / (p1 ∙ 102)

Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора

в обратимом процессе без учета отбора воздуха из компрессора

1

Давление воздуха

p2

бар

13,275

p2 = ε1  p1

2

Относительное давление

ε1

14,75

p2 / p1

3

Стандартное отношение относительных давлений

π02 t

17,9155

π02 t = π01 ∙ ε1

4

Стандартная энтропия

s02 t 

кДж/(кг ∙ К)

7,4364

Таблицы, f02 t)

5

Стандартный (базовый) относительный объем

θ 02t

987,3703

Таблицы, f02 t)

6

Температура воздуха

t2t

(T2t)

OC

(K)

342,61

615,762

Таблицы, f02 t)

7

Теплосодержание

h2t

кДж/кг

623,5643

Таблицы, f02 t)

8

Фактическая удельная энтропия

s2t 

кДж/(кг ∙ К)

6,6945

s2t = s1

9

Удельный объем

v 2t  

м3/кг

0,1333

v 1 ∙ (θ 02 t / θ 01)

10

Удельная работа компрессора в обратимом процессе без учета отбора воздуха из проточной части компрессора

к  t

кДж/кг

334,6933

h2 th1

Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора

в необратимом процессе без учета отбора воздуха из компрессора

1

Удельная работа компрессора в необратимом процессе

без учета отбора воздуха из проточной части компрессора

к

кДж/кг

384,7049

к  t / ηкoi

2

Теплосодержание

h2

кДж/кг

673,7002

h1 + ℓк

3

Температура воздуха

t2

OC

389,9137

Таблицы, f(h2)

4

Давление на выходе из компрессора

p2

бар

13,275

ε1p1

5

Базовая энтропия

s02 

кДж/(кг ∙ К)

7,5149

Таблицы, f(h2)

6

Изменение энтропии

s

кДж/(кг ∙ К)

0,0785

s02s02t

7

Удельная энтропия

s2

кДж/(кг ∙ К)

6,773

s1 + ∆s

Расчетные величины воздуха за пятой ступенью компрессора

1

Давление воздуха за ступенью

p2 (5)

бар

5,025

p1 + 5 ∙ ∆pСТ К

2

Отношение давлений

ε1 (5)  

5,5833

p2 (5) / p1

3

Базовое отношение относительных давлений

π02 t (5)

6,7799

π01 ∙ ε1 (5)

4

Базовая энтропия

s02 t (5)

кДж/(кг ∙ К)

6,7811

Таблицы,f(π02 t (5))

5

Энтальпия в обратимом процессе

h2t (5)

кДж/кг

324,8140

Таблицы,

f(π02 t (5))

6

Температура в обратимом процессе

t2t (5)

OC

(K)

51,39

324,54

Таблицы,

f(π02 t (5))

7

Удельная работа в обратимом процессе

к  t (5)

кДж/кг

35,8187

h2t (5)  – h1

8

Удельная работа в необратимом процессе

к  (5)

кДж/кг

41,1709

к  t (5) / ηкoi

9

Энтальпия  в необратимом процессе

h2 (5)

кДж/кг

330,1662

h1 + ℓк  (5)

10

Температура  в необратимом процессе

t2 (5)

OC

(K)

56,7084

329,8584

Таблицы,

f(h2 (5))

Расчетные величины воздуха за седьмой ступенью компрессора

1

Давление воздуха за ступенью

p2 (7)

бар

6,675

p1 + 7 ∙ ∆pСТ К

2

Отношение давлений

ε1 (7) 

7,417

p2 (7) / p1

3

Базовое отношение относительных давлений

π02 t (7)

9,007

π01 ∙ ε1 (7)

4

Базовая энтропия

s02 t (7)

кДж/(кг ∙ К)

7,2385

Таблицы,f(π02 t (7))

5

Энтальпия в обратимом процессе

h2t (7)

кДж/кг

512,5000

Таблицы,

f(π02 t (7))

6

Температура в обратимом процессе

t2t (7)

OC

(K)

236,06

509,21

f(π02 t (7))

7

Удельная работа в обратимом процессе

к  t (7)

кДж/кг

223,5047

h2t (7)h1

8

Удельная работа в необратимом процессе

к  (7)

кДж/кг

256,902

к  t (7) / ηкoi

9

Энтальпия  в необратимом процессе

h2 (7)

кДж/кг

545,8973

h1 + ℓк  (7)

10

Температура  в необратимом процессе

t2 (7)

OC

(K)

268,3345

541,4845

Таблицы,

f(h2 (7))

Расчетные величины воздуха за десятой ступенью компрессора

1

Давление воздуха за ступенью

p2 (10)

бар

9,15

p1 + 10 ∙ ∆pСТ К

2

Отношение давлений

ε1 (10) 

10,167

p2 (10) /p1

3

Базовое отношение относительных давлений

π02 t (10)

12,3468

π01 ∙ ε1 (10)

4

Базовая энтропия

s02 t (10)

кДж/(кг ∙ К)

7,3293

Таблицы,

f(π02 t (10))

5

Энтальпия  в обратимом процессе

h2t (10)

кДж/кг

560,8190

Таблицы,

f(π02 t (10))

6

Температура  в обратимом процессе

t2t (10)

OC

(K)

282,70

555,85

Таблицы,

f(π02 t (10))

7

Удельная работа в обратимом процессе

к  t (10)

кДж/кг

271,8237

h2t (10)h1

8

Удельная работа в необратимом процессе

к  (10)

кДж/кг

312,4410

к  t (10) / ηкoi

9

Энтальпия  в необратимом процессе

h2 (10)

кДж/кг

601,4363

h1 + ℓк  (10)

10

Температура  в необратимом процессе

t2 (10)

OC

(K)

321,2516

594,7016

Таблицы,

f(h2 (10))

Расчетные величины воздуха за последней ступенью компрессора

в необратимом процессе

с учетом отбора воздуха из проточной части компрессора

1

Относительное давление

ε1

14,75

Исходные данные

2

Давление рабочего тела на выходе из компрессора

p2

бар

13,275

ε1p1

3

Удельная работа компрессора в необратимом процессе

к

кДж/кг

378,4276

(2.12)

4

Теплосодержание рабочего тела в конце процесса сжатия

h2

кДж/кг

667,4229

h1 + ℓк

5

Температура воздуха

t2

(T2)

OC

(K)

383,88

657,03

Таблицы,

f(h2)

6

Базовая энтропия

s02 

кДж/(кг ∙ К)

7,5051

Таблицы, f(t2)

7

Приращение энтропии

s

кДж/(кг ∙ К)

0,0687

s02 – s02t

8

Удельная энтропия

s2 

кДж/(кг ∙ К)

6,7632

s1 + ∆s

9

Базовое отношение относительных давлений

π02

22,7469

Таблицы,

f(t2)

10

Теплоемкость

cP 2

кДж/(кг ∙ К)

1,0640

Таблицы, f(t2)

Расчет параметров воздуха за компрессором

с учетом процессов в спрямляющем аппарате и диффузоре

1

Потеря давления в спрямляющем аппарате

pСА

бар

0,048

(По опытным данным)

2

Давление воздуха за спрямляющим аппаратом

p2 СА

бар

13,227

p2 – ∆pСА

3

Степень повышения давления в выходном диффузоре компрессора

εД К

1,01

По рекомендациям [13]:

εД К = 1,01 1,1

4

Давление воздуха за выходным диффузором компрессора

p2 К

бар

13,3593

εД К p2 СА

5

Повышение давления в диффузоре

pД К

бар

0,1323

p2 Кp2 СА

6

Изоэнтропийный перепад энтальпий в диффузоре

HД К  t

кДж/кг

1,925

cP 2T2 ∙ (εД К (k – 1) / k – 1)

7

КПД диффузора

ηД

0,75

По рекомендациям:

ηД = 0,6  0,8

8

Действительный тепловой перепад энтальпий в диффузоре

HД К

кДж/кг

2,567

HД К  t / ηД

Степени повышения давления воздуха в компрессоре

1

По параметрам между атмосферным давлением и давлением воздуха за выходным диффузором компрессора

ε1 НВ

13,916

p2 К / pНВ

2

В лопаточном аппарате компрессора

ε1 ЛА

14,75

p2 / p1

3

Собственно в компрессоре, то есть от входа в первую ступень до входа в камеру сгорания

ε1 К

14,844

p2 К / p1

Таблица .5. Расчет характеристик теплового состояния камеры сгорания

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Значение

Источник,

способ определения

Воздух перед камерой сгорания

1

Энтальпия

h2 К

кДж/кг

669,99

Из расчета компрессора:

h2 + ∆HД К

2

Давление воздуха

p2 К

бар

13,3593

Из расчета компрессора:

εД Кp2 СА

3

Температура воздуха

t2 К

OC

386,42

Из расчета компрессора,

по таблицам:

f(h2 К)

4

Стандартное относительное давление

π02 К

23,0741

Из расчета компрессора,

по таблицам:

f(h2 К)

5

Массовая удельная теплоемкость воздуха

c2 К

кДж/(кг ∙ К)

1,0119

По таблицам: f(h2 К)

или по формуле:

h2 К /T2 К

6

Плотность

ρ2 К

кг/м3

7,0537

(p2 К ∙ 102) / (RВT)

Воздух в камере сгорания

1

Потеря давления воздуха в жаровых трубах

p2 КС

бар

1,415

Принято по проектным данным

2

Давление

p2В КС

бар

11,9443

p2 Кp2 КС

3

Относительное давление с учетом дросселирования воздуха в жаровых трубах

ε1 КС

13,2715

p2В КС / p1

4

Стандартное отношение относительных давлений

π02 КС

16,1169

π01 ∙ ε1 КС

5

Стандартная энтропия воздуха в камере сгорания

s02 КС

кДж/(кг ∙ К)

7,4061

Таблицы,

f02 КС)

6

Приращение энтропии

sКС

кДж/(кг ∙ К)

0,099

s02 – s02 КС

7

Удельная энтропия

s2 КС 

кДж/(кг ∙ К)

6,7935

s1 + ∆sКС

8

Температура воздуха

t2В КС

OC

325,1

Таблицы, f02 КС)

9

Энтальпия воздуха

h2В КС

кДж/кг

605,1435

Таблицы, f(t2В КС)

10

Плотность воздуха

ρ2 В КС

кг/м3

6,953

  (p2В КС ∙102 ∙) / (RВT2В КС)

11

Массовая удельная теплоемкость воздуха

cВ 2

кДж/(кг ∙ К)

1,0502

Таблицы, f(t2В КС)

Характеристики продуктов сгорания в жаровой трубе

1

Теоретический объём воздуха

V0

м33

4,0476

(3.7)

2

Объем трехатомных газов

VRO2

м33

0,302

(3.8)

3

Объем азота

VN2

м33

3,2276

(3.9)

4

Объем водяных паров:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

VH2О

м33

0,67

0,7677

(3.10)

5

Коэффициент избытка воздуха в КС:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

КС

гт

1,52

3,097

Здесь КС

в жаровых трубах.

Принято.

Примечание. Коэффициент избытка первичного воздуха (КС) зависит от конструкции камеры сгорания и вида сжигаемого топлива. Обычно 1 = 1,051,6.

6

Избыток воздуха:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

VB

м33

2,4286

8,4878

(3.12)

7

Суммарный объем продуктов полного сгорания топлива:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

VГ

м33

6,6282

12,0174

(3.13)

8

Коэффициент избытка воздуха за ГТД

4

3,56

(3.14)

9

Влажность газа

dг

г/м3

8,0

Исходные данные

Объемные доли продукта полного сгорания топливной смеси в жаровых трубах и перед первой ступенью

1

Трехатомный газ:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

rRO2

0,04556

0,02513

VRO2 / VГ

2

Азот:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

rN2

0,48694

0,2686

VN2 / VГ

3

Водяной пар:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

rH2O

0,10108

0,06388

VH2O / VГ

4

Воздух:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

rB

0,3664

0,7063

VB / VГ

Расчет теоретической температуры горения

1

Молекулярная масса газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов)

Г

кг/кмоль

28,1481

30,2794

∑(iri)

2

Газовая постоянная газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов):

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

RГ

кДж/(кг∙К)

0,2954

0,2746

8,3145 /μГ

3

Молярная энтальпия газообразного продукта сгорания топлива, соответствующая теоретической температуре горения:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

HТ

кДж/кмоль

65461,36

44037,95

(QРНVН + hпгпг) h2В КСВ

4

Молярная энтальпия водяных паров:

t = 600 OC

t = 650 OC

t = 700 OC

t = 750 OC

t = 800 OC

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

HH2O

кДж/кмоль

689091

733869

779363

825619

872570

920214

968576

1017610

1067315

1117670

1168653

1220240

1272432

1325162

1378474

1432278

Таблицы,

HH2O = f(t)

5

Молярная энтальпия трехатомных газов (подсчитано по CO2):

t = 600 OC

t = 650 OC

t = 700 OC

t = 750 OC

t = 800 OC

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

HRO2

кДж/кмоль

806266

865648

925814

986675

1048253

1110346

1172998

1236189

1299827

1363914

1428403

1493274

155837

1624045

1689923

1756070

Таблицы,

HRO2 = f(t)

6

Молярная энтальпия азота:

t = 600 OC

t = 650 OC

t = 700 OC

t = 750 OC

t = 800 OC

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

HN2

кДж/кмоль

580922

616717

652893

689248

725962

762922

800195

837715

875459

913494

951709

990102

102865

106740

110635

114542

Таблицы,

HN2 = f(t)

7

Молярная энтальпия воздуха:

t = 600 OC

t = 650 OC

t = 700 OC

t = 750 OC

t = 800 OC

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

HВ

кДж/кмоль

585850

622205

658918

695878

733197

770784

808662

846765

885114

923619

962371

1001302

1040413

1079680

1119126

1158707

Таблицы,

HВ = f(t)

8

Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) при  КС = 1,6:

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

H Г

кДж/кмоль

815248

856128

897322

938829

980650

102276

106509

110768

115050

119360

123686

rH2OHH2O + rRO2HRO2 +  rN2HN2 +  rBHВ

9

Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов) при  1СТ = 3,097:

t = 850 OC

t = 900 OC

t = 950 OC

t = 1000 OC

t = 1050 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

t = 1250 OC

t = 1300 OC

t = 1350 OC

H Г

кДж/кмоль

790922

830234

869837

909709

949827

990214

103082

107163

111267

115391

rH2OHH2O + rRO2HRO2 +  rN2HN2 +  rBHВ

10

Приращение температуры горения:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

tТ

OC

1269

882

Определяется интерполяцией при соблюдении условия:

HТ = HГ

11

Теоретическая температура горения:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

tТ

OC

1594

1207

t2 В + tТ

Расчет действительной температуры горения

1

Молярная энтальпия газообразного продукта сгорания топлива, соответствующая действительной температуре горения:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

HД

кДж/кмоль

62515,6

46113

[(QРНVН + HПГ(tПГ)) + HB(t2 В)  ∙ ηТП

Где: Q – кДж/м3; H – кДж/кмоль; VН = 22,414 м3/кмоль – объем 1 кмоля любого газа при НФУ;

ηТП = 0,955 – КПД теплового процесса горения

2

Энтальпия газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов)

H 3

кДж/кмоль

H3 = HД

rH2OHH2O + rRO2HRO2 +  rN2HN2 +  rBHВ .

ПРИМЕЧАНИЕ.

Алгоритм расчета аналогичен выше приведенному алгоритму расчета  HГ.

3

Приращение действительной  температуры горения:

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

tД

OC

1275

885

Определяется путем интерполяции при соблюдении условия:

HД = H3

4

Действительная температура горения

(Действительная температура газов):

а) в камере сгорания

б) перед ГТ

t3

OC

1600

1210

t2 В + tД

5

Молярная теплоемкость водяных паров при

t = t3 (перед ГТ)

CpH2O

кДж/(кмоль∙К)

46,951

Таблицы,

CpH2O = f(t)

6

Молярная теплоемкость трехатомных газов при

t = t3 (перед ГТ)

CpRO2

кДж/(кмоль∙К)

58,447

Таблицы,

CpRO2 = f(t)

7

Молярная теплоемкость азота при

t = t3 (перед ГТ)

CpN2

кДж/(кмоль∙К)

36,826

Таблицы,

CpN2 = f(t)

8

Молярная теплоемкость воздуха при

t = t3 (перед ГТ)

CpВ

кДж/(кмоль∙К)

35,037

Таблицы,

CpВ = f(t)

9

Молярная теплоемкость газообразного продукта сгорания топлива

Cp 3

кДж/(кмоль∙К)

37,183

rH2OCpH2O + rRO2CpRO2 +  rN2CpN2 +  rBCpВ

10

Массовая теплоемкость газообразного продукта сгорания топлива (перед ГТ)

cp 3

кДж/(кг∙К)

1,3145

Cp 3 / Г

11

Массовая энтальпия газообразного продукта сгорания топлива

h3

кДж/кг

1949,66

H 3 / Г

12

Плотность газообразного продукта сгорания топлива

ρ3

кг/м3

2,88773

(p2В КС ∙102) / (RГT3)

Таблица 6. Расчет характеристик продуктов сгорания и воздуха в процессе адиабатного расширения в газовой турбине

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-ность

Значение

Источник,

способ определения

Параметры газообразного продукта сгорания на входе в ГТД

1

Температура

t3 

OC

1210

Из расчета КС

2

Массовая теплоемкость

cp 3

кДж/(кг∙K)

1,3145

Из расчета КС

3

Массовая энтальпия

h3

кДж/кг

1949,66

См. табл. 5

4

Плотность

ρ3

кг/м3

2,8773

Из расчета КС

5

Стандартная массовая энтропия компонентов продуктов сгорания

s03 RO2

s 03 H2O

s 03 N2

s 03 В

кДж/(кг∙K)

13,8778

6,6225

8,5504

8,4314

Таблицы,

s03 = f(t3)

6

Стандартная энтропия смеси газов на входе в ГТД

s03

кДж/(кг ∙ К)

8,8382

rH2O ∙ s03  H2O + rRO2∙ s03  RO2 + rN2 ∙ s03  N2 + rВ ∙ s03  В

7

Давление газа (продуктов сгорания) на входе в первую ступень ГТ, с учетом аэродинамических потерь в КС

p3

бар

9,293

pКС ∙ ηаЖТ ,

где: ηаЖТ = 0,778 – коэффициент аэродинамического сопротивления (аэродинамический КПД)  жаровых труб камеры сгорания

8

Изменение энтропии в камере сгорания

s2–3

кДж/(кг ∙ К)

1,4321

s03 – s02В КС

9

Действительная энтропия на входе в ГТД

s3

кДж/(кг ∙ К)

8,2256

s2кс + ∆s2–3

Расчет давлений за последней ступенью ГТД и на входе в КУ

1

Перепад давлений в газовом тракте “выхлоп  ГТД – атмосфера”

pГВТ

бар

(кПа)

0,017

1,74

Здесь принято по данным испытаний.

2

Давление газов за выходным диффузором ГТД

pН

бар

0,977

pНВ + ∆pГВТ

3

Степень повышения давления в диффузоре ГТД

εД ГТ

1,01

Рекомендации:

1,01 1,1

4

Давление газов за последней ступенью ГТ

p4

бар

0,967

pН / εД ГТ

5

Повышение давления в диффузоре

pД ГТ

бар

0,01

pНp4

6

Степень расширения газов в ГТ (относительное давление)

ε2

9,61

p3 / p4

7

Потеря давления в диффузоре, соединяющем ГТ с КУ

pДИФ

бар

0,025

Принято по данным

испытаний:

0,02  0,03

8

Давление газов на входе в КУ

p4 КУ

бар

0,942

p4 – ∆pДИФ

Оценка температуры газов на выходе из последней ступени ГТД в действительном процессе без учета воздуха на охлаждение проточной части

(рабочее тело ГТД – воздух)

1

Стандартная молярная энтропия перед ГТ

S03

кДж/(моль∙K)

244,259

Таблицы (атмосферный воздух):

f(t3)

2

Универсальная газовая постоянная

μR

кДж/(моль∙K)

8,314

[3]

3

Стандартная молярная энтропия в конце изоэнтропийного процесса ГТ

S04 t

кДж/(моль∙K)

225,446

S03 - μR ln (p3 / p4)

4

Температура рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ

t4 t

OC

575,05

Таблицы (атмосферный воздух):

f(S04 t)

5

Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ

h4t В

кДж/кг

875,03

Таблицы (атмосферный воздух):

f(S04 t)

6

Удельная работа в теоретическом процессе

Т t   

кДж/кг

1074,63

h3h4 t

7

Удельная работа в действительном процессе

Т

кДж/кг

977,91

Т  t  ∙ ηтoi

8

Энтальпия рабочего тела в действительном процессе за последней ступенью ГТ

h4

кДж/кг

971,75

h3 – ℓТ

9

Теплосодержание трехатомных газов:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

h RO2

кДж/кг

642,6

700,0

758,5

817,8

1449,0

1514,7

1580,9

Таблицы,

h RO2 = f(t)

10

Теплосодержание водяных паров:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

h H2O

кДж/кг

1385,2

1490,9

1598.3

1707,5

2895,9

3023,7

3152,9

Таблицы,

h H2O = f(t)

11

Теплосодержание азота:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

h N2

кДж/кг

754,5

809,5

865,1

921,3

1509,3

1570,2

1631,3

Таблицы,

h N2 = f(t)

12

Теплосодержание воздуха:

t =450 OC

t =500 OC

t4В = 545 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 1100 OC

t = 1150 OC

t = 1200 OC

hВ

кДж/кг

738,1

792,4

841,9

847,3

902,8

1483,0

1543,0

1603,3

Таблицы,

hВ = f(t)

Примечание.

t = 545 OC – температура рабочего тела за последней ступенью ГТД, смотри ниже.

13

Энтальпия газовой смеси:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

h4 Г

кДж/кг

790,818

812,654

834,772

857,18

1029,93

rH2Oh H2O + rRO2h RO2 + rN2h N2 + rВhВ

14

Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД

t4

OC

633,16

Определяется путем интерполяции при условии:

h4 = h4 Г

Воздух ГТД

1

Теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1 м3, то есть воздух принявший участие в реакции  горения при  = 1

V0

м33

4,0476

Определено при расчете КС

2

Коэффициент избытка воздуха в КС

КС

1,52

Определено при расчете КС

3

Избыток воздуха в продукте сгорания топлива

VB

м33

2,4286

Определено при расчете КС

4

Доли воздуха, отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД

после 5-ой ступени компрессора

βВО 5

%

0,03

после 7-ой ступени компрессора

βВО 7

%

0,2

после 10-ой ступени компрессора

βВО 10

%

2,55

после последней ступени компрессора через ВВТО

βВО 15 + βВВТО 15

%

10,22

5,8 + 4,42

5

Суммарная доля воздуха отбираемого из компрессора на охлаждение ГТД

β

0,13

βВО 5 + βВО 7 + βВО 10 + βВО 15 + βВВТО

Инструкция по эксплуатации ГТД

6

Суммарный расход воздуха компрессора

VК

м33

7,4439

КСV0 / (1 – β)

7

Объемные доли воздуха, поступающего в ГТД при температуре:

t = t3

t = t2 (5)

t = t2 (7)

t = t2 (10)

t = t2 В

t = tВВТО = 150 ОС

rВКС

rВО 5

rВО 7

rВО 10

rВО 15

rВВТО

0,3664

0,00034

0,00225

0,0286

0,0651

0,0474

VB / VГ

βВО 5 ∙ (VК / VГ)

βВО 7 ∙ (VК / VГ)

βВО 10 ∙ (VК / VГ)

βВО 15 ∙ (VК / VГ)

βВВТО ∙ (VК / VГ)

8

Теплосодержания потоков воздуха охлаждения на входе в ступени ГТД в действительном процессе при температуре:

t = t3

t = t2 (5)

t = t2 (7)

t = t2 (10)

t = t2 В

t = tВВТО = 150 ОС

h3

h2 (5)

h2 (7)

h2 (10)

h2 (15)

h2 ВВТО

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

1949,66

330,03

545,8857

601,01

667,2674

424,6

Таблицы, h = f(t)

Работа ГТД

1

Полезная работа, совершенная газом, поступающим из камеры сгорания в ГТД

т  Г КС  

кДж/кг

954,75

h3 – (rRO2 ∙h RO2+ rH2O ∙h H2O+

rN2 ∙h N2 + rВКС ∙ h4 В )

2

Работа, затраченная продуктами сгорания в ГТД на нагрев воздуха

(ℓт)В ОХЛ

кДж/кг

57,54

rВО 5 ∙( h4 Вh2 (5)) + rВО 7 ∙ (h4 Вh2 (7)) +   rВО 10 ∙ (h4 Вh2 (10)) + rВО 15 ∙ (h4 Вh2 (15)) + rВВТО ∙ (h4 Вh2  ВВТО)

3

Действительная работа ГТД с учетов поступления воздуха на охлаждение проточной части ГТД

(ℓт)ОХЛ

кДж/кг

888,21

т  Г КС – (ℓт)В ОХЛ

4

Энтальпия газов за последней ступенью ГТД с учетом охлаждения проточной части

h4 ОХЛ

кДж/кг

1061,45

h4СМ = h4 ОХЛ

Расчет температуры газообразного продукта сгорания топливной смеси на выходе из последней ступени ГТД (t4) с учетом воздуха на охлаждение проточной части

1

Теплосодержание трехатомных газов:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

h RO2

кДж/кг

642,6

700,0

758,5

817,8

878,1

Таблицы,

h RO2 = f(t)

2

Теплосодержание водяных паров:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

h H2O

кДж/кг

1385,2

1490,9

1598,3

1707,5

1819,4

Таблицы,

h H2O = f(t)

3

Теплосодержание азота:

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

h N2

кДж/кг

754,5

809,5

865,1

921,3

978,3

Таблицы,

h N2 = f(t)

4

Теплосодержание воздуха:

4 пt =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

hВ

кДж/кг

738,1

792,4

847,3

902,8

958,8

Таблицы,

hВ = f(t)

Энтальпия газовой смеси

t =450 OC

t =500 OC

t = 550 OC

t = 600 OC

t = 650 OC

h4 Г ОХЛ  

кДж/кг

892,75

958,95

1025,92

1093,64

1162,16

rH2Oh H2O + rRO2h RO2 + rN2h N2 + rВh4 В  + h4 В ∙ ∑ri

5

Температура рабочего тела за последней ступенью ГТД

t4

OC

576,23

Определяется путем интерполяции при условии:

h4 ОХЛ = h4 Г ОХЛ

КПД ГТД

1

Относительный внутренний КПД с учетом охлаждения проточной части

тoi)ОХЛ

0,823

(ℓт)ОХЛ / ℓТ t  ,

где:

(ℓт)ОХЛ =  762,237;

Т t  = 891,8.

2

Снижение экономичности ГТД от охлаждения лопаточного аппарата

∆ ηтoi

0,087

ηтoi – (ηтoi)ОХЛ

Таблица 7. Расчет мощности ГТУ

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Значение

Источник,

способ определения

а) компрессор

1

Энтальпия воздуха на входе в камеру сгорания

hB

кДж/кг

667,4229

Определено при расчете компрессора

2

Плотность воздуха компрессора при температуре:

t = t2 (5)

t = t2 (7)

t = t2 (10)

t =t2 (15) = t2 В

t = tВВТО = 150 ОС

ρ 2 (5)

ρ 2 (7)

ρ 2 (10)

ρ 2 (15)

ρ 2 ВВТО

кг/м3

5,31

4,29

5,36

6,93

10,93

По формуле:

(p2 ∙ 102) / (RВT2 )

3

Удельная теоретическая работа, затраченная компрессором

к t

кДж/кг

334,6933

См. расчет компрессора

4

Удельная теоретическая работа сжатия воздуха компрессора на охлаждение ГТ

к t  (5)

кДж/кг

35,8187

См. расчет компрессора

к t (7)

кДж/кг

223,5047

к t (10)

кДж/кг

271,8237

к t 15

кДж/кг

334,6933

к t  ВВТО

кДж/кг

334,6933

б) камера сгорания

1

Коэффициент избытка воздуха в жаровых трубах камеры сгорания

ЖТ

1,52

См. расчет КС

в) газовая турбина

1

Энтальпия газов на входе в ГТ (в камере сгорания), соответствующая действительной температуре горения

h3

кДж/кг

1949,66

Определено при расчете ГТ

2

Энтальпия рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ

h4 t

кДж/кг

875,03

Из расчета ГТД

3

Температура воздуха в конце изоэнтропийного процесса ГТ

t4 t

OC

575,05

Из расчета ГТД

4

Давление за последней ступенью ГТ

p4

бар

0,967

Из расчета ГТД

5

Плотность воздуха при температуре рабочего тела в конце изоэнтропийного процесса ГТ

ρ

кг/м3

0,397

По формуле:

(p4 ∙ 102) / (RВT4 t )

6

Плотность продукта сгорания на входе в ГТ

ρ3

кг/м3

2,88773

Из расчета КС

7

Плотность газов за ГТ (на входе в КУ)

ρГ КУ

кг/м3

0,389

Из расчета ГТД

8

Средняя плотность газов камеры сгорания в ГТ

ρСРГТ

кг/м3

1,638

3 + ρГ КУ)/2

9

Удельная работа в ГТ продукта камеры сгорания в теоретическом процессе

т  t  

кДж/кг

1074,63

Из расчета ГТД:

h3h4 t

10

Теплосодержания потоков воздуха компрессора на входе в ступени ГТД в действительном процессе при температуре:

t = t2 (5)

t = t2 (7)

t = t2 (10)

t = t2 В

t = tВВТО = 150 ОС

h2 (5)

h2 (7)

h2 (10)

h2 (15)

h2 ВВТО

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

330,03

545,8857

601,01

667,2674

424,6

Из расчета ГТД

11

Удельная работа воздуха охлаждения ГТД в теоретическом процессе

t (5)ГТ

t (7)ГТ

t (10)ГТ

t (15)ГТ

t ВВТОГТ

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

545

329,14

297,8

207,76

450,43

h4 t – h2 (5)

h4 t – h2 (7)

h4 t – h2 (10)

h4 t – h2 (15)

h4 t h2 ВВТО

12

Средняя плотность охлаждающего воздуха в ГТ

ρ 2 (5)ГТ

ρ 2 (7)ГТ

ρ 2 (10)ГТ

ρ 2 (15)ГТ

ρ 2 ВВТОГТ

кг/м3

2,854

2,344

2,879

3,664

5,664

По формуле:

ρ 2 (5) + ρ 4 В.

Здесь: ρ 2 ВВТОГТ = ρ 2 (15)ГТ

Оценка мощностей первичных двигателей ПГУ

1

Действительная удельная работа газов

в ГТ

Т

кДж/кг

888,21

h3  h4 Г ОХЛ

3

Электрическая мощность одной ГТУ

NЭ ГТУ

МВт

110,0

Задано

4

Электрическая мощность паротурбинной установки

NЭ ПТУ

МВт

105

Из расчета ПТ

5

Электрическая мощность ПГУ

NЭ ПГУ

МВт

325

NЭГТУ + NЭ ПТУ

Оценка расхода топлива на ГТУ

1

Массовый расход газов за ГТ

GТ

кг/с

237,59

NЭ ГТУ / [(ℓТ – 1/(1 – β)  ∙ ℓк t / ηOI К) ∙ η М ГТ  ∙ η Г ГТ]

2

Количество воздуха, минимально необходимое для полного  горения при  = 1

L0

кг/кг

10,68

V0  ∙(ρНВ / ρ ПГ),

3

Количество воздуха в продукте сгорания топлива

LB

кг/кг

3,67

VB ∙(ρНВ / ρ ПГ),

где при НФУ:

ρНВ = 1,226;

ρ ПГ = 0,716.

4

Расход топлива

ВТ

кг/с

13,14

GТ / (1 + КС L0)

5

Объемный расход топлива в КС при заданной электрической нагрузке ГТУ

VПГ

м3

18,35

BТ / ρ ПГ

при ρ ПГ = 0,716 кг/м3

Расчет расходов воздуха компрессора

1

Суммарный массовый расход воздуха компрессора

GКД

кг/с

224,45

(GТ – ВТ)

2

Приведенный расход воздуха компрессора

GВ ПР

кг/с

279,59

G ∙ (pПР / pН) ∙ [(z / zПР) ∙ (R / RПР) ∙ (TН / TПР)]0,5,

где:

pПР = 1,013 бар; TПР = 293 K;

RПР = 0,287 кДж/(кг∙K);

 z / zПР =1.

3

Суммарный объемный расход воздуха компрессора

VКД

м3

206,87

GКД / ρНВ

4

Объемные расходы воздуха, отбираемого из компрессора:

VВО 5Д

м3

0,0621

0,0003 ∙ VКД

VВО7 Д

м3

0,4137

0,002 ∙ VКД

VВО10Д

м3

5,379

0,026 ∙ VКД

VВО15Д

м3

11,998

0,058 ∙ VКД

VВВТОД

м3

9,1

0,044 ∙ VКД

5

Массовые расходы воздуха, отбираемого из компрессора:

GВО 5Д

кг/с

0,177

VВО 5Д ∙ ρ 2 (5)ГТ

GВО7 Д

кг/с

0,97

VВО7 Д ∙ ρ 2 (7) ГТ

GВО10Д

кг/с

15,486

VВО10Д ∙ ρ 2 (10) ГТ

GВО15Д

кг/с

43,96

VВО15Д ∙ ρ 2 (15) ГТ

GВВТОД

кг/с

51,543

VВВТОД ∙ρ 2 ВВТО ГТ

6

Действительный массовый расход воздуха в КС

GВ КС

кг/с

112,32

GКД – (GВО 5Д  + GВО7 Д + GВО10Д  + GВО15Д + GВВТОД)

Расчет внутренней мощности компрессора

1

Теоретическая мощность, затраченная на  воздух, поступающий в КС

N О В КС

кВт

37592,8

GВ КС ∙ ℓк t

2

Теоретическая мощность, затраченная на  потоки воздуха охлаждения ГТД

N ОК (5)

кВт

96,47

GВО 5Д  ∙ ℓк t  (5)

N ОК (7)

кВт

315,97

GВО7 Д  ∙ ℓк t (7) 

N ОК (10)

кВт

4611,73

GВО10Д  ∙ ℓк t (10) 

N ОК (15)

кВт

9133,12

GВО15Д  ∙ ℓк t 15 

N ОК ВВТО

кВт

23216,52

GВВТОД  ∙ ℓк t  ВВТО

3

Суммарная мощность воздуха охлаждения

∑(N О В ОХЛ)I

кВт

37373,81

N ОК (5) + N ОК (7) + N ОК (10) + N ОК (15) + N ОК ВВТО

4

Внутренняя мощность компрессора

NI К

кВт

86168,81

(N О В КС - ∑(N О В ОХЛ)I) / ηOI К

Расчет мощности газовой турбины

1

Электрическая мощность газовой турбины

NЭ ГТ

кВт

196168,52

NЭ ГТУ + NI К

2

Теоретическая мощность, развиваемая газами камеры сгорания

NO КС  

кВт

195170,71

[NЭ ГТ/ ηКС – ∑(N О В ОХЛ)I ]/(ηOI ГТ ∙ η М ГТ ∙ η Г ГТ)  

3

Теоретическая мощность газовой турбины

NO ГТ

кВт

232544,52

NO КС + ∑(N О В ОХЛ)I

4

Количество теплоты, полученное газами в камере сгорания

QКС

кДж/с

247124,9

NO ГТ / ηКС

Расчет экономических показателей ГТУ

1

Удельный расход действительного топлива на ГТУ

bТГТУ

г / (кВт∙ч)

430

3600 ∙ (BТ ∙ 1000)/ NЭ ГТУ

2

Расход условного топлива на ГТУ

BУ.Т.

кг/с

17,95

BТQРН / Q У.Т. , где Q У.Т. = 29300 кДж/кг

Примечание. Точнее Q У.Т. = 29307,6 кДж/кг, однако в расчетах обычно принимают  29300 кДж/кг.

3

Удельный расход условного топлива на ГТУ

(bТГТУ)У.Т.

г / (кВт∙ч)

587,46

3600 ∙ (BУ.Т.  ∙ 1000)/ NЭ ГТУ

4

Абсолютный (термический) КПД обратимого цикла ГТУ

ηtГТУ

0,56

[(h3h4 t) – (h2 th1)] / (h3h2 t)

5

Относительный внутренний КПД необратимого (реального) цикла ГТУ

ηi ГТУ

0,4

[(h3h4  t) ∙ ηOI ГТ – (h2 th1) / ηOI К] / [h3h2) / ηКС]

6

Относительный эффективный КПД ГТУ

η ОЕ ГТУ

0,391

ηi ГТУ ∙ η М ГТУ

7

Относительный электрический КПД ГТУ

ηОЭГТУ

0,392

ηiГТУ∙η М ГТУ∙η Г ГТУ

Таблица 8. Опорные параметры для расчета котла-утилизатора П-88

Наименование величины

Обозна-

чение

Размерность

Значение

Источник,

способ определения

Вода, пар

1

Давление в барабане контура НД

(давление в интегрированном деаэрационном устройстве КУ)

pБНД

бар

7,26

Задано (см. характеристики КУ)

2

Давление в барабане контура ВД

pБВД

бар

75,41

Задано (см. характеристики КУ)

3

Давление основного конденсата на стороне напора КЭН

p КЭН

бар

24,0

По характеристикам КЭН,

p КЭН = f(GПВ)

4

Потеря давления основного конденсата в КПУ

pКПУ

бар

1,0

Согласно рекомендаций [19, 20]

5

Давление питательной воды на выходе из узла смешения ГПК

(на входе в КУ)

pПВ до ГПК

бар

23

p ПВ до ГПК =

p КЭН – ∆ pКПУ 

≈  p КЭН

6

Температура основного конденсата за конденсатором паровой турбины

tОК

OC

30

Определяется по характеристикам конденсатора,

tОК =f(t НВ)

7

Величина подогрева основного конденсата в КПУ

t КПУ

OC

4,0

Рассчитывается  или принимается [19, 20]

8

Температура основного конденсата за конденсатором пара уплотнений (КПУ)

t за КПУ

OC

34

t за КПУ =

 tОК + ∆ t КПУ

9

Температура питательной воды на входе в ГПК КУ

t до ГПК  

OC

65

Принято из условия:

t до ГПК ≥ 60 OC

10

Расход пара в коллектор СН из контура НД

DСН

%

3

Требования [19, 20]: не более 3 %

11

Теплосодержание питательной воды на выходе из узла смешения ГПК

h до ГПК

кДж/кг

272,5

Таблицы воды и пара,

h до ГПК = hs(tдо ГПК , p ПВ до ГПК)

Температурные напоры в пинч-пунктах

1

Температурный напор

в пинч-пункте на выходе

питательной воды

из ГПК

δtГПК

OC

13

Требования

[19, 20]

2

Температурный напор

в пинч-пункте на выходе

пара контура НД

из пароперегревателя НД

δtППНД

OC

13

Требования

[19, 20]

3

Температурный напор

в пинч-пункте на входе

питательной воды

в экономайзер ВД

δtЭВД

OC

13

Требования

[19, 20]

4

Температурный напор

в пинч-пункте на выходе

пара контура ВД

из пароперегревателя ВД

δtППВД

OC

45

Рекомендации

[19, 20]:

40  50 OC. Принято по данным эксплуатации.

Газ на входе в котел-утилизатор

1

Массовый расход газов в КУ

GГ КУ

кг/с

237,59

GКД + BТ

2

Плотность газов на входе в КУ

ρГ КУ

кг/м3

0,389

Из расчета ГТД

3

Коэффициент избытка воздуха на входе в КУ

4

3,56

Из расчета ГТД

4

Давление газов на входе в КУ

p4 КУ

бар

0,967

Из расчета ГТД

5

Удельная изобарная теплоемкость газов

на входе в КУ

cpг 4

кДж/(кг ∙ К)

1,25

Из расчета ГТД

6

Температура газов на входе в КУ

θ4 КУ

OC

576,23

Из расчета ГТД

θ4 КУ = t4 КУ

7

Энтальпия газов на входе в КУ (за диффузором)

IД

кДж/кг

1006,89

Из расчета ГТД

Газ на выходе из котла-утилизатора

1

Температура газов на выходе из КУ

θ УХ

OC

100

Из условия, что температура конденсата перед ГПК равна 65 OC

2

Удельная изобарная теплоемкость газов

на выходе из КУ

cp УХ. Г  

кДж/(кг ∙ К)

1,05

cp УХ. Г = fУХ)

3

Энтальпия газов на выходе из КУ при θ УХ

IУХ

кДж/кг

391,8

θ УХcp УХ. Г  

4

Энтальпия газов на выходе из КУ при tНВ

IГ НВ

кДж/кг

323,56

tНВcp УХ. Г ,

где  tНВ = 15 OC

5

Аэродинамическое сопротивление

собственно КУ

pКУ

бар

0,02

Принято по данным испытаний. Рекомендации: 0,020,03 .

Таблица 9. Тепловой  расчет котла-утилизатора П-88

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-ность

Значение

Источник,

способ определения

Расчет процесса в питательном электронасосе (ПЭН)

1

Параметры питательной воды на входе в ПЭН

tБНД

hБНД

υБНД

OC

кДж/кг

м3/кг

166

704

0,0011

Таблицы воды и пара, f(pБНД)

2

Плотность питательной воды

ρБНД

кг/м3

909,1

ρБНД = 1/ υБНД

3

Высота столба воды на стороне всасывания

HПЭН

м

22,0

Задано

4

Кавитационный запас насоса

pВС

кПа

10,0

Принято по нормам

[19, 20]

5

Давление ПЭН

pПЭН

кПа

186,59

Паспортные данные насоса

6

Давление питательной воды на стороне всасывания питательного насоса

pВС ПЭН

кПа

912

(6.3)

7

Температура питательной воды на стороне всасывания насоса

tВС ПЭН

OC

166

tВС ПЭН = tБНД

8

Удельный объем воды на стороне всасывания насоса

υВС

м3/кг

0,001097

Таблицы воды и пара,

υВС = hs(pВС ПЭН , tВС ПЭН)

9

Энтропия воды на стороне всасывания насоса

sВС

кДж/(кг∙K)

2,002

Таблицы воды и пара,

sВС = hs(pВС ПЭН , tВС ПЭН)

10

Давление питательной воды на стороне напора питательного насоса

pПЭН

кПа

796,83

pБНД + ∆pПЭН

(pПЭН = pН ПЭН)

11

Температура питательной воды на стороне напора питательного насоса

tПЭН

OC

189,5

Таблицы воды и пара,

tПЭН = tН ПЭН = hs(sВС , pН ПЭН)

12

Удельный объем воды на стороне напора насоса

υН

м3/кг

0,264558

Таблицы воды и пара,

υН = hs(pН ПЭН , tН ПЭН)

13

Средний удельный объем воды в  насосе

υПЭН

м3/кг

0,133

υПЭН = (υВС + υН)/2

14

КПД питательного насоса

η еПЭН

0,84

Справочные (паспортные) данные

15

Повышение энтальпии воды в насосе

hПЭН

кДж/кг

8,85

(6.2)

16

Теплосодержание питательной воды на стороне напора

hПЭН

кДж/кг

712,85

h БНД + ∆hПЭН

Расчет расхода и параметров пара, генерируемого контуром ВД

1

Температура газов за поверхностью ЭВД

θЭВД

OC

202,5

tПЭН + δtЭВД

2

Энтальпия газов за поверхностью ЭВД

I за ЭВД

кДж/кг

594,56

cpг 4 ∙ θЭВД

3

Температура пара контура ВД (за ППВД)

tКУ ВД

OC

621,23

θ4 КУ + δtППВД

4

Теплосодержание пара контура ВД (за ППВД)

hКУ ВД

кДж/кг

3696,9

Таблицы воды и пара,

hs(pБВД , tКУ ВД)

5

Расход пара контура ВД

DКУ ВД

кг/с

33,16

(6.6)

Параметры пара перед  СК ВД паровой турбины

1

Давление

pО ВД

бар

68,6

pО ВД = pППВД

2

Температура

tО ВД

OC

566,23

tО ВД =

 t4 КУ – 10 OC

(Примечание. Вследствие тепловых потерь в паропроводах от КУ до ПТ)  

3

Теплосодержание

hО ВД

кДж/кг

3696,9

hО ВД = hКУ ВД

Оценка расхода питательной воды в КУ

1

Доля непрерывной продувки из барабана ВД

α ПР БВД

%

1,0

[19, 20]

2

Доля непрерывной продувки из барабана НД

α ПР БНД

%

1,0

[19, 20]

3

Доля паро-производительности контура НД от паро-производительности контура ВД

α КУ НД

%

31,9

По данным

[12],

(см. приложение)

4

Расход питательной воды на КУ

WПВ

кг/с

47,32

(6.11)

Принимается в первом приближении, далее уточняется

Расчет РНП ВД

1

Расход продувочной воды из БВД

WПР БВД

кг/с

0,3316

(6.12)

2

Теплосодержание продувочной воды БВД

hБВД

кДж/кг

1304,2

Таблицы воды и пара,

hБВД = hs(pБВД)

3

Теплосодержания насыщенного пара (h’’РВД) и воды в состоянии насыщения (hРВД ) в РНП

h’’РВД

hРВД

кДж/кг

2761,1

657,2

hРВД = hБВД . Таблицы воды и пара,

hРВД ,  h’’РВД = hs(pРВД)

4

Степень сухости пара до сепарации в РНП

x РВД

0,307

(6.15)

5

Расход воды в РНП из БВД

WРВД

кг/с

0,23

(6.16)

6

Расход пара в РНП из БВД

D’’РВД

кг/с

0,102

(6.17)

7

Степень сухости пара, поступающего из РНП в БНД после дросселирования и сепарации продувочной воды

x НД

0,95

Значение принято по рекомендациям [27]  

8

Теплосодержание влажного пара, направляемого из РНП ВД в БНД

hНД

кДж/кг

2655,92

(6.20)

9

Расход влажного пара, направляемого в БНД

D НД

кг/с

0,1135

(6.21)

10

Расход сепарата из РНП ВД в РНП НД

WРВД

кг/с

0,2185

(6.22)

Расчёт пароводяного тракта контура низкого давления (НД)

двухконтурного котла-утилизатора (КУ)

1

Температура газов за поверхностью ИНД

θИНД

OC

179

Из расчета

2

Энтальпия газов за поверхностью ИНД

I за ИНД

кДж/кг

565,19

Из расчета

3

Температура перегретого пара на выходе из контура НД (ППНД)

tПП НД

OC

189,5

Из расчета

4

Теплосодержание перегретого пара на выходе из ППНД

hПП НД  

кДж/кг

2819,9

Таблицы воды и пара,

hПП НД  = hs(pБНД , tПП НД)

5

Энтальпия газов на выходе из котла

I за ГПК

кДж/кг

391,81

cp УХ. Г ∙ θ УХ

6

Расход питательной воды на КУ

WПВ

кг/с

72,8

(6.25)

Примечание.

7

Теплосодержание питательной воды на выходе из узла смешения ГПК

h до ГПК

кДж/кг

272,5

Таблицы воды и пара,

hs(t до ГПК , p ПВ до ГПК)

8

Расход питательной воды рециркуляции, подаваемой РЭН в узел смешения перед ГПК

WРЕЦ

кг/с

21,51

(6.27)

Расчет расширителя непрерывной продувки низкого давления  (РНП НД)

1

Расход непрерывной продувки из БНД

WПР БНД  

кг/с

0,1058

(6.28)

2

Теплосодержание продувочной воды БНД

hБНД

кДж/кг

704

Определено ранее,

hБНД = hs(pБНД)

3

Теплосодержание смеси в РНП

hРНП

кДж/кг

672

(6.30)

4

Давление в РНП

pРНД

бар

1,013

pРНД ≈  1,013

5

Теплосодержания насыщенного пара (h’’РНД) и воды в состоянии насыщения (hРНД ) в РНП

h’’РНД

hРНД

кДж/кг

2679

420