Моделирование тепловой схемы ПГУ
Указанные особенности позволяют существенно повысить КПД производства электроэнергии путем объединения в одной парогазовой установке (ПГУ) высокотемпературного подвода в ГТУ и низкотемпературного отвода тепла в конденсаторе паровой турбины. Для этого отработавшие в турбине газы подаются в котел-утилизатор, где генерируется и перегревается пар, поступающий затем в паровую турбину. Вращаемый… Читать ещё >
Моделирование тепловой схемы ПГУ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет»
Кафедра авиационной теплотехники и теплоэнергетики Моделирование тепловой схемы ПГУ Пояснительная записка по курсовому проекту по дисциплине «Математическое моделирование и алгоритмизация задач теплоэнергетики»
Студент _________ ________ Шатохин Н.А.
(подпись) (дата) (фамилия, И., О.)
Уфа 2013
Курсовой проект посвящен расчету тепловой схемы комбинированных парогазовых установок. Такая тематика очень актуальна в настоящее время, так как применение комбинированных парогазовых установок (КПГУ) в энергетике является перспективным. Опыт развития мировой энергетики показывает, что радикальное улучшение основных характеристик паротурбинных установок тепловых электростанций возможно путем их реконструкции по парогазовому циклу с подачей выхлопных газов ГТУ в топки реконструированных котлов.
В паровых энергоустановках температура перегретого пара не может превышать допустимую для металла труб котельных пароперегревателей и таких неохлаждаемых узлов, как паропроводы, коллекторы, арматура, — она составляет сейчас 530−565 °С, а в самых современных установках — 600−620 °С. Зато отвод тепла в конденсаторах паровых турбин осуществляется циркуляционной водой при температурах, близких к температуре окружающей среды.
Указанные особенности позволяют существенно повысить КПД производства электроэнергии путем объединения в одной парогазовой установке (ПГУ) высокотемпературного подвода в ГТУ и низкотемпературного отвода тепла в конденсаторе паровой турбины. Для этого отработавшие в турбине газы подаются в котел-утилизатор, где генерируется и перегревается пар, поступающий затем в паровую турбину. Вращаемый ею электрический генератор при неизменном расходе топлива в камере сгорания ГТУ увеличивает выработку электроэнергии в 1,5 раза. В итоге КПД лучших современных ПГУ составляет 55−58%.
Привлекательными особенностями ПГУ, помимо высоких КПД, являются умеренная удельная стоимость (в 1,5−2 раза ниже, чем у паровых энергоблоков близкой мощности), возможность сооружения за короткое время (2 года), вдвое меньшая потребность в охлаждающей воде, хорошая маневренность. С учетом всех достоинств ПГУ наиболее важной задачей для отечественной энергетики является перевод многочисленных паровых электростанций, работающих в основном на природном газе, в парогазовые.
1. Принципиальная тепловая схема парогазовой установки
1.1 Принципиальная тепловая схема и основные энергетические характеристики паротурбинной установки
1.1.1 Краткое описание принципиальной тепловой схемы на базе турбоустановки К-50−90
Энергоблок номинальной электрической мощностью 55 МВт состоит из котла высокого давления, турбины К-55−90 ЛМЗ, электрогенератора и вспомогательного оборудования.
Рисунок 1.1 — Принципиальная тепловая схема на базе турбоустановки К-55−90
Свежий пар с давлением 90 ата (8,8 МПа) и температурой 520 0С поступает в турбину и, совершив работу, направляется в конденсатор.
Турбина имеет 7 отборов.
В энергоблоке для регенерации предусмотрены три подогревателя высокого давления (ПВД) и четыре подогревателя низкого давления (ПНД). Нумерация подогревателей идет с хвоста турбоагрегата. Конденсат греющего пара ПВД-7 каскадно сливают в ПВД-6, в ПВД-5 и затем в деаэратор (6 ата). ПВД имеют встроенные охладители дренажа (ОД). Слив конденсата из ПНД также осуществляется каскадно. Затем из ПНД-1 конденсат греющего пара ПНД-1, ПНД-2, ПНД-3 и ПНД-4 направляют в смеситель СМ1.
Основной конденсат и питательную воду подогревают последовательно в СХ и ПС, в четырех подогревателях низкого давления (ПНД), в деаэраторе 6 ата и в трех подогревателях высокого давления (ПВД). Отпуск пара на эти подогреватели осуществляют из отборов пара турбины.
1.1.2 Результаты расчета принципиальной тепловой схемы Расчет ПрТС, работающей при наружной температуре воздуха, выполнен в программе Excel «Расчет энергетических показателей по нормативному методу», результаты которого приведены в таблицах 1.1−1.3.
Таблица 1.1 — Основные потоки пара
Обозначение | кг/с | т/ч | |
Расход пара на выходе из парогенератора DПГ | 58,5812 | 210,89 | |
Расход пара на турбину D0 | 58,5226 | 210,681 | |
Поток пара в конденсатор турбины DК | 36,27 | 130,572 | |
Таблица 1.2 — Энергетические показатели турбинной установки
Наименование | Обозначение | Формула | Значение | Размерность | |
Полный расход теплоты на турбоустановку | QТУ | D0(h0 — hПВ) | 142,93 | МВт | |
514,54 | ГДж/ч | ||||
54,2714 | ГДж/ч | ||||
135,4045 | ГДж/ч | ||||
189,6759 | ГДж/ч | ||||
КПД по производству электроэнергии | ?ЭТУ | NЭ/QЭТУ | 0,3537 | ; | |
Удельный расход теплоты на производство электроэнергии | qЭТУ | 1 / ?ЭТУ | 2,8275 | ; | |
Таблица 1.3 — Энергетические показатели ТЭЦ
Параметр | Обозначение | Формула | Значение | Размерность | |
Тепловая нагрузка парового котла «брутто» | QБРК | DПГ(hПГ — hПВ)+DПР(hПР — hПВ) | 143,24 492 | МВт | |
515,68 171 | ГДж/ч | ||||
КПД трубопроводов (КПД теплового потока) | ?ТР = ?ТЕПЛ.ПОТ | QТУ/QБРК | 0,99 779 | ; | |
Потери тепла в тепловом потоке от трубопроводов острого пара | QТЕПЛ.ПОТ | QБРК(1-?ТЕПЛ.ПОТ.) | 0,32 644 | МВт | |
Удельные затраты тепла на собственные нужды для производства электроэнергии | qСН | Принимаются в диапазоне (0,02 — 0,04) | 0,03 | ; | |
Затраты тепла на собственные нужды для производства электроэнергии | QСН | qCHQБРК | 4,29 735 | МВт | |
Корректировка тепловй нагрузки парового котла с учетом расхода тепла на собственные нужды | QБРК | QБРК + QСН | 147,54 227 | МВт | |
Расход тепла на производство электроэнергии | QЭ | QБРК — QТП — QСН — QТЕПЛ.ПОТ.+ QПВК | 142,91 848 | МВт | |
Коэффициент, зависящий от давления пара перед турбиной Р0 | КРо | Равен 0,25; 0,3; 0,4; 0,42 для >35; 90; 130; 240 кг/см2 соответственно | 0,3 | ; | |
Коэффициент отнесения затрат топлива энергетическим котлом на производство электроэнергии | КЭ | 1,0 | ; | ||
Затраты эл. мощности на с.н. для производства электроэнергии | nЭСН | Принимаются для ТЭЦ-90 в диапазоне (0,05−0,06) | 0,05 | ; | |
Удельные затраты эл. мощности на с.н. для производства электроэнергии | NЭСН | nЭСНNЭ | 2740,45 | кВт | |
Суммарные затраты электрической мощности на собственные нужды | NСН | NЭСН + NТСН | 2740,5 | кВт | |
Электрическая мощность отпущенная | NОТП | NЭ — NСН | 52 068,6 | кВт | |
Расход теплоты топлива на станцию | QТЭЦ | QБРПГ / ?ПГ + QПВК / ?ПВК | 160,37 203 | МВт | |
577,33 930 | ГДж/ч | ||||
Полный расход условного топлива на станцию | ВУ | QТЭЦ/QРНУ | 5,47 345 | кг/с | |
Расход условного топлива по станции на выработку электроэнергии | ВЭУ | 5,47 345 | кг/с | ||
Удельный расход условного топлива на производство электроэнергии | bЭУ | ВЭУ/NОТП | 378,43 | г/(кВт*ч) | |
КПД ТЭЦ по производству электроэнергии | ?ЭТЭЦ | NОТП/(ВЭУ QРН.У.) | 0,32 467 | ; | |
КПД ТЭЦ «брутто» | ?БРТЭЦ | (NЭ+QТП+QПВК)/QТЭЦ | 0,34 176 | ; | |
КПД ТЭЦ «нетто» | ?НТЭЦ | (NОТП+QТП+QПВК)/QТЭЦ | 0,32 467 | ; | |
Удельный расход условного топлива на ТЭЦ «брутто» | bБРУ | BУ/(NЭ+QТП+QПВК) | 99,8640 | г/МДж | |
Удельный расход условного топлива на ТЭЦ «нетто» | bНУ | BУ/(NОТП+QТП+QПВК) | 105,1200 | г/МДж | |
1.2 Газотурбинная установка ГТЭ-115м
1.2.1 Краткое описание ГТУ
Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-115 М предназначена для эксплуатации на электрических станциях в составе парогазовых установок или индивидуально в простом цикле для выработки электрической и тепловой энергии в базовом, полупиковом и пиковом классах использования.
Газотурбинная установка представляет собой технологический комплекс оборудования в блочно-комплектном исполнении, что обеспечивает удобство монтажа и обслуживания.
При проектировании ГТУ использовался опыт ОАО «Турбоатом» по созданию газотурбинных установок ГТЭ-45 и ГТЭ-115.
ГТУ выполнена в виде единого транспортабельного блока, расположенного на раме, обеспечивающей его транспортировку и установку на фундаментные плиты. Преемственность конструкций ГТЭ-115 и ГТЭ-115М сохранена при проектировании проточных частей компрессора и турбины, системы охлаждения корпуса и ротора турбины. В результате конструкция сварного ротора компрессора, сборного ротора турбины и лопаточного аппарата компрессора и турбины максимально унифицированы. Традиционной для газотурбинных установок ОАО «Турбоатом» является кольцевая камера сгорания. Такой подход позволяет значительно уменьшить затраты на освоение головного образца.
Турбокомпрессор.
Газотурбинная установка выполнена по простой схеме и включает в себя четырехступенчатую газовую турбину, восемнадцатиступенчатый осевой компрессор и кольцевую камеру сгорания, выполненные в общем корпусе, который устанавливается на раме. Продольный разрез ГТУ представлен на рис. 1.2.
Турбокомпрессор может транспортироваться единым блоком на раме без валопровода; роторы компрессора и турбины, составляющие валопровод, в сборе отправляются заказчику отдельно. Сборка турбокомпрессора производится на монтажной площадке.
Валопровод турбокомпрессора выполнен двухопорным. Конструкция без промежуточного подшипника между ротором компрессора и турбины исключает потери рабочего тела через концевые уплотнения, повышает ремонтопригодность и надежность ГТУ вцелом. Окончательная сборка и балансировка валопровода производится в заводских условиях.
Корпус турбокомпрессора сварнолитой выполнен с горизонтальным и вертикальными разъемами.
Со стороны входа в компрессор корпус жестко соединяется с опорой рамы (фикспункт корпуса). Со стороны турбины (в районе расположения направляющего аппарата 4-ой ступени) корпус опирается на раму посредством качающихся опор. Выходная часть корпуса турбины посредством вертикальных стоек опирается на опоры фундамента. Корпус центруется относительно рамы осевыми шпонками.
Рисунок 1.2 — Продольный разрез ГТЭ — 115 М Рама устанавливается на две закрепленные на фундаменте плиты. Опора подшипника генератора устанавливается на третьей плите. На плитах турбокомпрессора и на плите опоры подшипника генератора имеются продольные и поперечные шпонки, фиксирующие раму и опору генератора относительно плит.
К плитам рама и опора генератора крепятся при помощи болтов. В каждой плите имеются комплекты парных клиньев и резьбовые отверстия для болтов, которыми плиты выставляются в нужном положении на фундаменте. К фундаменту плиты крепятся анкерными шпильками и бетонной заливкой.
Компрессор — 18-и ступенчатый; его проточная часть образована из 16-и ступенчатой проточной части компрессора ГТЭ-115 путём добавления на выходе двух ступеней, что при одновременном изменении углов установки ряда направляющих и рабочих лопаток позволило повысить параметры ГТУ, обеспечив при этом надёжную и экономичную работу агрегата. Для проекта ГТЭ-115М сотрудниками Национального аэрокосмического университета им. Н. Е. Жуковского (ХАИ) под руководством д.т.н. Л. Г. Бойко была выполнена модернизация компрессора газотурбинной установки ГТЭ-115 с целью повышения расхода и степени сжатия.
Входной патрубок обеспечивает радиально-осевой вход воздуха в компрессор.
Корпус компрессора сварнолитой, состоит из трех частей, образующих входной конфузор и проточную часть первых десяти ступеней компрессора. Во входной части корпуса расположены опорный подшипник № 2 и упорный подшипник валопровода. Входная часть корпуса опирается жёстко на раму. Проточную часть 11…18 ступеней компрессора образует обойма, которая крепится в силовом корпусе. Выходной диффузор компрессора обеспечивает поворот потока воздуха на 150°.
Входной направляющий аппарат выполнен с поворотными лопатками. Направляющие аппараты 1…4 ступеней выполнены в виде сварных диафрагм, остальные ступени — наборные, консольного типа. Компрессор имеет отборы: для сброса воздуха за 4 и 10 ступенями при запуске и останове ГТУ, за 3 ступенью — на уплотнения подшипников, за 10, 11 ступенями, за рабочим колесом 18-й ступени и за компрессором — на систему охлаждения турбины.
На корпусе предусмотрены отверстия, закрываемые заглушками, для осмотра проточной части эндоскопом.
Ротор компрессора диско-барабанного типа, сварной. Для соединения ротора компрессора с ротором генератора предусмотрен промежуточный вал, на котором расположен гребень упорного подшипника. Тип лопаток компрессора — с 50% реактивностью. Уплотнение вала — лабиринтовое.
Турбина — четырехступенчатая, выполнена с осевым входом и выходом. Корпус турбины состоит из четырех кольцевых частей, первая по ходу газа выполнена конусообразной и представляет собой силовой корпус камеры сгорания и корпус проточной части 1…3 ступеней турбины. В нём размещены обоймы направляющих аппаратов 1…3 ступеней турбины. Вторая часть образует силовой корпус 4-й ступени. Она опирается посредством качающихся опор на раму. Третья и четвёртая части корпуса турбины образуют выходной диффузор. Во внутренней части третьего корпуса расположен корпус первого подшипника валопровода и думмис для компенсации осевых усилий валопровода. Охлаждение корпуса, обойм и лопаток направляющих аппаратов 1 и 2 ступеней осуществляется воздухом, отбираемым за компрессором. Обоймы 3 и 4 ступеней, направляющий аппарат 3 ступени и выходная часть корпуса охлаждаются воздухом, отбираемым за 10 ступенью компрессора.
Ротор турбины сборной конструкции с центральным стяжным болтом. Между основными дисками установлены диски промежуточные, которые организуют тракт охлаждения ротора. Рабочие лопатки и диск 1 ступени охлаждаются воздухом, отбираемым после рабочего колеса 18 ступени компрессора, рабочие лопатки и диск 2 ступени турбины охлаждаются воздухом, отбираемым после 11 ступени компрессора. Диски третьей и четвёртой ступеней турбины охлаждаются воздухом, отбираемым за 10 ступенью компрессора. Уточнённые расчёты охлаждения элементов проточной части турбины выполнены сотрудниками НТУ «ХПИ» под руководством к.т.н. А. И. Тарасова. Роторы турбины и компрессора своими хвостовиками образуют жёсткое муфтовое соединение. Уплотнения вала — лабиринтовые. Продольный разрез турбины показан на рис. 1.3.
Рисунок 1.3 — Продольный разрез турбины
Камера сгорания — встроенная, кольцевого типа, противоточная, расположена вокруг выхлопной части компрессора. Камера сгорания состоит из пламенной трубы, фронтового устройства, 24 двухтопливных горелочных устройств. Конструктивно пламенная труба расположена под углом к оси турбокомпрессора (рис. 1.4).
Конструкция пламенной трубы — двухстенная. Наружная относительно зоны горения стенка образует несущий корпус с горизонтальным разъёмом, который системой опор крепится к прочному корпусу турбокомпрессора. Внутренняя стенка состоит из отдельных экранов коробчатой конструкции, выполненных из жаропрочного никелевого сплава. Эффективная струйно-плёночная система охлаждения, апробированная в камерах сгорания ОАО «Турбоатом» прежних поколений, обеспечивает работоспособность конструкции.
Фронтовое устройство совместно с 24 горелочными устройствами обеспечивает подачу воздуха и топлива в зону горения, а также стабилизацию факела. Конструкция горелочных устройств обеспечивает предварительное смешение топлива и воздуха, тем самым реализуется горение с низкими выбросами NOx.
Топливо к камере сгорания подводится системой коллекторов и трубопроводов.
Горелочное устройство обеспечивает подачу воздуха и топлива в камеру сгорания, их смешение и стабилизацию горения.
Зажигание факела в камере сгорания обеспечивается запальниками факельного типа с системой плазменного воспламенения. Контроль за горением осуществляется фотодатчиками.
Рисунок 1.4 — Камера сгорания Таблица 1.4? Основные характеристики двигателя ГТ — 115 М на номинальном режиме
№ | Наименование характеристики | Величина | |
Мощность на клеммах электрического генератора, МВт | 136,4 | ||
Степень повышения давления в компрессоре | 13,82 | ||
Температура газов за камерой сгорания, К | |||
Температура газов за силовой турбиной, К | 810,15 | ||
Эффективный КПД, % | 35,27 | ||
Расход воздуха через двигатель, кг/с | |||
Частота вращения ротора, об/мин | |||
Топливо | Природный газ | ||
Габариты: — длина по оси, мм — максимальная высота, мм — максимальная ширина, мм | |||
1.2.2 Результаты расчета газотурбинной установки Термодинамический расчет и расчет климатических характеристик ГТЭ-65П были выполнены с помощью программы DVIGw, разработанной в курсовой работе. Результаты расчета основных параметров ГТУ типа ГТЭ-115М при температуре наружного воздуха приведены в таблице 1.5.
Таблица 1.5 — Результаты расчета основных параметров ГТЭ-115М при
Температура окружающей среды | t0 | +15 | оС | |
T0 | 288,15 | K | ||
Расход воздуха ч/з двигатель | кг/с | |||
Степень повышения давления компрессора | 13,82 | |||
Температура газа | 1492,99 | К | ||
Расход топлива в камере сгорания | 8,49 | кг/с | ||
Расход газа за турбиной | 417,39 | кг/с | ||
Температура газа за турбиной | 846,57 | К | ||
Мощность на выходном валу | 291,01 | МВт | ||
Удельная мощность | 333,58 | |||
Эффективный КПД | 0,34 | ; | ||
1.3 Предварительное согласование совместной работы ПТУ и ГТУ
Комбинированная парогазовая установка представляет собой паротурбинный контур на базе конденсационной турбины К-55−90, надстроенный газотурбинным блоком — ГТУ типа ГТЭ-115М. Принципиальная схема комбинированной ПГУ представлена на рисунке 1.5.
Выхлопные газы ГТУ поступают по газоходу в котел утилизатор, где большая часть теплоты передается пароводяному рабочему телу и генерируется пар, который направляется в паротурбинную установку для производства электроэнергии и теплоты.
Рисунок 1.5 — Принципиальная тепловая схема КПГУ в составе ГТУ типа ГТЭ-115М и ПТУ типа К-55−90
энергетический паровой турбина котел
2. Расчет тепловой схемы комбинированной энергетической установки
2.1 Построение тепловой схемы ПГУ
На основе полученных данных строим схему ГТУ в системе моделирование DVIGwT.
Рисунок 2.1 — Расчетная схема ГТУ
1 — начальные условия; 2 — входное устройство; 3 — компрессор; 4 — вход топлива; 5 — камера сгорания; 6 — газовая турбина; 7 — источник-потребитель мощности; 8 — суммирование мощности; 9 выход газов; 10 — общие результаты
Результаты расчета приведены в пункте 1.2.2.
2.2 Моделирование котла-утилизатора
Котел-утилизатор был спроектирован для выработки пара с заданными параметрами на турбину К-55−90 по расходу уходящих газов из ГТУ (417 кг/с).
К имеющейся модели ГТУ-115М пристраиваем модель котла-утилизатора с необходимыми параметрами.
Рисунок 2.2 — Расчетная схема ГТУ с КУ
1 — вход питательной воды; 2 — вход уходящих газов в экономайзер; 3 — экономайзер; 4 — уходящие газы после экономайзера; 5 — вход уходящих газов в испаритель водяного пара; 6 — испаритель водяного пара; 7 — конденсат испарителя водяного пара; 8 — уходящие газы после испарителя водяного пара; 9 — пароперегреватель; 10 — уходящие газы после пароперегревателя; 11 — пар на турбину.
Рассмотрим подробнее моделирование КУ. Заполняем данные необходимые для расчета.
— пароперегреватель водяного пара:
Рисунок 2.3 — входные параметры пароперегревателя водяного пара
— выход газов после ПП:
Рисунок 2.4 — входные параметры уходящих газов после ПП
Чтобы параметры уходящего газа после ПП передались в испаритель водяного пара нужно создать рекурсивную связь — создаем узел «вход газа в испаритель» и заполняем в узле «выход газов после ПП» наименование элемента в который мы передаем данные.
Чтобы проверить адекватность переданных параметров нужно посмотреть в выходных данных отношения передачи расхода, давления, температуры, коэффициент избытка воздуха, влагосодержания:
Рисунок 2.5 — отношения переданных и полученных параметров уходящих газов
Для того чтобы эти отношения были равны единице (т.е. переданные и полученные параметры равны) нужно создать закон расчета.
Создаем новый закон расчета, тип задачи: параметрический синтез.
Варьируемые параметры выписываются из узла «вход газа в испаритель»
— влагосодержание рабочего тела
— давление рабочего тела
— коэффициент избытка воздуха
— расход рабочего тела
— температура рабочего тела
Рисунок 2.6 — варьируемые параметры узла «вход газа в испаритель»
Поддерживаемые параметры выписываются из узла «выход газов после ПП»:
— Отношение Gвых/Gвх
— Отношение Альфа. вых/Альфа.вх
— Отношение B вых/В вх
— Отношение Pвых/Рвх
— Отношение Твых/Твх
Рисунок 2.7 — поддерживаемые параметры узла «выход газов после ПП»
Примечание: количество знаков в наименовании узла, в которые передают данные не должно превышать 8 символов .
Аналогично заполняем исходные данные и создаем рекурсивные связи и законы для остальных узлов. В итоге получаем параметры пара для турбины:
Результаты расчёта элемента модели «Пароперегреватель водяного пара» :
Водяной эквивалент газов на расчетном режиме, [кДж/(с.К)] 484.447 295 425 254
Водяной эквивалент пара на расчетном режиме, [кДж/(с.К)] 230.124 546 360 743
Водяной эквивалент сред меньший на расчетном режиме, [кДж/(с.К)] 230.124 546 360 743
Давление газов на входе в пароперегреватель на расчетном режиме, [кПа] 106.627 322 586 086
Давление газов на выходе, [кПа] 106.627 322 586 086
Давление пара на выходе, [кПа] 14 024.5287283582
Коэффициент избытка воздуха на выходе, [-] 2.78 258 390 885 299
Относительный расход водяного пара в рабочем теле, [кг пара/кг вл.раб.тела] 0.618 156 080 691 344
Относительный расход конденсата в рабочем теле, [кг воды/кг вл.раб.тела] 0
Парциальное давление водяного пара в рабочем теле, [кПа] 8.72 322 262 626 212
Потери давления газов на расчетном режиме, [кПа] 0
Потери давления газов, [кПа] 0
Потери давления пара на расчетном режиме, [кПа] 0
Потери давления пара, [кПа] 0
Расход газов на выходе, [кг/с] 417.388 592 101 503
Расход газов на расчетном режиме, [кг/с] 417.388 592 101 503
Расход пара на входе на расчетном режиме, [кг/с] 58.5812
Расход пара на выходе, [кг/с] 58.5812
Средний логарифмический температурный напор, [0C] 74.4 375 685 250 412
Степень сухости пара на выходе, [-] 1.75 026 525 943 599
Температура газов на входе в пароперегреватель на расчетном режиме, [К] 846.572 397 226 747
Температура газов на входе в пароперегреватель, [К] 846.572 397 226 747
Температура газов на выходе, [К] 750.60 117 233 253
Температура насыщения водяного пара в рабочем теле, [К] 316.311 095 756 094
Температура пара на выходе, [0C] 540
Температурный напор на горячем конце на расчетном режиме, [0C] 33.4 223 972 267 467
Температурный напор на горячем конце, [0C] 33.4 223 972 267 467
Температурный напор на холодном конце на расчетном режиме, [0C] 140.102 400 058 405
Температурный напор на холодном конце, [0C] 140.102 400 058 405
Тепловая мощность, отданная газами, [кВт] 46 759.531909142
Удельная тепловая нагрузка, [-] 0.858 747 575 512 154
Удельная энтальпия газов на выходе, [кДж/кг] 534.525 069 127 422
Удельная энтальпия пара на выходе, [кДж/кг] 3433.9 336 255 363
Удельный объем пара на входе в пароперегреватель на расчетном режиме, [м3/кг]0.114 285 079 171 947
Число единиц переноса N на расчетном режиме, [-] 2.7 297 006 988 722
2.3 Моделирование ПТУ К-55−90
К имеющейся модели ГТУ с КУ поэлементно пристраивается паротурбинная установка К-55−90, модель представлена на рисунке 2.8.
После построения математической модели необходимо пошагово заполнить входные данные во всех узлах системы.
1) Распределяем понижение давления пара за регулирующими клапанами на входе в турбину.
2) Распределяем давления за всеми ступенями турбины, а так же отборы пара на группы ПВД, ПНД, уплотнения и деаэратор, до получения необходимой мощности в элементе «электрический генератор» 55 мВт.
3) Установить охлаждение конденсатора.
4) Установить необходимую степень повышения давления воды в КН, чтобы пар смог «пройти» в деаэратор 6 ата, с учетом потерь давления в паропроводах и подогревателях.
5) Отрегулировать отборы пара из турбины на группу ПНД с учетом, что температура после ПНД4 равна 135 0С (температура воды после конденсатора равна 28 0С, по линии основного конденсата до деаэратора установлено 6 подогревателей, следовательно подогрев в каждом подогревателе должен быть около 17−18 0С).
6) Установить дренажи, путем создания рекурсивной связи (см. пункт2.2), так же необходимо создать законы для поддержания отношений давления, температуры, расходов равным 1.
7) Аналогично пунктам 4, 5, 6 — смоделировать группу ПВД.
8) Отрегулировать полученную мощность на электрогенераторе, до необходимой мощности в 55 мВт, т.к. при изменения расходов пара на ПВД возникнет расхождение.
9) Создать рекурсивную связь между элементами «выход питательной воды» и «вход воды в экономайзер».
Результаты расчета ПТУ с tнар=+15 0С:
Абсолютный электрический кпд, [%] 47.5 718 481 377 858
Коэффициент использования тепла топлива, [%] 47.5 718 481 377 858
КПД по выработке электрической энергии на тепловом потреблении, [%]47.5 718 481 377 858
Погрешность расчета расхода топлива, [%] 3.29 128 304 680 591
Расход теплоты потребителем, [кДж/с] 0
Суммарная степень повышения давления, [-] 13.82
Суммарная степень понижения давления, [-] 0
Суммарный расход воздуха, [кг/сек] 408.896 999 282 073
Суммарный расход топлива, [кг/сек] 8.49 162 729 178 986
Удельная мощность, [кВт*с/кг] 467.621 281 256 876
Удельный pасход топлива 0.1599
Удельный расход условного топлива на электроэнергию, [г у.т./кВтч] 258.2095
Электрическая мощность установки, [кВт] 191 208.938706375
Расход теплоты топлива на электростанцию:
КПД КПГУ «брутто»:
Удельный расход теплоты на КПГУ:
Удельный расход условного топлива на КПГУ:
Расход условного топлива на комбинированную установку:
Заключение
В результате проведения курсового проекта была смоделирована ПГУ на основе ГТУ 115 М, надстройки котла-утилизатора и паровой, конденсационной турбины К-55−90. ГТУ обеспечивает необходимый расход газов для парообразования в КУ с необходимыми параметрами пара на паровую турбину.
Основным недостатком рассмотренной схемы является отсутствие отпуска тепла на внешних потребителей. Решением этой проблемы является модернизация турбины с включением промежуточного регулируемого отбора пара.
При сравнении энергетических показателей раздельно работающих ГТУ и ПТУ с КПГУ можно выделить следующие основные положения:
· уменьшение расхода условного топлива при применении КПГУ;
· уменьшение удельного расхода условного топлива;
· увеличение электрического КПД КПГУ по сравнению с ПТУ.
Таким образом, результаты расчета показали, что реализация схемы комбинированной установки, в которой осуществляют утилизацию теплоты выхлопных газов, приводит к улучшению показателей тепловой эффективности энергетической установки.
Список использованных источников
1. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776−98 — М.: Издательство МЭИ, 1999.
2. Арьков Ю. Г., Шайхутдинов З. Г. Конвертирование АД для использования в наземных энергетических установках.- Уфа: изд УАИ, 1986; 82 с.
3. А. М. Ахметзянов «Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД» — Уфа: УАИ, 1982.
4. Каталог газотурбинного оборудования. Газотурбинные технологии. Газпром, 2006.
5. Моделирование работы элементов авиационных ГТД в системе DVIGw: Практикум по курсу «Теория, расчет и проектирование АД и ЭУ"/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: Х. С. Гумеров, О. Н. Иванова. — Уфа, 2005. — 74 с.
6. Расчет наземной одновальной газотурбинной энергетической установки электростанции. Курсовой проект по дисциплине «Теория и расчет ГТУ» студ. Н. А. Шатохин. Руковод. Н. М. Цирельман.- Уфа: УГАТУ, 2012.-78 с.
7. Полещук И. З. Расчет тепловой схемы комбинированной парогазовой установки электростанции: учебное пособие/ И. З. Полещук; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. — Уфа: УГАТУ, 2007. — 47с.
8. Полещук И. З. Расчет тепловых схем паротурбинных установок: учебное электронное издание: учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Тепловые и атомные электрические станции». — Уфа: УГАТУ, 2005.
9. Газотурбинная установка ГТЭ-115М. ОАО «Турбоатом» г. Харьков, Украина, 2009 г.
10. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции: Учебник для вузов/ Под ред. В. Я. Гиршфельда. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 447с
11. Цанев, С. В. Газотурбинные и парогазовые установки электростанций: учебное пособие — М.: МЭИ, 2002. — 580 с.
12. Щегляев А. В. Паровые турбины: Учеб. для вузов. — 3-е изд., перераб. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955. — 320 с.