Циклы газотурбинных установок.

Схему газотурбинной установки можно представить на рис.10.4.

 

Рис. 10.4. Схема газотурбинной установки.

 

Работа установки осуществляется следующим образом: компрессор сжимает воздух и подаёт его в камеру сгорания (С) куда подаётся насосом топливо. В камере осуществляется процесс горения. Продукты сгорания при давлении соответствующем давлению воздуха после компрессора за исключением потерь по контуру, поступают в газовую турбину, которая сидит на одном валу с генератором и компрессором. Таким образом, в результате на шинах генератора появляется электрический ток, поступающий в сеть.

Цикл Карно здесь неприменим,

- во-первых, в \том цикле большая доля мощности турбины потреблялась бы компрессором, что резко снизило бы эффективность установки при наличии потерь на трение в этих агрегатах;

- во-вторых, технически трудно создать агрегаты, в которых подвод и отвод теплоты осуществлялся бы изотермически.

На практике сгорание топлива в ГТУ заменяется изобарным подводом теплоты, а охлаждение выброшенных в атмосферу продуктов сгорания, изобарным отводом теплоты. Процессы, происходящие в газовой турбине, можно представить в координатах на диаграммах (см. рис. 10.5).

Рис. 10.5. Цикл газотурбинной установки:

 

Полезная работа в цикле изображается в координатах площадью, заключённой в контуре 1-2-3-4. При этом полезная работа есть разность между технической работой в турбине (площадь 6-3-4-5) и технической работой, затраченной на привод компрессора (площадь 6-2-1-5). Площадь цикла 1234 в диаграмме эквивалентна этой же полезной работе. Подведена теплота 8237, отведена 8147, разница между этими площадями даёт количество теплоты, превращаемой в работу.

Коэффициент полезного действия идеального цикла ГТУ

теплоёмкость принята для простоты постоянной. Одной из основных характеристик цикла ГТУ является степень повышения давления в компрессоре , равная отношению давлений воздуха после компрессора к давлению перед ним . Выразим отношение температур в формуле (10.5) через степень повышения давления из уравнения адиабаты:

Поскольку

Из 10.5 получим после подстановки:

Термический к.п.д. ГТУ возрастает с увеличением это связано с ростом температуры газов перед турбиной. С увеличением эксергия возрастает, поскольку

.

Потери эксергии уменьшаются при сгорании топлива, так как эксергия исходного топлива постоянна (равна теплоте его сгорания). Это и увеличивает к.п.д. цикла.

Потери эксергии с уходящими газами могут доходить до 10%.

ЛЕКЦИЯ №11.

Превращение воды в пар. Цикл Ренкина.

Дросселирование газов и паров.

Современная стационарная теплоэнергетика базируется в основном на паровых теплосиловых установках. Продукты сгорания топлива в этих установках являются лишь промежуточным теплоносителем (в отличие от ДВС и ГТУ), а рабочим телом служит чаще всего водяной иар.

Цикл Ренкина.

Цикл Карно для насыщенного пара представлен на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Цикл Карно насыщенного водяного пара в диаграмме.

.

Теплота от горячего источника подводится при постоянной температуре Т1 по линии 4-1 вода с параметрами точки 4 превращается в сухой насыщенный пар с параметрами т. 1. Пар адиабатно расширяется в турбине до температуры Т2, далее пар идёт в конденсатор, где отдаёт тепло холодному источнику, степень сухости пара уменьшается от .

Изотермы в области влажного пара являются одновременно и изобарами, поэтому процессы 41 и23 протекают при постоянных давлениях

Влажный пар с параметрами точки 3 сжимается в компрессоре по линии 34, превращаясь в воду с температурой кипения. На практике этот цикл не осуществляется причина в том, что действительная работа, затрачиваемая на привод компрессора (вследствии потерь, связанных с необратимостью протекающих в нём процессов), сравнима с полезной работой турбины.

Удобнее и экономичнее в реальном цикле конденсировать пар до конца по линии 235, а затем насосом увеличивать давление воды от по линии 56.

Рис. 11.2.Цикл паросиловой установки.

ПК-паровой котёл; Т- паровая турбина; ЭГ- электрогенератор;

К- кондесатор; Н- насос.

 

Вода практически несжимаема, поэтому точки 5 и 6 почти совпадают, затрачиваемая на привод насоса мощность ничтожно мала по сравнению с мощностью турбины (несколько %). Практически вся мощность турбины используется в качестве полезной. Такой цикл был предложен в -50 годах 19 века шотландцем У.Дж. Ренкиным.

Рис.11.3. Идеальная регенерация пара в цикле насыщенного пара.

 

Линия 641 процесс подвода теплоты в котле. Термический к.п.д. цикла Ренкина < чем цикла Карно! Так как при прочих равных условиях, средняя температура подвода теплоты уменьшается, при неизменной температуре отвода. Однако реальный цикл экономичнее.

Теоретически можно сделать равным за счёт регенерации теплоты. С этой целью процесс расширения ведётся по политропе эквидистантной линии нагрева жидкости 6-4. Выделяющаяся при этом теплота (1-1΄ -7΄ -7) передаётся в идеальном (без потери эксергии) теплообменнике воде (площадь 6΄ -6-4-4΄ ). Идеальной регенерации на практике осуществить не удаётся. Например, при давлении 9, 8 МПа и температуре насыщения пара 311градусов Цельсия

Увеличивать далее р не целесообразно, т.к.

- дорожает оборудование из-за утяжеления по соображениям прочности;

- уменьшается теплота , т.к. точки 4 и 1 сближаются (уменьшается теплота парообразования).

При температурах выше критической (давление цикл на насыщенном паре вообще невозможен.

В настоящее время есть металлы (сплавы) позволяющие работать при Перегрев пара позволяет уменьшить потери эксергии, уменьшается потеря на трение в проточной части турбины. На современных станциях пар перегревают дважды и даже трижды. Давлениепара за турбиной равно давлению в конденсаторе и определяется температурой охлаждающей воды. Среднегодовая температура охлаждающей воды составляет На выходе из конденсатора температура охлаждающей воды составляет Пар может конденсироваться, если обеспечен отвод выделяющейся теплоты. Для этого температура пара должна быть в конденсаторе на выше температуры охладителя – воды. Отсюда пара не опускается ниже Соответствующее этой температуре давление пара Повышение к.п.д. за счёт уменьшения невозможно, пока не будет естественный охладитель с более низкой температурой.

 

 

Теплофикация.

Есть возможность повысить к.п.д. паросиловой установки путём увеличения за турбиной до такой величины, чтобы отбросную теплоту можно было использовать для отопления и горячего водоснабжения, а также технологических процессов.

Теплофикационный цикл в диаграмме представлен на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Схема установки для совместной выработки тепловой и электрической энергии. ПК- паровой котёл; Т- паровая турбина; К- конденсатор-подогреватель; Н- насос; ТП- тепловой потребитель.

Цифры соответствуют точкам цикла в Т, -диаграмме.

 

Охлаждающая вода, будучи нагрета в конденсаторе не выбрасывается в водоём, а прогоняется через отопительные приборы ТП и, охлаждаясь в них, возвращается в конденсатор К, такие станции называют теплоэлектроцентралями, для отопления необходима вода с температурой для пара эта температура градусов на 10-15 должна быть выше, соответственно б, такие турбины называют турбинами с противодавлением. Следовательно, давление за такой турбиной составляет не менее

Рис. 11.6. Теплофикационный цикл в Т, - диаграмме.

Полезно использованная теплота , в конденсационном цикле изображается площадью 12̉ 3̉ 4̉ 56, а при противодавлении─ площадью 123456. Площадь 22̉ 3̉ 4 даёт уменьшение полезной работы из-за повышения давления за турбиной от Термический к.п.д. установки с противодавлением получается ниже, чем конденсационной установки, т.е. в электроэнергию превращается меньшая часть теплоты топлива. Зато общая степень использования теплоты становится значительно большей, чем в конденсационной установке.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: