- •Элементы технологической схемы гту
- •Улучшение характеристик газотурбинной установки.
- •1. Выбор оптимальной степени повышения давления в компрессоре гту
- •2. Расчёт тепловой схемы гту с регенерацией.
- •Расчет турбины
- •Расчёт компрессора гту
- •Тепловой расчет основных параметров камеры сгорания гту.
- •Расчет состава и энтальпия продуктов сгорания газообразного топлива
- •Графическое определение коэффициента избытка воздуха в кс гту
- •Расчет котла-утилизатора.
- •Исходные данные
- •Расчет камеры дожигания
- •Расчет контура высокого давления
- •Расчет контура низкого давления
- •Расчет газового подогревателя конденсата
- •Построение q-t диаграммы.
- •Показатели тепловой экономичности
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
|
|
«Утверждаю» Зав. кафедрой «ТЭ» _____Ненишев А.С. «___» _________2012г |
БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
Направление 140100.62 «Теплоэнергетика»
Расчет турбины ГТУ на базе мини ТЭЦ мощностью 24 МВт
Выпускник ___________________К. С. Сабибеков
Руководитель _____________ А. В. Приходченко
Омск 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
|
|
«Утверждаю» Зав. кафедрой «ТЭ» _____Ненишев А.С. «___» _________2012г |
ЗАДАНИЕ
на бакалаврскую работу
студенту _Сабибекову Канату Сарсенбаевичу
группа БЭ-418__ _Энергетический институт
Направление 140100.62 « Теплоэнергетика»
Код квалификации бакалавр техники и технологий
Тема Расчет турбины ГТУ на базе мини ТЭЦ мощностью 24 МВт
Руководитель Приходченко Алексей Всеволодович – к.т.н., доцент
Срок сдачи полностью оформленного задания на кафедру _________________
Содержание бакалаврской работы (перечень подлежащих разработке вопросов):
Введение
Содержание проекта: пояснительная записка, графическая часть.
Разделы пояснительной записки:
Введение.
Анализ выбранной конструкции.
Расчет турбины.
Расчет компрессора
Тепловой расчет основных параметров камеры сгорания ГТУ
Расчет котла-утилизатора
Построение Q-T диаграммы
Литература.
Графическая часть:
Продольный разрез газовой турбины
Задание принял к исполнению _______________________________
Содержание
Введение…………………………………………………………………………………..……….6
Задание бакалаврскую работу………………………………………………………….…….…...7
Выбор оптимальной степени повышения давления
в компрессоре ГТУ………………………………………………………………………………....7
Расчет тепловой схемы с регенерацией…………………………………………………........8
Расчет турбины……………………………………………………………………………...…11
Расчет компрессора………………………………………………………………………...….20
Тепловой расчет основных параметров камеры сгорания ГТУ…………………………...…..25
Расчет котла-утилизатора…………………………………………………………………......28
Исходные данные…………………………………………………………………...….…29
Расчет камеры дожигания..................................................................................................30
Расчет контура высокого давления…………………………………………….………..31
Расчет контура низкого давления…………………………………………..................…33
Расчет газового подогревателя конденсата………………………………...…………...35
Построение Q-T диаграммы………………………………………………………………..…36
Список литературы……………………………………………………………………...………....40
Введение
В настоящий период времени топливно-энергетический комплекс страны переживает кризисное состояние. Это связано с общим кризисом, охватившим все сферы экономики страны. Основное проявление кризиса в энергетике заключается в нарушении снабжения отдельных регионов и потребителей топливом, электрической и тепловой энергией. Главной причиной напряженности топливно-энергетического баланса страны является устойчивая, начиная с 1990 года, тенденция снижения объемов добычи нефти и угля. В то же время, добыча природного газа поддерживается на относительно неизменном уровне. В связи с тем, что потребление энергии в коммунально-бытовом и производственном секторах увеличилось , повышение эффективности использования газа при производстве электрической и тепловой энергии является исключительно актуальным.
Газотурбинный двигатель, самый «молодой» в череде тепловых двигателей, сочетает в себе роторный принцип работы со сжиганием топлива в самом агрегате, что роднит его как с паровой турбиной, так и с двигателем внутреннего сгорания. Это делает его компактным и позволяет легко подключать к электрогенераторам ТЭС.
Первая энергетическая газотурбинная установка была создана в 1939 г. на фирме
«Браун-Бовери» (Швейцария).
Энергетическая ГТУ — это компактная, высокотехнологическая система, работающая в автоматическом режиме (рис.).
Популярность энергетических ГТУ объясняется следующими их преимуществами:
- низкой удельной стоимостью (350—400 долл/кВт);
- меньшими выбросами вредных веществ с выхлопными газами по сравнению с
паросиловыми ТЭС;
- высоким КПД по производству электроэнергии, аналогичным КПД паросиловых
ТЭС (36—42 %);
- возможностью быстрого пуска и набора нагрузки;
- минимальным потреблением технической воды;
- возможностью ввода в эксплуатацию в течение короткого срока (большая часть оборудования изготовлена на заводе).
Элементы технологической схемы гту
Осевой компрессор — важнейший элемент ГТУ. Его проточная часть состоит
из ротора с лопаточным аппаратом, включающим в себя рабочие и направляющие
лопатки, входного направляющего аппарата (ВНА), лопатки которого могут поворачиваться с помощью привода и изменять площадь сечения для прохода воздуха в компрессор и его подачу. Число ступеней в ОК достигает 15—20 шт.
Камера сгорания энергетической ГТУ отличается от топки парового котла компактностью, условиями сжигания топлива, назначением. Кроме высокоэффективного сжигания топлива (𝜂к.с.= 0,985÷0,99) она обеспечивает формирование начальной температуры газов перед ГТ и высокие экологические показатели по выбросам вредных веществ. Камеры сгорания ГТУ могут быть вынесены за пределы корпуса газовой турбины (выносные КС) либо смонтированы в этом корпусе (встроенные кольцевые КС). Последние широко используются в настоящее время во всех современных ГТУ. Камера сгорания рассчитана на сжигание основного (обычно природного газа) и резервного (жидкого газотурбинного) топлива. Переход от одного вида топлива к другому осуществляется в автоматическом режиме.
Газовая турбина в схеме ГТУ преобразует энергию горячих газов в крутящий момент на валу установки. Проточная часть ГТ состоит из ротора с сопловыми и рабочими лопатками, число ступеней может быть различным. Начальными параметрами газов ГТУ называют их температуру и давление на входе в проточную часть газовой турбины. Необходимая температура газов обычно поддерживается постоянным воздействием на топливные клапаны установки. Давление газов — величина переменная, зависящая от характеристик осевого компрессора и давления воздуха ркк на выходе из него. Чем ниже температура наружного воздуха Тн в , тем выше это давление. В итоге изменяются характер процесса расширения газов в ГТ, срабатываемый теплоперепад и внутренняя мощность турбины.
Особенностью конструкции ГТ является большая удельная мощность турбинной ступени. При равных внутренних мощностях паровой и газовой турбин нагрузка на каждую ступень последней на порядок выше. Следует помнить, что электрическая мощность ГТУ примерно в 3 раза меньше, чем внутренняя мощность собственно ГТ. Газовые турбины характеризуются высокими газодинамическими нагрузками и большими окружными скоростями, достигающими 450 м/с.
На выходе газов из проточной части ГТ устанавливается диффузор. Он обеспечивает снижение скорости газов с 200 до 50 м/с и восстановление давления потока газов, т.е. преобразование кинетической энергии в потенциальную.
Улучшение характеристик газотурбинной установки.
Существуют различные способы улучшения характеристик ГТУ.
Некоторые из них :
Повышение к.п.д. отдельных элементов, т.е. к.п.д. воздушного компрессора, газовой турбины и камеры сгорания.
Использование части тепловой энергии, содержащейся в выхлопных газах, для предварительного подогрева воздуха перед входом в камеру сгорания.
Применение более высоких степеней давления.
Использование более высоких рабочих температур газа на входе в турбину или более низких температур на входе в компрессор.
Применение различных рабочих циклов.
Правильное проектирование элементов проточной части двигателя для снижения потерь при течении в них воздуха и газов.
Применение теплофикации.
Установка водогрейного котла-утилизатора, предназначенного для повышения КПД цикла газотурбинной установки путем утилизации выхлопных газов с получением горячей воды для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для улучшения экологических параметров энергоустановки за счет снижения температуры выхлопных газов и уровня шума, что и было использовано в данной работе.
Задание на бакалаврскую работу
Исходными данными для выполнения дипломного проекта являются:
Электрическая мощность Nэ=24 МВт;
Температура газов перед турбиной Tс=1360 K;
Температура газов на входе в компрессор tа =150С;
Отношение давлений компрессора ε = pb’ / pa=6;
Коэффициент потерь давления λ = δ / ε=0,95;
Степень регенерации теплоты σ=0,7;
Коэффициент использования теплоты топлива в камере сгорания ηк.с=0,995;
Механический КПД турбины ηм=0,995;
КПД электрического генератора ηэ.г=0,982;
Изоэнтропийный КПД турбины ηт=0,88;
Изоэнтропийный КПД компрессора ηк=0,86;
Коэффициент утечек αу=0,005;
В качестве топлива принимаем стандартный углеводород (С = 85%, Н = 15%), имеющий следующие характеристики:
Теплота сгорания Кт = 44300 кДж / кг;
Минимальное необходимое количество воздуха для полного сжигания одного килограмма топлива L0 = 15 кг/кг.