Введение

В газовой промышленности для привода центробежных нагнетателей природного газа получили большое распространение стационарные ГТУ со свободной силовой турбиной, выполняемые по простому или регенеративному циклу. Принципиальные схемы таких ГТУ представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Принципиальные схемы распространенных ГТУ:

а – однокомпрессорная двухвальная простого цикла;

б – однокомпрессорная двухвальная с регенерацией теплоты уходящих газов;

К – компрессор; Т1, Т2 – турбина высокого, низкого давления; Н – нагрузка; КС – камера сгорания.

Общей особенностью ГТУ, применяемых для привода нагнетателей, насосов и других механизмов, является наличие свободной силовой турбины, имеющей только газодинамическую связь с газогенератором ГТУ.

При расчете тепловой схемы ГТУ обычно известны:

• Схема ГТУ;

• Единичная мощность агрегата N_e;

• Степень регенерации r для схемы рис. 1.1, б;

• Температура продуктов сгорания на входе в турбину;

• Ожидаемое гидравлической сопротивление по тракту;

• Расчетные давления и температура атмосферного воздуха p_В, t_В;

• Особенности топливного газа.

Основной задачей начального этапа расчета является определение оптимального соотношения давлений в цикле _к0, обеспечивающего либо максимальную экономичность ГТУ, либо минимальный расход воздуха, то есть минимальные габаритные размеры и стоимость ГТУ.

При выборе _к0 производят уточненный расчет номинального режима работы, учитывая истинные значения теплоемкости, и определяют расход рабочего тела, исходя из заданной мощности.

Тепловой расчет схемы двухвальной гту открытого цикла без регенерации теплоты уходящих газов

Задано: N_e=16 МВт, Т_г=1090 К, _тр=0,05, Т_в=290 К, топливо – природный газ. Кроме того, задан тип схемы (рис. 1.1, а).

Принимаем в соответствии с рекомендациями:

_т1=_т2=0,895, _к=0,87, _кс=0,98, _м=0,97, q_охл=0,035, q_топ=0,015, q_ут=0,015, ₁=0,965, ₂=0,98, с_рк=1,01 кДж/(кгК), k_к=1,40, с_рт=1,15 кДж/(кгК), k_т=1,33, с_рв=1,05 кДж/(кгК), с_ркс=1,08 кДж/(кгК).

Расчет сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Расчет тепловой схемы двухвальной ГТУ без регенерации теплоты уходящих газов

N	Величина	Обозначен	Расчетная формула	Размерность	Варианты
					1	2	3	4	5	6	7
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Степень повышения давления в компрессоре	к	задаем	-	5	10	15	20	25	30	35
2	Комплекс работы сжатия компрессора			-	0,584	0,931	1,168	1,354	1,508	1,643	1,762
3	Удельная работа сжатия компрессора	Нк		кДж/кг	196,6	313,3	393,2	455,7	507,9	553,0	593,1
4	Температура воздуха за компрессором	Тк	ТВ+НК/сРК	К	484,6	600,2	679,3	741,2	792,8	837,5	877,2
5	Суммарная степень расширения в турбинах	т	к(1-ТР)	-	4,75	9,5	14,25	19	23,75	28,5	33,25
6	Удельная работа расширения турбины компрессора	Нт1	НК/(1мех)	кДж/кг	210,0	334,7	420,0	486,8	542,6	590,8	633,6
7	Температура продуктов сгорания за турбиной компрессора	Тт1=Тг	Тг-НТ1/сРТ	К	1057,4	948,9	874,8	816,7	768,2	726,3	689,0
8	Степень расширения продуктов сгорания в турбине компрессора	т1		-	2,05	3,38	4,94	6,84	9,17	12,04	15,58

Окончание таблицы 2.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
9	Степень расширения продуктов сгорания в силовой турбине	т2	т/т1	-	2,31	2,81	2,88	2,78	2,59	2,37	2,13
10	Удельная работа расширения силовой турбины	Нт2		кДж/кг	205,7	222,3	209,3	189,3	167,3	144,8	122,3
11	Удельная эффективная работа	Не	НТ22мех	кДж/кг	195,5	211,3	198,9	180,0	159,0	137,6	116,3
12	Температура продуктов сгорания за турбиной	Тт	ТГ2-Не/срт	К	887,4	765,2	701,8	660,2	629,9	606,6	587,9
13	Количество теплоты, подведенное к продуктам сгорания в КС	Qкс	срксТг(1-qохл)/кс	кДж/кг	853,7	742,8	666,9	607,5	558,0	515,1	477,0
14	Эффективный КПД	е	Не/Qкс	-	0,229	0,284	0,298	0,296	0,285	0,267	0,244

Зависимость удельной эффективной работы и эффективного КПД от степени отношений давлений в цикле

Рис. 1