Количественные показатели термодинамических циклов ПГУ
Основные расчетные соотношения цикла ГТУ
Температура воздуха после компрессора:
. (98)
Температура газов на выходе из турбины:
. (99)
Степень повышения давления в компрессоре:
, (100)
коэффициент полезного действия идеального цикла:
. (101)
Количество подведенной теплоты в цикле ГТУ:
. (102)
Количество отведенной теплоты:
. (103)
Полезная работа цикла:
(104)
где ε = (k-1)/k.
Производная от полезной работы по степени сжатия, при которой полезная работа максимальна, будет равна
. (105)
Отсюда оптимальная степень сжатия при ограниченной температуре перед газовой турбиной будет равна [13]
. (106)
На рис. 58 приведены зависимости удельной полезной работы от степени повышения давления в компрессоре, рассчитанная при температурах на входе в газовую турбину равных 1000 и 1100 °С. Оптимальное значение степени повышения давления при температуре 1000 °С составило ~ 15. С увеличением температуры газов перед турбиной возрастает и оптимальное значение степени повышения давления.
|
|
|
Рис. 57. Зависимость полезной работы ГТУ от степени повышения давления
Цифры у кривых – температура газов на входе в турбину
Теплота в камере сгорания подводится за счет сжигания природного газа. Сжигание осуществляется с повышенным коэффициентом избытка воздуха, поскольку температура T3 ограничена. Количество природного газа, сожженного в камере, сгорания в расчете на 1 кг рабочего тела определится из следующих соображений. Массовый расход газа через турбину:
. (107)
Суммарное количество теплоты, выделившееся при сжигании газа в турбине с расходом Bг, будет равно 
.Удельное количество теплоты на 1 кг рабочего тела
, (108)
с другой стороны, это количество теплоты 
. Отсюда находим требуемый избыток воздуха, обеспечивающий допустимую температуру на входе в проточную часть газовой турбины:
|
|
|
. (109)
Таким образом, полезная работа ηг газовой турбины, степень сжатия в компрессоре и коэффициент избытка воздуха оказываются связанными между собой. Чем выше степень сжатия КПД, тем до большей температуры подогревается воздух в компрессоре, тем меньше расход газа в камере сгорания и тем выше коэффициент избытка воздуха на входе в газовую турбину (рис. 59).
Рис. 59. Зависимость коэффициента избытка от степени сжатия в компрессоре
Существуют объективные показатели, с помощью которых можно осуществить количественную оценку характеристик парогазовых установок. Один из таких показателей - это доля теплоты топлива газотурбинной установки δ. Этот показатель представляет собой отношение количества теплоты, выделенной при сжигании топлива в газотурбинной части установки, к общему количеству теплоты, выделенной в парогазовой установке.
Сжигание топлива в камере сгорания газовой турбины согласно условиям прочности лопаток турбин осуществляется с повышенными значениями коэффициента избытка воздуха αг. В этом случае объем продуктов сгорания практически равен объему воздуха, подаваемого на горение:
|
|
|
, (110)
где Bг – расход топлива, сжигаемый в газовой турбине; Gг – расход продуктов сгорания, покидающих газовую турбину. При сжигании дополнительного количества топлива в парогенераторе Bпрасход продуктов сгорания почти не изменится и будет связан с суммарным расходом топлива 
соотношением
. (111)
Приравнивая расход продуктов сгорания, получим соотношение между суммарным расходом топлива и расходом топлива на газовую турбину в виде
. (112)
Совершенно очевидно, что соотношение теплоты, выделенной при сжигании топлива в газотурбинной части установки, к общему количеству теплоты, подведенному к парогазовой установке, также будет пропорционально отношению коэффициентов избытка воздуха:
. (113)
Отношение расхода топлива Bп, дополнительно сожженного в парогенераторе, к расходу топлива Bг, сожженного в газовой турбине, выразится соотношением
|
|
|
. (114)
В ПКУПГ в паротурбинной части топливо сжигается до полного использования кислорода выхлопных газов газовой турбины, значение αух близко к единице и доля теплоты топлива газотурбинной установки 
минимальна. При αух = αг, δ = 1 сжигание топлива в паротурбинной части не производится, что соответствует бинарным ПГУ с котлами-утилизаторами.
Второй показатель, позволяющий осуществлять количественную оценку некоторых характеристик парогазовых циклов, – степень бинарности цикла β. Степень бинарности показывает, какую часть в суммарном количестве теплоты, подведенной к рабочему телу нижнего цикла, составляет теплота, отведенная от рабочего тела верхнего цикла. Применительно к парогазовым установкам можно записать:
, (115)
где ηг – термический КПД газотурбинной установки.
Разделив числитель и знаменатель на Bг, с учетом (114) получим:
. (116)
При 
(в случае ПГУКУ) степень бинарности цикла равна единице. Для ПГУПГ с увеличением степени повышения давления степень бинарности цикла уменьшается (рис. 60).
Третий показатель – отношение электрической мощности теплофикационной установки к ее тепловой мощности у:
, (117)
где Nэ и Ф – соответственно электрическая и тепловая мощность установки.
Рис. 60. Зависимость степени бинарности цикла от степени
сжатия в компрессоре
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 289; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!