Расчёт параметров процесса расширения газов в турбине

Процесс расширения в турбине представляем как политропический процесс, который характеризуется показателем степени, определяемым из следующих соотношений:

— показатель изоэнтропического процесса расширения газа:

— показатель политропического процесса расширения газа:

Давление газов перед турбиной:

Давление газов за турбиной:

Степень понижения давления газов в турбине:

Удельная полезная работа расширения в турбине:

Температура газов за турбиной:

Энтальпия газов за турбиной:

Проточная часть турбины является охлаждаемой. Воздух для охлаждения отбирается из компрессора. Охлаждаемыми элементами являются детали статора и ротора (внутренние элементы корпуса, направляющие лопатки, диски, рабочие лопатки, внутренние подшипники ротора).

Относительный расход воздуха на охлаждение

5…10% от расхода воздуха через компрессор. Более высокие значения расхода воздуха соответствуют более высоким значениям температур газов пред турбиной.

В данном расчёте принимаем относительный расход воздуха на охлаждение: .

Расчёт камеры сгорания.

Введём значения:

Расход газов за турбиной условно разделяем на два расхода:

расход «чистых» продуктов сгорания, имеющих коэффициент избытка воздуха равный 1, и расход «свободного» воздуха, который не участвовал в процессе горения топлива.

Примем значение коэффициента полноты сгорания топлива, который характеризует потери в камере сгорания из-за несовершенства горения топлива:

Расход «свободного» воздуха определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания. В КС подводится теплота с воздухом из компрессора (температура T2) и теплота сжигаемого топлива. Из камеры сгорания отводится теплота с газами, подаваемыми далее в турбину (температураT3). На основании этого записывается уравнение теплового баланса, из которого находится относительный расход свободного воздуха:

Коэффициент избытка воздуха, будет равен:

Относительный расход топлива в КС (приходящийся на один кг воздуха).

Энергетические показатели ГТУ.

Удельная внутренняя работа ГТУ:

Удельная эффективная работа ГТУ:

Удельный расход теплоты в камере сгорания с учётом потерь от неполноты сгорания топлива:

Примечание:

Определённые выше в п. 1.5. показатели отнесены к одному кг циклового воздуха.

Эффективный КПД ГТУ:

Расход воздуха через компрессор:

Расход топлива в камере сгорания:

Расход газов (продуктов сгорания топлива) на выходе ГТ:

Расчет основных параметров тепловой схемы котла-утилизатора.

В соответствии с тепловой схемой КУ состоит из четырех поверхностей нагрева: пароперегревателя (ПП), испарителя (И), экономайзера (ЭК) и газового подогревателя конденсата (ГПК). Целью расчета тепловой схемы является определение паропроизводительности КУ и температур газов в характерных сечениях газовоздушного тракта. Газовоздушный тракт КУ разбивается пятью сечениями, ограничивающими перечисленные поверхности нагрева: перед ПП, перед И, перед ЭК, перед ГПК и за ГПК.

Задаем давление пара на выходе из ПП:

Коэффициент гидравлического сопротивления ПП:

Давление пара в барабане:

Значение энтальпий в характерных точках котла-утилизатора:

Параметры насыщения воды и пара в барабане:

— температура и энтальпия кипящей воды:, ;

— энтальпия сухого насыщенного пара:

В расчетах приняты следующие значения температурных напоров в поверхности нагрева КУ:

— в холодном сечение (на входе) испарителя: ;

— на выходе из ПП: ;

— на входе из экономайзера: .

Параметры газов в сечениях 1 (на входе в КУ) и 3 (на выходе в И).

Параметры пара за ПП:

Параметры воды за экономайзером:

Коэффициент, учитывающий потери давления воды в тракте от экономайзера до барабана: 1,046.

Параметра воды на входе в экономайзер

Задаем температурный недогрев в деаэраторе:

Задаем давление в деаэраторе:

Температура насыщения в деаэраторе:

Энтальпия насыщения в деаэраторе:

Гидравлическое сопротивление экономайзера:

Давление на входе в ЭК:

Принимаем приближенно повышение энтальпии воды в питательном насосе:

Энтальпия воды на входе в экономайзер:

Теплоемкость воды:

Температура воды на входе в ЭКВД:

Расчет паропроизводительности котла-утилизатора.

Коэффициент, учитывающий продувку барабана: alf = 0,01;

Расход пара из ПП одного КУ:

В расчете рассматриваем тепловую схему дубль — блок (2ГТ+2КУ+ПТ):

Расход пара из ПП двух КУ:

Энтальпия и температура газа на выходе экономайзера (сечение 4):

Изменение параметров пар от ПП до направляющего аппарата первой ступени паровой турбины.

При подаче пара от КУ к турбине происходит уменьшение его давления вследствие гидравлического сопротивления трубопроводов от ПП до стопорных клапанов, сопротивления самих стопорных клапанов, а также регулирующих клапанов.

Примем коэффициент гидравлического сопротивления перечисленных элементов:

Тогда давление пара перед направляющим аппаратом первой ступени турбины будет равно:

Энтальпия пара при дросселировании не изменится. Её значение перед направляющим аппаратом первой ступени турбины будет равно значению энтальпии после ПП:

установка паротурбинный котел утилизатор