Автореферат (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 3

Второй OI – ресурс касается модернизированной установки ГТУ(вариант 4.2), в которой реализованы мероприятия (1,2,3,…) помодернизации базовой ГТУ и применяются продукты сгорания как рабочеетело.В качестве примера на рис. 1 показана часть Mathcad – поля, котороевходит в ресурс Res – OI – GTU_4.3.2 (Z, R, U, (https:\\klm), key(def)),используемый в сетевых расчетах применительно к установке ГТУ (вариант4.3). Здесь видна текстовая часть этого OI – ресурса (теплосиловая схема,блоки, которые обеспечивают мероприятия (1,2,…) по модернизациибазового варианта, в том числе: дополнительные ступени и камерыохлаждения для компрессора, дополнительные ступени и камеры сгораниядля блока турбин). На рис. 1 можно видеть: а) точки, которые относятся ктермодинамическому циклу и в которых вычисляются свойства R, б) частьвходных данных U и граничных условий Y.

Отметим, что этот ресурсоперирует рабочим телом в форме продуктов сгорания, состав и количество11которых на разных участках установки меняется за счет сжигания топлива, атакже учитывает эффект, связанный с падением давления в тракте ГТУ.На основе указанных OI – алгоритмов были выполнены сетевыерасчеты, в том числе оптимизационные расчеты, в которых вычислялисьэнергетические критерии Z данной установки ГТУ, при этом граничныепараметры Y = (Y2, Y3, Y4 , Y5 , Y6 , Y7) варьировались в заданном интервалезначений ΔY. В этих испытаниях выдерживались следующие интервалы ΔYдля параметров: Y2 = t3Г = (1200… 1700) ºС, Y3 = πк = (10 … 100), Y4 = k = 1 …3, Y5 = π к_i = 1… 3, Y6 = t = 1 … 3. Получены численные и графическиеданные, в том числе значения критериев Z для указанных энергоустановок втой области параметров Y, в которой отсутствует информация в литературе,включая информацию о термодинамических циклах ГТУ в интервалезначений ΔY, охватывающих область высоких температур (Y2 = t3Г = 1000 …1700 оС) и область высоких давлений (до 10 МПа).В частности, для установки ГТУ (вариант 4.1) получены:а) табулированные данные о целевой функции Z2(Y) и соответствующиеграфические зависимости Z2(Y), здесь Z2 = ηi, Y = Y3 = πk при условиях Y2 =t3Г= const (рис.

2),б) оптимальные значения Yopt, при которых критерий Z2(Yopt) отвечаетусловию COP = Z2max , например, Z2max = 38.65 % , при этом являютсяфиксированными Yopt = Y3 = πk = 29 и другие граничные параметры,например, Y2 = t3Г=1200 оС, Y4 = k = 1, Y5 = π к_i = 1, Y6 = t = 1, Y7 = πГТ_i = 1(табл.

1, рис. 3). В табл. 1 и на рис. 2 представлены локальные максимумыцелевой функции Z2(Y2) на изолиниях Y2 = t3Г = const, а также глобальныймаксимум Z2max = 46.5 %.В табл. 1 представлены значения критерия Z2max, полученные сиспользованием ресурса Res – OI – GTU_4.3.3(Z, R, U, (http:\\klm), key(def)). Вэтом ресурсе использовано уравнение состояния, рекомендованное ГСССДдля вычисления теплофизических свойств воздуха. В табл. 1 даныабсолютные отклонения ΔZ приведенных данных от значений Z2max,рассчитанных с помощью ресурса Res – OI – GTU_4.3.1(Z, R, U, (http:\\klm),key(def)), в котором нами применены данные, опирающиеся на уравнениесостояния воздуха (NIST, США, Refprop 8).

Этот ресурс позволил вычислитьсвойства R воздуха в интервале температур Т = 1500… 2000 K и при высокихдавлениях (до 10 МПа). Сделанное сравнение показывает, что указанные OI –ресурсы дают результаты, которые хорошо согласуются между собой.В выполненных ТФ – расчетах нами использованы «символьныеинструменты»пакетаMathcad,спомощьюкоторыхбылазапрограммирована, например: а) целевая функция Z2(Y), представляющаясобой КПД ηi соответствующего варианта установки ГТУ и имеющая формуMathcad – функции Z2(Y2, Y3, Y4 , Y5 , Y6 , Y7), б) соответствующие производныеот функции Z2(Y) по соответствующим аргументам.12Оптимизационные расчеты дали возможность получить новуюинформацию о ряде вариантов установок ГТУ, в том числе для установкиГТУ (вариант 4.3) определены:1) табулированные данные о целевой функции Z2(Y) и соответствующиеРис.

1. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.3). Часть, включающая теплосиловую схему, граничныеусловия Y и входные данные UТаблица 1. Максимальные значения внутреннего КПД цикла ГТУ(вариант 4.3) при оптимальных значениях параметров Y = (πк, t3Г)optY2 = t3ГоС120013001400150016001700Y3 = πкZ2max = ηi, %29364251597038.65540.5342.24243.78545.19746.495Абсолютный допуск, ΔZ,%0.0210.0430.0450.055графические зависимости на изолиниях, здесь Y = Y3 = t3Г при условиях Y2 =π k = const, и Y4 = k = const,2) табулированные данные о целевой функции Z2(Y) и соответствующиеграфические зависимости на изолиниях, здесь Y = Y2 = π , Y3 = t3Г = const, Y4=k = const, (рис.

4);3) максимальные значения внутреннего КПД Z2max при заданныхграничных условиях Yopt (рис. 3), а также эффекты ∆Z2(t3Г, πк, t, k …), которыесвязаны с мероприятиями по модернизации и обусловлены вариациейуказанных параметров Y = (Y2, Y3, Y4 , Y5 , …) в интервалах ΔY, здесь,например, ∆Z2(k, …) = Z2Б - Z2А, Z2А - критерий Z2, относящийся к базовойсхеме, Z2Б – критерий Z2, относящийся к модифицированной схеме при13заданном параметре Y2 = k; на рис.

4 даны изолинии функции Z2(Y); показано,что при переходе от одноступенчатого сжатия воздуха (Y4 = k = 1) кдвухступенчатому (Y4 = k = 2) критерий Z2 = ηi возрастает от Z2 = 38.67 % доZ2= 41.32 %, и указанный эффект достигает ∆Z2(k ,t3Г, πк, … ) = 2.65 % при∆Y4= 1 и Y2 = πk = 30 на изолинии Y3= t3Г = 1200 оС,Рис.

2. Результаты X = (Z,Y)оптимизационных расчетов (этап 1)для ГТУ (вариант 4.1). Зависимостькритерия Z2 = ηi от параметров Y2 = t3Ги Y 3 = πкРис. 3. Максимальные значения внутреннего КПД Z2max цикла ГТУ (вариант4.3) в зависимости от Y3 = πК и температуры газа Y2 = t3Г на входе турбину4) оптимальные параметры термодинамического цикла, а такжерекомендуемая теплосиловая схема модернизированной ГТУ, например, ГТУ(вариант 4.3), с помощью которой можно получить Z2max = 53.01 %, при этомреализуются заданные граничные условия Yopt, включая параметры в блоках:Y2= t3Г = 1700 оС, Y3 = πk = 100, Y4 = k = 2, Y5 = πк_i = 3.0, Y6 = t = 3, Y7 = πГТ_i=1.75.Результаты раздела 4.3 позволили сформулировать «Методикуоптимизационных расчетов», с помощью которой следует выбиратьтеплосиловые схемы установок ЭУ (ГТУ, ПТУ, ПГУ и др.) и оптимизироватьтермодинамические циклы указанных установок ЭУ. На первом этапе этойметодики задается базовая теплосиловая схема установки, например, схемаустановки ГТУ (вариант 4.1).14На втором этапе создается OI – ресурс, например, ресурсRes - OI – GTU_4.1(Z,R,U, (http:\\klm),key(def)), который ориентирован набазовую установку ГТУ (вариант 4.1), и с помощью него выполняютсяоптимизационные ТФ - расчеты, включая вычисление критерия Z2(Y) привариации граничных условий Y = (Y2 = t3Г, Y3 = πk) в интервалах ΔY.Рис.

4. Результаты X = (Z,Y)оптимизационных расчетов(этап 1) для ГТУ (вариант 4.3).Зависимость критерия Z2 = ηi отпараметров Y3 = πк, Y2 = t3Г и Y4= kНа третьем этапе выбирается теплосиловая схема установки, котораявключает блоки, отвечающие мероприятиям модернизации базовой схемы,например, теплосиловая схема установки ГТУ (вариант 4.3).На четвертом этапе создается OI – ресурс, например, ресурсRes - OI – GTU_4.3.1(Z,R,U,(http:\\klm),key(def)), который ориентирован наустановку ГТУ (вариант 4.3), и на его основе выполняются оптимизационныеТФ - расчеты, включая вычисление критерия Z2(Y) при вариации граничныхусловий Y = (Y2, Y3, Y4 , Y5 , …) в интервалах ΔY.На пятом этапе по результатам оптимизационных расчетовопределяются:1) максимальные значения внутреннего КПД Z2max на изолиниях призаданных граничных условиях Yopt, а также эффекты ∆Z2(t3Г, πк, t, k …),которые связаны с вариацией указанных параметров Y в интервалах ΔY,здесь, например: а) ∆Z2(t) = Z2Б - Z2А,б) Z2А - критерий Z2, который относится к рабочему режиму базовойсхемы, имеющему следующие граничные условия YРА = (Y2= t3Г= 1200 оС, Y3 =πk = 30, Y6 = t = 1),в) Z2Б – критерий Z2, относящийся к модернизированной схеме призаданном смещенном параметре Y = Y6 = t и других условиях Y = (Y2 = t3Г =const, Y3 = πk = const … ), г) ΔY = Y6 - Y6РБ = t – 1.2) соответствующие оптимальные параметры термодинамическогоцикла, а также рекомендуемая теплосиловая схема модернизированнойэнергоустановки.Например, для установки ГТУ (вариант 4.3), в которой реализуютсязаданные граничные условия Yopt, включая оптимальные параметры в блоках,связанных с модернизацией: Y2 = t3Г = 1700 оС, Y3 = πк = 40, Y4 = k = 2, Y5 =πк_i= 2.0, Y6 = t = 2, Y7 = πГТ_i = 1.75.