Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 11

Написана программа Code - GTU_4.1(Z,R,Y), предназначенная для расчетакритериев Z и свойств R рабочего тела в заданных точках цикла применительно к ГТУ(вариант 4.1);3. Создан ресурс Res - OI – GTU_4.1(Z,R,U, (http://klm),key(def)) и размещен насервере BS, здесь в имени ресурса U = (Р,Т …) - входные данные.В основу этого OI - алгоритма был применен ряд формул MF. Критерий Z2 = iзаписан в следующем видеi li,q1(4.1)где li – удельная внутренняя работа действительного цикла; q1 – действительнаяудельная теплота, которая подводится извне к установке ЭУ.Произведены некоторые преобразования формулы (4.1) согласно методике,которая приведена в [3, 4].Внутренняя работа li цикла ГТУ (вариант 4.1) определена зависимостьюli  lt _ gt 0i _ gt гдеlt _ gtlt _ comp0i _ comp,(4.2)– удельная работа изоэнтропийного расширения в газовой турбинеотносительно 1 кг рабочего тела в газовой турбине;lt _ com p– удельная работа изоэнтропийного сжатия в компрессоре относительно1 кг рабочего тела в газовой турбине; 0 i _ g t – относительный внутренний КПД газовой турбины; 0i _ co m p – относительный внутренний КПД компрессора.Обозначивq1  qt _ 1 , здесьqt _ 1– количество теплоты, котороеподведено извне в идеальном обратимом цикле ГТУ (вариант 4.1),  – коэффициент,который учитывает изменениеq1по отношению квиде61qt _ 1 ,мы записали формулу (4.1) вl t _ gt   0i _ gt l t _ comp 0i _ comp.q t _ 1 i (4.3)Учитывая, что отношение t   lt _ gt  lt _ comp  qt _ 1 определяет термический КПДцикла ГТУ (вариант 4.1), после некоторых преобразований мы записали формулу (4.3)какi  0i _ gt1 1 ,t   comp    0i _ gt   oi _ comp(4.4)где  comp  lt _ comp qt _ 1 – относительная работа сжатия.Из формулы (4.4) нами сделаны следующие выводы для критериев Z,относящихся к установке ГТУ (вариант 4.1).1.

На критерий Z2 = i влияют:а) термический КПД или критерий Z3 = t ,б) относительная работа сжатия компрессора или критерий Z4 =  co m p .2. Возможны следующие пути модернизации ГТУ (вариант 4.1) за счетнаправленного варьирования условий Y и изменения критериев Z:а) значение t можно повысить за счет увеличения степени сжатия воздуха,б) критерий Z4 =com p можно снизить путем уменьшения работы сжатиявоздуха в компрессоре и увеличения теоретической теплоты qt _ 1 , подведенной вцикле,в) критерий Z4 =com p можно снизить за счет уменьшения степени сжатия иприменения многоступенчатого сжатия воздуха с промежуточным его охлаждением,г) теоретическую теплоту qt _ 1 можно увеличить, если использовать (раздел2.3):1) многоступенчатое сжатие воздуха с промежуточным охлаждением,2) многоступенчатое расширение рабочего тела ГТУ и промежуточный подводтеплоты,3) уменьшение степени сжатия воздуха и повышение температуры газов навходе в газовую турбину.62Приведенныевышерассуждениясвидетельствуютомногофакторнойинемонтонной зависимости критерия Z2 от условий Y применительно к ГТУ (вариант4.1).

Сделанные оценки позволяют выбрать пути модернизации, которые направленына повышение эффективности базовой ГТУ.Алгоритм Algor - OI – GTU_4.1(Z, R, Y, (http://klm),key(def)) позволяет выполнятьТФ– расчет поэтапно и последовательно для блоков (компрессор (К), камера сгорания(КС), газовая турбина (ГТ) и др.), входящих в базовую теплосиловую схему ГТУ.Граничные условия Y и входные параметры U, включенные в созданный OI –алгоритм, показаны на рис.

4.5, в том числе следующие параметры:U7 = Y3 = πк = 10.549 – повышение давления в компрессоре,U8 = QH_P = 50.056 МJ/kg – низшая теплота сгорания топлива,U9 = tT = 15 ̊С – температура топлива на входе в ТН,U10 = 15 ̊С – температура определения низшей теплоты сгорания топлива tQH_P,U11 = 0.5 МРа – избыточное давление топлива перед камерой сгорания ∆pт_к_с,U12 = 90% – внутренний относительный КПД для ТН η0i_тк ,U13 = 99.8% – коэффициент использования теплоты камеры сгорания ηк_с,U14 = 99.8% – КПД электрогенератора ηг,U15 = 15 ̊С – температура tвх,U16 = 88.2% – внутренний относительный КПД компрессора η0i_к,U17 = Y2 = t3Г = 1050 ̊С – температура на входе в газовую турбину,U18 = х (СН4) xсн4 = 100% – состав топлива,U19 = pт = 0.6 МРа – давление топлива на входе,U20 = δpк_с = 5 % – потери давление в камере сгорания,U21 = δpт = 5 % – потери давление уходящих газов за ГТ,U22 = ηм = 99.8 % – механический КПД.Отметим, что параметры (U7 = Y3 = πк, U17 = Y2 = t3Г)дают формальнуювозможность пользователю выполнять не только ТФ – расчет для некоторогозаданного набора значений (Y2 , Y3 ), но и вести оптимационные расчеты, в том числе:а) определять критерий COP(Y) = Z2 = i в заданных граничных условиях ΔY,например, определять максимальные значения Z2max при заданных граничныхусловиях: Yopt3 и Y2= const,63б) эффекты ∆Z2(t3Г, πk, t, k …), которые связаны с мероприятиями пооптимизации базовой ГТУ и вариацией соответствующих параметров Y = (Y2, Y3, Y4 ,Y5…) в интервалах ΔY.Рис.

4.5. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.1). Часть, включающая базовую теплосиловую схему и входные параметрыUНа рис. 4.6 представлен пример выбора единицы измерения для энтальпии в видеkJ/(kgg)(кДж /(кг газа)), а также показана текстовая часть в виде обозначений ипояснений.64В OI – алгоритм входит этап, связанный с определением состава x рабочего тела.Нами учтено, что состав x зависит от положения рабочего тела в тракте ГТ, а также отвлажности. В ТФ – расчете сначала определяется состав входящего в компрессорРис. 4.6. Выбор единиц измерениявоздуха.

Поскольку воздух влажный, то нужно знать его влагосодержание. Для этоговычисляется предельное давление воды при температуре входящего воздуха. Этодавление определяется по давлению сублимации при температуре, которая лежит нижетройной точки, в противном случае выбирается давление насыщения. После этоговычисляется массовое и мольное влагосодержание входящего воздуха, используя приэтом известные формулы термодинамики (рис. 4.7). По долевому (процентное)содержанию влажного воздуха мы создаем расчетную смесь входящего в компрессорвоздуха. Для этого используется функция concat (s1,s2, ...) (она обемпечиваетобъединение нескольких строк, s1,s2, ...) в одну и функцию num2str(x), котораявозвращает строку, чьи знаки соответствуют десятичному значению числа x.

Функцияnum2str(x) используется, когда проще манипулировать с числом как со строкой,нежели как с математической переменной.В алгоритме Algor - OI – GTU_4.1(Z, R, Y, (http://klm),key(def)) применены«пользовательскиефункции»,которыеотносятсякресурсуRes–OI–Air_3.1(R,Y,( http://klm),key(def)) и с помощью которых вычисляются свойства Rвоздуха как рабочего тела ГТУ. Этот OI – ресурс размещен в программе WaterSteamProна веб – сайте НИУ МЭИ [4].В ТФ – расчете применительно к компрессору находим (рис.4.8):а) свойства R воздуха на входе и выходе из блока К,65б) работу компрессора в изоэнтропном процессе,в) работу компрессора в реальном процессе.Рис. 4.7.

Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.1). Часть, включающая вычисление состава влажного воздуха,входящего в компрессорНа рис. 4.8 видны «пользовательские функции», по которым вычисляютсясвойства R рабочего тела, например, удельная энтальпия влажного воздуха закомпрессором h2 определяется с помощью «пользовательской функции» wspgHGST66(gsвх, t2), здесь gsвх — спецификация газа в точке «вход» компрессора, t2 — температурав точке «выход» блока К.Имена функций пакета WaterSteamPro для расчета свойств идеальных газов и ихидеальных смесей имеют: 1) общий префикс wspg, 2) обозначение определяемойвеличины (в описываемом случае h — энтальпия), 3) обозначение аргументов(спецификация газа (GS — gas specification), температура (T)).Рис.

4.8. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.1). Часть, включающая вычисление свойств R воздуха при сжатии вкомпрессореНа рис. 4.8 видны:а) формулы MF, выбранные для вычисления значения свойств R,б) wspgHGST (gsвх, t2) - «пользовательская функция» для удельной энтальпиивоздуха за компрессором,в) h2 - результирующие значения этих свойств, в том числе, например, R2 = h2 =568 kJ/(kgg) (кДж / (кг газа)).Рабочим топливом в ГТУ может быть или газ, или жидкое топливо. Согласнотребованиям с учетом потерь в газораспределительном пункте давление природногогаза на 0,3 – 0,5 МПа должно превышать максимальное давление воздуха,направляемого из компрессора в блок КС [3,4].