Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 12

Если это условие не соблюдается,необходима установка дожимных компрессоров для повышения давления газов.При расчете свойств R рабочего тела для камеры сгорания выбран эталонныйприродный газ, состоящий из метана (х(CH4) = 100 %) [3,4]. Это стандартное67упрощение позволяет выполнять сравнение Z критериев, относящихся к различнымвариантам ГТУ.Рис. 4.9. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.1). Часть, включающая вычисление термодинамических свойствметанаНа рис. 4.9 представлены формулы MF, которые выбраны для вычислениятермодинамических свойств R метана.Рис. 4.10. Mathcad – поле OI – ресурса применительно к установке ГТУ (вариант4.1).

Часть, включающая вычисление свойств R рабочего тела и критериев Zтопливного компрессора68Полученные свойства R метана используются в ТФ – расчете применительно кследующему блоку (топливный (дожимной) компрессор), в том числе вычисляются:а) работа сжатия топлива,б) энтальпии топлива на входе и выходе из топливного компрессора (рис. 4.10).На рис. 4.10 видны формулы MF, выбранные для вычисления значения свойств R,а также результирующие значения этих свойств, в том числе, например, R6 = hвых_тк =756 kJ/(kgf) (килоДжоуль / (килограмм жидкости)). Также видны формулы MF,выбранные для вычисления критериев Z, включая, например, критерий Z8 = lтк_д = 171kJ/(kgf) (килоДжоуль / (килограмм жидкости)), то есть реальную работу сжатия дляблока ТК.

На рис. 4.10 представлены следующие свойства R и критерии Z:R2 = hвх_тк = 602 kJ/(kgf) (килоДжоуль / (килограмм жидкости)) – энтальпиятоплива перед топливным компрессором ,R3 = Sвх_тк = 10.6 kJ/(kgfK) (килоДжоуль / (килограмм жидкости)) – энтропиятоплива перед топливным компрессором ,R4 = Pвых_тк = 1.515 МРа (МПа) – давление топлива за топливным компрессором,R 5 = tвых_тк = 82 ̊C – температура топлива за ТК при изоэнтропном сжатии,R6= hвых_тк = 756 kJ/(kgf) (килоДжоуль / (килограмм жидкости)) – энтальпиятоплива за ТК при изоэнтропном сжатии,Z7 = lтк = 154 kJ/(kgf) (кДж / (килограмм жидкости)) – работа блока ТК приизоэнтропном сжатии,R7 = hвых_тк_д = 774 kJ/(kgf) (кДж / (кг жидкости)) – энтальпия топлива за ТК приреальном сжатии.В ТФ – расчете применительно к камере сгорания на первом этапе вычисляетсятеоретическое количество воздуха (объем, масса), необходимого для сгорания единицытоплива (нами выбран объем газа, равный 1 м3 при нормальных условиях).

Намивыбраны стехиометрические реакции горения. Используя эти же реакции, мыопределяем объемы продуктов сгорания. В этом ТФ – расчете (рис. 4.11) привлечены«пользовательские функции» программы WaterSteamPro для определения состававоздуха. Эти функции обозначены по такой же форме, как и функции на рис. 4.8.На рис. 4.11 видны формулы MF, выбранные для вычисления значения свойств R,а также результирующие значения этих свойств, в том числе, например, R3 = h2вых_тк =756 kJ/(kgf) (кДж / (кг жидкости)).69Рис. 4.11. Mathcad – поле OI – ресурса применительно к установке ГТУ (вариант4.1). Часть, включающая вычисление свойств R рабочего тела камеры сгоранияСмесь продуктов сгорания (рис.4.12) формируется на основе функцииconcat(s1,s2,...) и num2str(x).Рис.

4.12. Mathcad – поле OI – ресурса применительно к установке ГТУ (вариант4.1). Часть, которая связана с расчетной смесью продуктов сгоранияВ ТФ – расчете применительно к камере сгорания учтено, что блок КС долженобеспечить заданную температуру рабочего тела перед газовой турбиной. Этатемпература зависит от подачи воздуха в количестве, которое превышает теоретическинеобходимое для полного сгорания топлива.При разработке OI – алгоритма нами принято, что балансовое уравнение дляблока КС включает энтальпии всех входящих и выходящих потоков в камеру сгорания.Из балансового уравнения находится избыточный расход воздуха, необходимый длясоздания заданной температуры рабочего тела перед газовой турбиной.

Нами учтеныследующие условия:а) температура определения низшей теплоты сгорания топлива в общем случаеможет быть разной,б) необходимо все энтальпии входящих и выходящих потоков привести к этой70температуре (рис. 4.13).Рис. 4.13. Mathcad – поле OI – ресурса применительно к установке ГТУ (вариант4.1). Часть, которая связана с приведением энтальпий рабочих тел к температуре,определяющей низшую теплоту сгорания топливаПри разработке OI – алгоритма нами принято, что балансовое уравнение дляблока КС складывается из таких компонентов, как:а) теплота, внесенная воздухом,б) теплота топлива,в) теплота дополнительного впрыскиваемого агента,г) теплота, выделенная при горении топлива,д) теплота, вынесенная смесью продуктов сгорания и избыточного воздуха из КС.На рис.

4.14 приведено уравнение теплового баланса для камеры сгорания приотсутствии впрыскиваемого агента (это может быть вода для снижения выбросов NOx),там же даны формулы MF для вычисления избыточного расхода топлива для 1 кгтоплива в КС, в том числе:а) оператор Find , который встроен в Mathсad,б) формулы, используемые для формирования смесевого рабочего тела в газовойтурбине.В ТФ – расчете применительно к газовой турбине принят следующий метод.Давление рабочего тела перед турбиной определяется при известном давлении воздухаза компрессором с учетом потерь давления в тракте «компрессор - камера сгорания вход в газовую турбину».

Давление рабочего тела за турбиной определяется, исходя из71Рис. 4.14. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.1). Часть, которая связана с расчетом избытка воздуха иформированием смесевого рабочего тела для КСзначения давления газов на выходе из ГТУ (как правило, это есть атмосферноедавление) с учетом потерь давления в выходном тракте ГТУ. В этот ТФ – расчет (рис.4.15) привлечены «пользовательские функции» программы WaterSteamPro. Этифункции обозначены по такой же форме, как и функции на рис. 4.8. Также видныформулы MF, выбранные для вычисления критериев Z, в том числе, например,критерия Z5 = lгт_д = 595 kJ/(kgg) (кДж / (кг газа)), то есть реальной работы для блокаГТ.В ТФ – расчете (рис.

4.16) применительно к блоку ГТ определяется расходрабочего тела и расход топлива для заданного количества воздуха, входящего вкомпрессор. Нами принято, что уравнение баланса теплоты, подведенной к ГТУ извне,состоит из таких компонентов, как:а) теплота, подведенная входящим воздухом,б) теплота входящего топлива,в) теплота, подведенная при сгорании топлива.На рис. 4.16 видны формулы MF, выбранные для вычисления критериев Z(мощность компрессора, мощность топливного (дожимного) компрессора, мощность72газовой турбины, мощность ГТУ на выводах электрогенератора, КПД ГТУ и т.

д., в томчисле критерия Z1 = Э_ГТУ (электрический КПД).Рис. 4.15. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.1). Часть, которая связана с вычислением свойств R рабочего тела икритериев Z для газовой турбиныНами получены результаты ТФ - расчета свойств R воздуха и критериев Z,который выполнен с помощью данного OI – алгоритма. Они приведены на рис. 4.16, втом числе критерий Z6 = Nк = 0.283 МВт (мощность компрессора) и критерий Z1 =34.353 %.Наряду с этим приведем значения следующих критериев, найденных с помощьюданного OI– алгоритма:а) Z12 = Gг = 1.019 kgg/sec (килограмм газа / с) – расход газа через ГТ,б) Z13= Вт = 0.01914 kgf/sec (килограмм жидкости / с) – расход газа топлива,в) Z14 = Q1 = 0.926 MW (МВт) – теплота, подведенная в ГТУ,г) Z15 = Nтк= 0.003 МВт - мощность ТК,д) Z16 = Nгт= 0.605 МВт - мощность ГТ,е) Z17 = Nгту = 0.318 МВт (мощность электрогенератора ГТУ).В OI – алгоритме разработаны формулы MF, обеспечивающие визуализациюцикла ГТУ.

Эта часть OI – алгоритма рассмотрена в Приложении Б.73Рис. 4.16. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.1). Часть, которая связана с вычислением критериев ZНа рис. 4.3 (раздел 4.4) показана Т – s диаграмма цикла ГТУ (вариант 4.1).На втором этапе исследования ГТУ нами выбрана теплосиловая схема (рис. 4.17)установки, именуемой как ГТУ (вариант 4.2). Она относится к ЭУ открытого типа.Данная теплосиловая схема отражает упомянутые мероприятия по модернизациибазовой схемы ГТУ и использует трехступенчатое сжатие воздуха, промежуточноеохлаждение, трехступенчатое расширение газа и промежуточный подвод тепла. На рис.4.4 (раздел 4.4) показана Т – s диаграмма цикла ГТУ (вариант 4.2).Были выполнены следующие этапы исследования.1.СформированOI–алгоритмввидеAlgor–OI–GTU_4.2(Z, R, Y, (http://klm), key(def)), здесь в имени алгоритма:а) GTU_4.2 – имя, указывающее на ГТУ (вариант 4.2);б)расшифровкаостальныхобозначенийявляетсяаналогичнойименам,выбранным в ГТУ (вариант 4.1).2.

Написана программа Code - GTU_4.2(Z,R,Y), предназначенная для расчетакритериев Z и свойств R в заданных точках цикла применительно к ГТУ (вариант 4.2).743. Создан ресурс Res - OI – GTU_4.2(Z, R, U, (http://klm),key(def)) и размещен насервере BS, здесь в имени ресурса U = (Р,Т …) - входные данные.В основу OI - алгоритма был положен ряд формул MF. Этот алгоритм позволяетвыполнять ТФ – расчет поэтапно и последовательно для блоков (компрессоры (Кi),камеры сгорания (КСi), газовые турбины (ГТi) и др., индекс i принимает значения,указанные ниже), входящих в схему ГТУ.Граничные условия Y и входные параметры U, включенные в созданный OI –алгоритм, показаны на рис. 4.2, в том числе, например, внутренний относительныйКПД газовой турбины 0i_Т, значение которого не вычисляется и выбрано как входнойпараметр U1 = 88.4 %.Отметим, что отбор входных параметров U выполнен аналогично значениям,относящимся к ГТУ (вариант 4.1), при этом учтены:1) параметры, которые характеризуют трехступенчатое сжатие воздуха сохлаждением:а) повышение давления в компрессорах до охлаждения воздуха,б) потери давления в промежуточном охладителе воздуха,2) параметры, которые характеризуют трехступенчатое расширение газов, аименно степень расширения газов πГТ_i в газовых турбинах перед промежуточнымподводом теплоты (рис.

4.2).Нами принято:а) после частичного сжатия в компрессоре воздух охлаждается до температурыокружающей среды, хотя эту температуру можно задавать в исходных данных,б) после расширения в газовой турбине перед промежуточным подводомтеплоты рабочее тело подогревается в камере сгорания (КС_2, КС_3) до той жетемпературы t3, что и в первой камере сгорания (КС_1), хотя в общем случае этитемпературы могут быть разными и отдельно задаваться в исходных данных.Выбраны дополнительные условия Y, учитывающие следующие эффекты:а) повышение давления πk_i в компрессоре до охлаждения воздуха должно бытьменьше общего повышения давления в компрессоре πk,б) степень расширения газов в этой турбине должна быть меньше, чем общаястепень расширения газов в газовой турбине πГТ (рис.