Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 13

4.17).75Рис. 4.17. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая теплосиловую схему, граничные условия Y ивходные данные UАнализ показывает, что установку ГТУ (вариант 4.2) можно рассматривать какперспективную в технологиях для производства электроэнергии.В ТФ – расчете применительно к блоку компрессоров последовательно находим(рис. 4.18):а) свойства R воздуха на входе и выходе из блоков (Кi),б) работу компрессоров в изоэнтропном процессе,в) работу компрессоров в реальном процессе.76Рис.

4.18. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.2). Часть, включающая вычисление свойств R воздуха и критериев Zприменительно к блоку компрессоровНа рис. 4.18 видны формулы MF, выбранные для вычисления свойств R воздуха,а также результирующие значения этих свойств применительно к блоку К.

Также77видны формулы MF, выбранные для вычисления критериев Z применительно к блокукомпрессоров, в том числе, например, реальной работы сжатия Z4 = lк_1_д, относящейсяк блоку К_1. На рис. 4.18 видны «пользовательские функции», по которымвычисляются свойства R рабочего тела. Эти функции обозначены по такой же форме,как и функции на рис. 4.8. Отметим, что общая работа компрессоров определяется каксумма работ компрессоров до и после охлаждения воздуха.Результаты тестового расчета свойств R воздуха и критериев Z применительно кблоку компрессоров, найденные с помощью OI – алгоритма, приведены на рис. 4.18,включая, например, вычисление критерия Z18= lк_1 = 63.835kJ/(kgair) (кДж /(килограмм воздуха)) или работы изоэнтропического сжатия.На рис.4.19 видны формулы MF, выбранные для вычисления потери давлениявоздуха в промежуточных охладителях.

При расчете камер КС_2 и КС_3 было учтено,что в них подается топливо и уходящие газы соответственно после блоков ГТ_1 иГТ_2, в которых содержится кислород и водород, участвующие в горении топлива вКС_2 и КС_3.Рис. 4.19. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.2). Часть, включающая вычисление давления до и после компрессоровК_2 и К_3В ТФ – расчете применительно к блокам (топливный компрессор, камера КС_1,турбина ГТ_1) последовательно вычисляются свойства R рабочего тела и критерии Z.Эта процедура производится аналогично расчету, который делается для ГТУ (вариант4.1) и приведен выше. Для ГТ_1 расчет давления до турбины показан на рис.

4.20.Рис. 4.20. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2).Часть, включающая вычисление давления до ГТ_178Поэтому расчеты КС_2 и КС_3 ведется аналогично расчету КС_1, но с учетомсостава второго рабочего тела (РТ 2) по кислороду и другим компонентам в блокахГТ_1 и ГТ_2 (рис.

4.21, 4.22).Рис. 4.21. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая вычисление свойств R рабочего тела применительнокамере КС_2Избыток уходящих газов после ГТ_1 в расчете на единицу (1 кг) топливаопределяется из уравнения теплового баланса, записанного для блока КС_2 (рис.

4.23).В камеру сгорания поступает теплота отработанных в ГТ_1 газов, в количествокоторых входит теоретическая масса при сжигании 1 кг топлива и избыточная массадля обеспечения требуемой температуры газов на выходе из КС_2 (на входе в ГТ_2);теплота 1 кг топлива и теплота, которая выделяется при сгорании 1 кг топлива. ИзКС_2 выходит теплота избыточного количества отработанных в ГТ_1 газов, а такжетеплота продуктов сгорания 1 кг топлива.79Рис.

4.22. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая вычисление свойств R рабочего телаприменительно камере КС_3Рис. 4.23. Mathcad– поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая вычисление избыточного расхода отработанных вГТ_1 газов для обеспечения требуемой температуры газов на входе в ГТ_2Аналогичные формулы MF используются для определения избытка уходящихгазов после ГТ_2 в расчете на единицу (1 кг) топлива (рис.

4.24).80Рис. 4.24. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая вычисление избыточного расхода отработанных вГТ_2 газов для обеспечения требуемой температуры газов на входе в ГТ_3На рис. 4.25 видны формулы MF, выбранные для вычисления критериев Z(мощностькомпрессоров,мощностьГТУнавыводахэлектрогенератора,электрический КПД ГТУ и т.

д.), а также значения этих критериев, найденные спомощью OI – алгоритма, том числе, например, таких, как:а) Z1 = Э_ГТУ = 38.42 %,б) Z19 = Gгт_1 = 1.018 kgg/sec (кг / с) – расход газа через ГТ_1,в) Z20 = Gгт_2 = 1.022 kgg/sec (кг газа / с) – расход газа через ГТ_2,г) Z21 = Gгт_3 = 1.027 kgg/sec (кг газа / с) – расход газа через ГТ_3,д) Z22 = Вкс1 = 0.0181 kgf/sec (кг жидкости / с) – расход топлива в КС1,е) Z23 = Вкс2 = 0.0039 kgf/sec (кг жидкости / с) – расход топлива в КС2,ж) Z24 = Вкс3 = 0.0048 kgf/sec (кг жидкости / с) – расход топлива в КС3.Там же видны другие результаты X = (Z,Y) в виде искомых значений критериев,найденных в рассматриваемом ТФ – расчете.В данном OI – алгоритме разработаны формулы MF, обеспечивающиевизуализацию цикла ГТУ (вариант 4.2).

На рис. 4.4 (раздел 4.4) показана Т – sдиаграмма цикла ГТУ (вариант 4.2).В разделе 4.3 сделаны оценки (см. ниже), которые свидетельствуют омногофакторном и неоднозначном влиянии варьируемых граничных параметров Y на81эффективность комбинированной ГТУ, в том числе на КПД и критерии Z. Намиформулируется «Методика оптимизационных расчетов», с помощью которой можновыбирать теплосиловую схему комплексной установки ЭУ и оптимизировать режимыработы указанной установки. Первый этап этой методики связан с выбором: а) базовойтеплосиловой схемы энергоустановки (например, схема установки ГТУ (вариант 4.1),рис.

4.5), б) рабочего режима энергоустановки, для которого назначаются граничныеусловия YРА (например, для установки ГТУ (вариант 4.1) назначены граничные условяYРА = (Y2 = t3Г = 1200 оС, Y3 = πk = 30).Второй этап касается:а)созданияOI–ресурса(например,ресурсRes-OI–GTU_4.1(Z,R,U, (http:\\klm),key(def)), который ориентирован на базовую установку ГТУ(вариант 4.1)),б) выполнения оптимизационных ТФ - расчетов, включая вычисление критерияZ2 в виде целевой функции Z2(Y) при вариации граничных условий Y = (Y2 = t3Г, Y3 =πk,…) в интервалах ΔY (рис. 4.28 - а).Третий этап связан с выбором теплосиловой схемы установки, которая включаетблоки, отвечающие мероприятиям (1,2,3, … ) по модернизации базовой схемы(например, схема установки ГТУ (вариант 4.3)).НачетвертомэтапесоздаетсяOI-ресурс(например,Res-OI–GTU_4.3(Z,R,U, (http:\\klm),key(def)), который ориентирован на модернизированнуюустановки ГТУ (вариант 4.3)), и с его помощью выполняются оптимизационные ТФ расчеты, включая вычисление целевой функции Z2(Y) на изолиниях при вариацииграничных условий Y = (Y2, Y3, Y4 , Y5 , …) в интервалах ΔY.На пятом этапе для модернизированной установки определяются:а) максимальные значения внутреннего КПД Z2max на изолиниях при заданныхграничных условиях Yopt, а также эффекты ∆Z2(t3Г, πк, t, k …), которые связаны скритерием Z2 и вариацией указанных параметров Y = (Y2, Y3, Y4 , Y5 , …) в интервалахΔY,б) соответствующие оптимальные режимы работы, а также рекомендуемаятеплосиловая схема модернизированной энергоустановки, например, для установкиГТУ (вариант 4.3) назначается режим, в котором реализуются оптимальные условияYopt = (Y2 = t3Г = 1700 оС, Y3 = πк = 40, Y4 = k = 2, Y5 = πк_i = 2.0, Y6 = t = 2, Y7 = πГТ_i =1.75.82Упомянутые эффекты ∆Z2(t3Г, πк, t, k …) обусловлены вариацией указанныхпараметров Y = (Y2, Y3, Y4, Y5 , …) в интервалах ΔY и отвечают мероприятиям помодернизации (1,2,3, … ); на этом этапе выявлен, например, эффект ∆Z2(t) в виде:∆Z2(t) = Z2Б - Z2А, здесь Z2А - критерий Z2, который относится к базовойэнергоустановке и ее рабочему режиму, имеющему следующие граничные условияYРА= (Y2 = t3Г = 1200 оС, Y3= πk = 30, Y6 = t = 1),Z2Б – критерий Z2, относящийся к модернизированной схеме при заданномсмещенном параметре Y = Y6 = t и других условиях Y = (Y2 = t3Г = 1200 оС, Y3= πk = 30,… ),ΔY = Y6 - Y6РА = t - 1.Для базовой установки ГТУ значение Z2А определено как критерий Z2А = 38.6 %при граничных условиях YРА = (Y2 = t3Г = 1200 оС, Y3 = πk = 30) (рис.

4.28 - а).Примеры максимальных значений Z2max для ГТУ (вариант 4.3) приведены на рис. ПБ10и в табл. Б. 4.14. Примеры эффектов ∆Z2(t3Г, πк, t, k …) показаны в табл. Б. 4.21, Б. 4.22,Б. 4.23 и Б. 4.25.Рис. 4.25. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.2). Часть, включающая вычисление расходных характеристик и критериев Zцикла Брайтона83Оптимизационныерасчеты,связанныес«Методикойоптимизационныхрасчетов», направлены, во – первых, на поиск рекомендуемого варианта граничныхпараметров Y для цикла, при которых целевая функция, например, COP(Y) имеетмаксимум, здесь COP - внутренний КПД Z2; то есть оптимизационные расчеты должныдоставить параметр Yopt, обеспечивающий условие COP(Yopt) = Z2 = Z2max для заданнойэнергоустановки. Во – вторых, на формирование соответствующего схемного решения,в котором имеются блоки, связанные с модернизацией одноименной базовойустановки, и реализуются граничные условия Y = Yopt.В указанном оптимизационном поиске для функции Z2(Y2 = t3Г) выполняетсяусловие (Y2opt)= Z2max, а другие параметры Y являются постоянными; например,параметр Y3 составляет Y3 = πк = const1 и параметр Y4 составляет Y4 = k = const2 (см.ниже).Нами принято во внимание, что в общем случае оптимизационные расчетыдолжны включать:а) несколько энергетических критериев Z = (Z1, Z2 …) или целевых функцийCOP(Y)= Z, которые исследуется в заданном диапазоне параметров ΔY,б) несколько граничных параметров Y = (Y1, Y2 …), которые свзаны смероприятиями по модергизации базовой ГТУ и соответствующими блокамитеплосиловой схемы, а также допускают вариацию в заданном интервале ΔY.Планируется, например, получить численные данные о целевой функцийCOP(Y2), здесь COP = Z2 = ηi - внутренний КПД, Y2 = t3Г - температура, котораяварьируется в заданном интервале ΔY2 и относится к точке входа в турбину.Численная оптимизация применительно к установке ГТУ (вариант 4.3,теплосиловая схема показана на рис.