Конверсия ракетного двигателестроения (1047253), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Нй рис.4 !Вэелстййлсна п(эе«ьлс)женив)! йвторйми схема уста!!Овкн с цирку;!яционным контуром продуклов сгорйн!Нь Продукгы сгорания после теплообменника 2 разделяГотся ий лйй потокй: бочыпйя «1йсть повторно подаетс)! Ниркуляиионщям йсэгн!Лятором В камсру СГОрания, мс!и«цгая чсрсз тсиэлОобмсгп!ик удалястс5! в йтмосфсру чсрсз тсп)10- Обм!.*ниик 3. 1са! РсВЯ51 «зт1«нэсч)СРНЫЙ ВоздУх, пОЛЯВасмый НРито«п!Ыы ВсптилйтОРОМ в циркуляциошгый контур. Тйк как в камеру сгорания поступ«зсг подогретый циркулиругощий воздух, расход топлива н зтой схеме мсныпе, чем в схеме иа рис.З. При наличии циркуляции кислород воздуха выгорает значительно полнее, чем в схемах иа рис.2 и рис.3.
Вследствие небольшого расхода воздуха подпитки (в данном примере в 8,5 раз мсныпе цирк)с!Ирукэ!него)»отери тепла с отходя!ними продуктами сгорания незначитсльнь1 (ОкО)!О 5% тспла СГОрания тОплива). Осноан!«!е потери тспла нмщОт местО зй с«!Ст нсд!)рекуцсрйцнн в тс!щообменникс "метан-метан". В ггослсдних дв) х прсдст«галениь!х схемах установок имсстся дОполн!ГгельныЙ ГЯзО- турбиииыи двигатель, соединенный с валом турбины природного газа. (Возможны также двухвальиыс схемы). На рис. 5 Представлена схема установки с двигателем ДО-49Р ОАО "Рыбинские моторы".
Мощность двигателя состав)гяет 2.85 МВт, КПД - 28,5%, температура Продуктов сгорания иа выходе ГГУ - 7!3 К. Газ нагревается в теплообмсниике продуктами сгорания ГГУ. Тс«ьи!срйтурй г«!зй нй выходе турбины, кзк и в схеме "низк1)гемперйзургэой" установки рис.2, ранна 280 К. Нйконец, нй рис.б приведена схемй нйиболее "форсироййнэгои" )стйнонки с добйво шым газотурбинным двигателем. н которой одновременно имеет место повышенная температура газа перед турбиной. Так жс, как и н схеме на рис.З, В ней присутствует тсилообмеипнк для прелваритслыгого нагрева газа перед турбиной обратным потоком г!Гза за турбиной. Результаты расчетов удельных параметров знергоустановок в рйсчбтс на расход природного газа 1 кг/с приведены в табл.!. Там же приведены результаты сравнения зффективиости з!!ср!Х)установок по приведенным йыц!с критериям с п«зротурбэииныхти и газодизельн1,!ми циклами, у которых типичное значение КПД составляет 40%, Основные параметры вариантов схем знергоуетановок, отнесенные к расходу газа 1 кгггс Гсбиочс ! Удедьн.
! Техггзер. Тии схемы ' Ди!Гн ВхОди зяекпх входи гизи в ! ' ' '' б'Р '';«! ., В: :.урб «у. К ' н вых,, бип Догнзлнзгг. 1,. П,~ .Вко)гоняя топлива, срдвнгнс с ' .!. у-!. ГП Ъз к112 "Нвзхотемпеоитуоиые" знеогоустдноякн !'Из с' 567!4 !!1 ' 270 , ,3,5 , 98 5 , 222 двумя т бо.!ет. и ЛВИ;. ! з '3 ' ! !4 270 . 3,7:, 101,7, 230 ур ! 2. "!3росте!!шдя" ! 5ЬЛ4 ! 140 ' 358, 0,626, :50,5 !14 ' схема,, '!)73 139 1 347 , '0,8!! ' 70,4, 159 "Высокотехгре))ззур)(ые" зд)едг оуст;шовкд! ' 3. Схема с допопп.
теп, 56Д4 ', 204, 500, 0.542, :53,4 !2! 1, яообмснннком "метин- ~ 1'2,'3 ', 208 500 ', 0.637; :77,4 ! 175 , -х)егин" ' 4. Схеми с ииркудяапей 56/14 ! 251 ! 600 ! 0,593 ! 81,7 185 . :про8!)зсгов и ор)з1)ии ! ! 273, 254: Ь!!О ~ 0,618 ( 89,6 .
203 5. Схе, гд с П У" 56714 ! 228 ' 358 ~ 0,736 Гвз.7: 232 !273 207 347 0,858 ! 1!О ! з49 ! Ь. Сх ко с 1 ГУ н 1)оо- ! 56Н4; 327, 45«! ! снронинисм турбины'" ' 1223 ~ 306, 450 0.688, 128 288 " Одни пД '1О-49Р ни расход природного гззз 32 кг!с Один ГГД ДО-49Р ни расход природного гизи 20 кгус. Рассмотг)сны б вариантов сх«.'м энсргоуста1ювок, испО)пгзую1пих энсрГию псрспала дйвлсни)1 в потоке Гйзй ъчя выработки з)!ск)р«)э))срг!Г)!. Устш1овкп рйсноложсны в порядке 1шрап«иванна МО)ш!Ости янах!йлс за счет форспровйпия тсмг)ср!Ггур),! !Гс(кч) турбиной, затем за счет комбинирования с !изотурбинным Двигателем.
Удельная элсктричсскйя мошность рйссмот(х.нных вйрийнтов состйвляст от 111 ло 2бб кГ)). Нй 1кг/с Газа, Н))иболыпсс значение дополнительной мо)пности и зкономии топлива по сравнсни!о с ПТУ имсвтг схсмь) Ь, 5 и 1. Опи жс явлгпогся наиболсс сложными. Схема 1 нс имеет резервов увеличения эффективности, так как дальнейшее увеличение КПД слабо влияет, в соответствии с выражением (1), на увели генис зффсктив- ПОСТИ. К ТОМУ жс в хОЛОДНОС В1)см)1 Гола Сс КПД рсзкО Пава«ГГ. 13 отличие от схсмь! 1 высокотемпературные установки имс)от зпачитсльныс резервы тсрмолинамичсского совершенствования за счет: ° роста температуры перед турбиной: я увеличения эффективности йт тсплообмепников; я введения Дополни Гслы)ой рскупсра!!Ни топ)ш (ло!П)лпитсльных Ген:!Ообмснников): ° введения промсжугочных перегревов газа мсжпу ступе)гями турбины; в ввслза1ия пОслслОВ!Ггс,'1ьпо расположснных камер сГО(тания с прОмсжуГО'1ным Ох,шждснисм продуктов сгорания между !и!ми: ° применения современного поколения ГТУ с КПД ло 55-40%.
ПО п1)СДВаритсльным О1гснкам„1ц)и указанных Вы1пс парамстрах !!риро)«НОГО 1аза можно ловсстп съем электроэнергии с слипипы расхода до 400-500 квт при КПД 60- 70 %, а дополннтсшрлую по сравнению с ПТУ моншость - ло 140 - 180 кйт/кг/с. Таким «)Оразом, форепрованис знсргоустаиовок по могпноеги и тсмнсратурс позволяет "выкачать" с слиннпы расхода большее количество энергии и сэкономить большее количество топлива.
При этом имеет место большая зкономия топлива при производстве электроэнергии, чем в схемах, гас основная часть тепла подводится от окружион!сй среды. Рассмотрим влияние уровня давления газа на знсргстичсскук) зффсктивн«)сть. Из таблипы 1 видно, )то КПД установок, работакнцих в области низкого давления (1273 бар) значительно (!и 3 до 18 %) выше, чем в области высоких давлений газа (56/14 бар) при том же отношений давлений 4:1. Это вызвано более сильным влиянием эффекта Джиу:и-Томсона лля метана в области высг)ких давлений.
Кроме более высокого КПД, применение установок низкого давления вы)одпей так)кс по с)!с)1укип)!л! Нричипал): ° объемный расход метана гсрсз турбину в),1ше, при этом при прочих равных условиях выше коэффициент быстроходности пз, турбины и выше ее КПД за счет увеличения высоты лопаток или степени парциальности; ° при более шпком дав!!снии легче осуществлять уплотнение по торцам ротора турбины природ)и)го газа.
В то жс время в устапОвкпх низкОГО Давления при тех же Габаритах тсплоооменнОЙ )пп!аратур).1 )и!1равличсскис потер)1 и связанныс с .)тйм потерй мопшости бог!Ыпс, чем в установках в!ясокого давления. Поэтому в каждом случае необходимо оптимизировать соо пннпение эффектииюсги теплообменников и гидравлических потерь. При выборе варианта схемы необходимо также учитывать масштабный фактор, в )не)ности, расход природного газа. Применение комбинированной схемы с ГТД наиболее целесообразно при относительно больших расходах газа (более 10 кг/с), что имеет место например, иа газораспрсделительных станциях (ГР(:) и газорегуляторпых пунктах (ГРП) крупны)х предприятий.
Выводы 1. В )щетоюпсе ВРемя обозпачилнсь две тенденции развития энергосберегающих ус'!як)вок, использую1цих псрс!ьзл давлений и НОтоках пр1!родного Газа для цолучсння элсктроэнс))ГИ!1: низк!))тел!г!Сратурн)*)е установкй (долли)2)срного ти)щ) с мйнймальной подводимоЙ тепловОЙ мО!цностыО или части'1но испО)!Ьзукицих тспло Окружаю!цей среды; - "высокотел!Нературн),)с" уст)!Нг)вки с форсированием мО!цности зв счет увел)р)ения !Слп)ературы )цнц)одного газа перед турбиной) й комбйнировгп)йя с Дополнительными газотурбиннь)ми двигателями. 2, В качестве критерия эффективности вариантов энергоустановок целесообразно использовать лшнглнительпую электрическую мощность, получаемую при сжигании того же колйчества топлйва по сравнению с парогурбинными й газодизельнымй установками с КПД 40% в расчете на единицу расхода редуцируемого газа, а также экономи)о топлива при производстве электроэнергии.
3. ПО указпшгому критерию наиболес форсированные "высокотемпературные" установки превосходят "низкотемпературные" даже при работе последних в летнее время, ко!21а )гагрсв газа пройсхолит в основ)гом за счет тепла ОкружаюшсЙ среды. 4. Из-за влияния эффекта Джоу))я- Томсона для метана КПД энергоустановок выи!е в области мгц!ых давлений метана при том же отно!Г!енин давлений газа па входе и ВЫХОДС. 5. Высокотемпературные установки имеют з)гачительнь!е возмож)гости увеличения удельной мощности (ло 3-4 раз по срчвненшо с низкотемпсратурными) и термодиппмйчсской эффективности. ЛИТЕРАТУРА 1. "Из) щнне и сравнительный анализ существующих знергосбере)аюппог технологнГ! детандировающ природного газа н ) ехнолоп! )еских схем соответствующих рекупсрапнонных установок": В отчете ВНИИ1ю по теме: "Повыщснис надежности и зффекгивности зксйлуатапии действующих КС с ЭГПЛ СТД- 12500 и ЭГПЛ -2- 12,5 в контейнерном исполнении н использование знергии сжатого газа." 2.
Гйалков В, П. Справочник по физико-техническим основам криогению!. М., "Энерг)щ", 1972. 1 и И - вхол и вьгход газа соответственно, 1 - отсечные кдапапы; 2 - редуктор гьииеиии; 3 - тпгдообменник»агепи - метан», 4 - агрегаты возлупгиого нагрева (АБН~; 5 - ступени турбины; б - эдекгрогснерагор; 7 — тсплообменних «метан - горовая вода»; 8 - фильтры-сепараторы Условные обозначении 1, 1! - вхол и выход пр БОГО газа 1 - турбина гцзггрогпго1 о 2 - тсплообмеипнх 3 - нагнетатель вохдухе 4 - камера сгорании 5 - адектгзогенсратор 6 - понггжакиггагг переда Р1гс. 2.
Схема простейшей знергоустановхи Условные обозначении 1, П - вход и выход пр ного пма 1. 2 тсплообмснникн 3 — нагггетатедь воздуха 4 - камера сгорании 3 " электрогенератор 6 - поггижа1оигая перегга'га Рнс. 3. Схема с форсированием по температуре Обозаааенна хол и вмжоа нрнрол- теплообмсиннки н1)ель НОзд)ха кслацнОнньн1 аентн- К1 сГОрання на нр)ГРОлнОГО н)за ~)отснсратор) Рнс, 4. Схема установка с аиркуавцней Ороауктов сГОРанна Рс.тоа!!ые ооозайасаая 1, 11 - вход н выход ! Г;1 Я тс!!)на)б)мена))к ° злск'!РО)снс1 втор 3 )урбана н!)1!!)Одно 4 - )д Гот)!)б)и)нмй ан! Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
