ГТУ мощностью N работает на природном газе с теплотворной способностью Qнр. Воздух на входе в компрессор имеет температуру t1 и давление p1. Продукты сгорания на входе в турбину имеют температуру t3. Степень повышения давления в компрессоре . Степень регенерации σ. Внутренние относительные КПД турбины и компрессора oiT и oiK.
Рассчитать:
Теоретический цикл.
Теоретический цикл с предельной регенерацией.
Теоретический цикл с непредельной регенерацией, степень регенерации равна σ
Действительный цикл.
Определить для каждого цикла:
Параметры рабочего тела в узловых точках цикла (свести в таблицу).
Удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведенной и отведенной теплоты.
Полезную работу цикла, термический (или внутренний) КПД цикла.
Расходы рабочего тела и топлива.
Исходные данные
ФИО p1, бар t1, oC
t3, oC
Qнр, Мдж/кг N, МВт σ oiT oiK
4 Екатерина 1,14 5 860 40 17 6,8 0,73 0,83 0,81
1926590229235
Рис. 1. Схема ГТУ с подводом теплоты при p = const
1144270237490
Рис. 2. Цикл ГТУ с подводом теплоты при p = const:
1–2 – адиабатное сжатие рабочего тела;
2–3 – изобарный подвод теплоты (горение топлива);
3–4 – адиабатное расширение;
4–1 – изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)
Решение
Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 кг рабочего тела, pv = RT, найдем начальный удельный объем воздуха
υ1=R·T1p1=287(5+273)1,14·105=0,6998 м3/кг
Степень повышения давления β=p2p1, p2=6,8*1,14·105=7,75·105Па
p2p1=υ1υ2k, T2T1=p2p1k-1k=βk-1k
υ2=υ1p1p21/k=0,69981,147,751/1,4=0,178 м3/кг
T2=T1βk-1k=278*6,81,4-11,4=480,7 К
Значение Т2 можно также найти из уравнения состояния идеального газа
T2=p2υ2R=7,75·105·0,178287 =480,7 К
Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому p3=p2=7,75·105Па, p4=p1=1,14·105 Па
υ3=R·T3p3=287(860+273)7,75·105=0,4196 м3/кг
Значение удельного объема v4 найдем из уравнения адиабатного процесса расширения 3–4:
p4p3=υ3υ4k
υ4=υ3p3p41/k=0,41967,751,141/k=1,6497 м3/кг
а температуры – из уравнения состояния идеального газа:
T4=p4υ4R=1,14·105*1,6497287=655,3К
Результаты расчет занесем в таблицу
Состояние Параметры
p, бар T, K v, м3/кг
1 1,14 278 0,6998
2 7,75 478,7 0,178
3 7,75 1133 0,4196
4 1,14 655,3 1,6497
Удельные количества подведенной и отведенной теплоты в цикле найдем по выражениям
q1=cpT3-T2=1,0051133-478,7=657,6 кДж/кг
q2=cpT4-T1=1,005655,3-278=379,2 кДж/кг
Удельные работы турбины, компрессора и полезная работа цикла определяются как:
lт=cpT3-T4=1,0051133-655,3=480,1 кДж/кг
lк=cpT2-T1=1,005478,7-278=201,7 кДж/кг
l0=lт-lк=480,1-201,7=278,4 кДж/кг
l0=q1-q2=657,6-379,2=278,4 кДж/кг
Тогда термический КПД цикла согласно
ηt=l0q1=278,4657,6=0,423 или ηt=1-1βk-1k=1-16,81,4-11,4=0,423
Зная мощность турбины, можно найти расход рабочего тела через установку
M=Nl0=17000278,4=61,1 кг/с
И расход топлива
Bт=Mq1Qнр=61,1*657,640000=1,01 кг/с
В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации σ=1, Ta=T4, Tb=T2(см.рис
. 2.3)
161925635
Рис. 3. Схема установки и циклГТУ с подводом теплоты
при p = const и с регенерацией теплоты
Тогда Ta=T4=655,3 К, Tb=T2=478,7 К
Удельные количества подведенной и отведенной теплоты в цикле с регенерацией
q1p=cpT3-Ta=1,0051133-655,3=480,1 кДж/кг
q2p=cpTb-T1=1,005478,7-278=201,7 кДж/кг
Термический КПД в цикле с предельной регенерацией
ηtр=1-q2pq1p=1-201,7480,1=0,578
то есть при введении в цикле предельной регенерации термический КПД увеличивается с 42.3% до 57.8%
Расход рабочего тела через установку при введении регенерации не изменится, а расход топлива определится как
Bт=Mq1pQнр=61,1*480,140000=0,733 кг/с
Следовательно, при введении регенерации расход топлива на установку уменьшится.
Если степень регенерации теплоты σ = 0,73
19507206985
Рис
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
