Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ

образовательное учреждение

высшего образования

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Пояснительная записка к расчетно-графической работе

по дисциплине: « Основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии, Эксергетический нефтехимии и биотехнологии »

на тему: «Анализ газовой турбины »

Выполнила:

Дорошенко А.О.

Новосибирск 2017

Содержание

• Введение
• 1. Аналитический обзор
• 1.1 ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении
• 1.2 Регенерация теплоты в цикле ГТУ
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Эксергетический анализ газовой турбины
• 2.2 Определение экссергеического КПД турбины
• Вывод
• Список использованных источников


Введение

Темой расчетно-графической работы является эксергетический анализ газовой турбины. Данная работа посвящена исследованию эксергии, а так же методам, лежащим в области эксергетического анализа.

В настоящее время идеи эксергетического подхода получили определенное развитие в отечественного и зарубежной инжиниринговой практике. На базе теплового (энтальпийного) и эксергетического анализа разработаны методики, основанные на определении энергии или эксергии потоков в исследуемой тепловой системе. Они используются также для построения энергетического или эксергетического баланса объектов, соединяемых этими потоками и позволяющих производить мониторинг этих объектов с точки зрения энергоэффективности, выявлять участки технологических процессов, где имеется потенциал энергосбережения.

По отзывам специалистов, зксергетический анализ позволяет компаниям получить ценную информацию, но требует много времени. Кроме того, существует немного доступных данных, с которыми можно было бы сравнивать полученные результаты. Например, недостаток данных затрудняет сравнительный анализ эксергетических КПД. Разработано специализированное коммерческое программное обеспечение для расчета эксергии, использующее данные о технологических потоках на программного пакета для описания схем технологических процессов и позволяющее значительно ускорить соответствующий анализ. Однако стоимость указанного пакета высока, и его приобретение в настоящее время является оправданным лишь для немногих компаний.

1. Аналитический обзор

Эксергия - максимальная работа, которая может быть совершена при обратимом переходе какой либо термодинамической системы из состояния с заданными параметрами в состояние равновесия с окружающей средой. Кроме того, эксергия является мерой, учитывающей качество энергии.

Эксергегический метод позволяет учитывать различную ценность источников энергии или энергетических процессов в зависимости от параметров окружающей среды, составлять приходно-расходные балансы различных по своей физической природе видов энергии, количественно и качественно их сравнивать, определять необратимые потери в рабочих процессах, принимать режимные и конструктивные меры для снижения необратимых потерь или их недопущения.

Оценка эффективности энергетических процессов осуществляется на основе эксергетических балансов, отражающих равенство подведенной к системе эксергии и отведенной от нее эксергии и потерь для составления эксергетического баланса.

Газотурбинные установки различаются процессами горения топлива в камере сгорания - изобарным (ГТУ p=const) и изохорным (ГТУ V=const). Наиболее распространенными являются ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении, которые и будут рассмотрены ниже.

1.1 ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении

Схема ГТУ с горением топлива при p=const приведена на рисунке 1, а его изображения на диаграммах состояния - на рисунок 2.

Рисунок 1 - Принципиальная схема ГТУ

На общем валу находится газовая турбина ГТ, компрессор К, топливный насос (компрессор) ТН и электрический генератор ЭГ (если ГТУ используется для выработки электроэнергии). Компрессор повышает давление воздуха из окружающей среды и направляет его в камеру сгорания КС. Туда же топливным насосом подается топливо, которое сгорает при постоянном давлении. Продукты сгорания производят работу на лопатках турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. Характеристикой данного цикла является степень повышения давления воздуха в компрессоре.

Рисунок 2 - Диаграммы p-v T-s цикла ГТУ

Процессы: 1-2 и 3-4 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре и адиабатное расширение продуктов сгорания на лопатках турбины; 2-3 - изобарный процесс горения топлива в камере сгорания (подвод теплоты q₁ к рабочему телу); 4-1 - изобарный отвод теплоты q₂ в окружающую среду (при выхлопе газов в атмосферу). При эксергетическом анализе цикла будем считать, что рабочее тело является идеальным газом с неизменными свойствами и расходом.

Считаем, что эксергия топлива равна теплоте его сгорания. Удельная эксергия на выходе из установки - это эксергия работы цикла, равная самой работе, и теплоты, отводимой с продуктами сгорания в окружающую среду рисунок 3.

Рисунок 3 - Эксергетический баланс ГТУ

Эксергетические потери можно разделить на внутренние - связанные с потерями в элементах установки (компрессоре, турбине, камере сгорания) и внешние - представляющие собой эксергию выходных потоков, которая не может быть использована и теряется в окружающей среде. Эти потери рассчитываются по выражениям для эксергии потока и эксергии теплоты, а параметры потоков вычисляются по известным термодинамическим соотношениям для соответствующих процессов.

Таким образом, в выражении для эксергетического КПД, к выходной эксергии следует отнести только эксергию полезной работы цикла, а эксергию отводимой теплоты - к внешним эксергетическим потерям. Диаграммы эксергетических потерь и потерь энергии в цикле ГТУ со степенью повышения давления 4.5, относительными КПД турбины и компрессора 0.85, температурой перед турбиной 780°С приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Потери энергии и эксергии в цикле ГТУ

газотурбинный установка эксергетический теплота

Эксергетический метод анализа прямо указывает на необходимость использования уходящих газов: их эксергия больше, чем полезная работа ГТУ. Частичное использование этой эксергии осуществляется в цикле с регенерацией теплоты.

1.2 Регенерация теплоты в цикле ГТУ

Принципиальная схема такой установки приведена на рисунке 5. Регенерация теплоты осуществляется в теплообменном аппарате Р, где воздух после сжатия в компрессоре К подогревается за счет подвода теплоты от выбрасываемых из турбины газов имеющих сравнительно большую температуру. В регенеративном цикле теплота подводится в изобарном процессе а-3, а отводится в окружающую среду в изобарном процессе b-1.

Рисунок 5 - Схема ГТУ с регенерацией теплоты

Теплота процесса 4-b подводится к рабочему телу в процессе 2-а и таким образом используется в цикле рисунок 6.

Рисунок 6 - T - s диаграмма цикла ГТУ с регенерацией теплоты

Регенерация не изменяет работы цикла и эксергии работы цикла и уменьшает эксергию теплоты, отводимой с продуктами сгорания в окружающую среду. Нетрудно заметить, что регенерация увеличивает и термический и эксергетический КПД, так как не изменяет количества работы цикла, но уменьшает количество подведенной теплоты, причем эксергия отводимой теплоты по-прежнему остается соизмеримой с работой цикла и может быть использована в низкотемпературных установках.

2. Расчетная часть

Исходные данные для пятого варианта приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Данные для эксергетического анализа газовой турбины

2.1 Эксергетический анализ газовой турбины

Работа, производимая турбиной:

Ниже приведены сведения по удельной теплоемкости компонентов газовой смеси. В данном случае для температур в градусах Цельсия.

Определение теоретически возможной работы турбины.

В реальном процессе расширение газа турбине происходит от давления Р=0.49 МПа до Р=0.1013 Мпа по линии 1-2 (линии политропического расширения) и температура меняется от Т_гн до Т_гт. Схема представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Т-S диаграмма процесса

В идеальном случае расширение газа происходит по адиабате (1-2), конечная температура газа при этом Т_ид.

В данном уравнении k- показатель политропы.

Величина ДТ принимается равной 60°С.

Внутренний термический КПД турбины

Эффективный КПД турбины

2.2 Определение эксергеического КПД турбины

Эксергия газов на входе в турбину

где:

Эксергия газов на выходе из турбины

Эксергетический КПД турбины

Вывод

При увеличении температуры газов на входе в турбину их эксергия увеличивается. При уменьшении температуры газов на выходи из турбины их эксегия уменьшается. При этом эксергетический КПД турбины возрастает.

В заключении хотелось бы сказать, что эксергетический метод анализа присутствует в РФ, но не очень развит. Он позволяет получать данные энергетического или эксергетического баланса объектов, соединяемых этими потоками и позволяющих производить мониторинг этих объектов с точки зрения энергоэффективности, выявлять участки технологических процессов, где имеется потенциал энергосбережения.

Список использованных источников

1. Крутский Ю.Л. Расчет установки утилизации тепла отходящих газов: Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу «Основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».- Новосибирск: Сибпринт, 2016. - 11 с.

2. Лебедев В.А. Эксергетический метод оценки энергоэффективности оборудования систем энергообеспечения предприятий минерально-сырьевого комплекса // Записки Горного института. 2016. Т.219. С.435443.DOI 10.18454/PMI.2016.3.435

Размещено на Allbest.ru