Главная Коллекция "Otherreferats" Физика и энергетика Анализ влияния показателей газотурбинных установок на базе конвертированных авиационных двигателей на эффективность их работы в автономном режиме и в составе электростанций

Анализ влияния показателей газотурбинных установок на базе конвертированных авиационных двигателей на эффективность их работы в автономном режиме и в составе электростанций

Создание перспективных газотурбинных установок (ГТУ) на базе конвертированных авиационных двигателей и анализ влияния показателей ГТУ на эффективность их работы, как в автономном режиме, так и при использовании в составе гидро-, теплоэлектростанций.

Рубрика Физика и энергетика
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 28.03.2018
Размер файла 220,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

При этом коэффициент использования теплоты топлива Кит оценивает суммарную выработку электрической энергии и теплоты ГТУ от количества теплоты топлива, сжигаемого в камере сгорания газогенератора за определенное время. Рассчитывается Кит в основном на температуру за котлом-утилиза-тором Тд = 110 0С, т.е. температуру, при которой уходящий газ за котлом-утилизатором не конденсируется.

Как известно, эффективность работы ГТЭС во многом определяет общий расход топлива, который существенно влияет на технико-эконо-мические показатели работы ГТЭС, а главное - на себестоимость отпускаемой теплоты и электроэнергии. Поэтому для достижения рентабельной работы ГТЭС внимание уделяется эффективности использования теплоты топлива. На основании такого подхода разработана методика оценки тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС, в которой рассчитываются вышеперечисленные технико-экономические показатели. При этом аналогично чл.- кор. РАН Г.Г. Ольховскому, ГТУ рассматривается как термодинамическая система, для которой в соответствии с первым законом термодинамики сумма всех потоков энергии, пересекающих границы системы, должна равняться нулю. При этом потери из-за утечек рабочего тела, механические потери (эквивалентная им теплота), потери теплоты через изоляцию конвекцией или излучением в окружающую среду не учитываются. На рис. 11 представлена блок-схема расчета ГТЭС, где расчет инвестиций производится с использованием блок-программмы компании «Альт- Инвест», в которую добавлен расчет себестоимости продукции.

Расчет КПД ГТУ и Кит производится только в зависимости от коэффициента избытка воздуха , который, как известно, задает режим работы ГТУ и определяется на стадии проектирования и испытания камеры сгорания [ = Вв /(Вт L0), где Вв - действительный расход воздуха, Вт -общий расход топлива поступающего в камеру сгорания, L0 - теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива] и температуры газа на выходе из ГТУ Тс и из котла-утилизатора Тд.

зэ = зкс - [(1 + L0) срг Тс - L0 срв Тн] / Qнр, (17)

Кит = зкс - [(1 + L0) срг Тд - L0 срв Тн] / Qнр, (18)

где зкс - коэффициент полноты сгорания топлива; Qнр - низшая теплотворная способность топлива.

После определения КПД ГТУ и Кит производится расчет двух других основных показателей тепловой эффективности - это удельных расходов топлива отпуска электрической энергии bэ = Вэ / Nот и теплоты bт = (Вт - Вэ) / Qот, которые записаны в относительных параметрах:

bэ = g / f зэ Qнр, (19)

где g = Вэ / Вт ; Вэ - расход топлива на производство электроэнергии; Вт - общий расход топлива; f = Nот / Nэ = (0, 93 ч 0, 94), как показывает статистика, при эксплуатации энергетических станций ~ (5 ч 7)% от вырабатываемой электроэнергии расходуется на собственные нужды;

bт = (1 - g) / f зэ Qнр (Qот / Nот ), (20)

где Qот и Nот - отпускаемые от ГТЭС электрическая энергия и теплота:

а) Nот = Nэ - Nсн, здесь Nэ - вырабатываемая электроэнергия, Nсн - расход электроэнергии на собственные нужды;

б) Qот = Qвыр - Qсн - Qпот, где Qвыр - вырабатываемая ГТУ теплота, Qсн - расход теплоты на собственные нужды, Qпот - потери теплоты.

Распределение общего расхода топлива Вт производится по его балансу на электроэнергию и теплоту, где удельный расход топлива на отпуск теплоты становится как бы базовым показателем, который учитывает все собственные нужды и потери теплоты в ГТЭС.

Вт = Вэ + Qот / Qнр, (21)

Расчет остальных технико-экономических показателей производится согласно выражениям (14 -16).

В четвертой главе приведены результаты расчетов тепловой эффективности ГТУ и ГТЭС и рассмотрено влияние КПД ГТУ на технико-экономические показатели ГТЭС.

На рис. 12 представлена рассчитанная в рамках диссертации универсальная номограмма для КПД ГТУ и коэффициента использования теплоты топлива Кит в зависимости от коэффициента избытка воздуха б при определенной температуре газов на выхлопе Тс из ГТУ и температуре из котла-утилизатора Тд.

Значения температур Тс и Тд представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры температур Тс и Тд.

Температура, К

Графики КПД ГТУ и Кит

1, (11)

2, (21)

3, (31)

4, (41)

5, (51)

6, (61)

7, (71)

Тс

650

675

700

725

750

775

800

Тд

373

383

393

403

413

423

434

В качестве примера использования номограммы на рис. 13 представлен график зависимости от температуры Тс из ГТУ с КПД ГТУ 34%. На графике нанесены значения Кит = 0, 81ч 0, 87 при Тд = 110 0С.

Анализ графика показывает, что для работы ГТУ, например, с КПД ГТУ 34% и коэффициентом использования теплоты топлива Кит = 0, 87ч 0, 83 значения должны быть 3, 5ч4, 5, а температура Тс=780ч 675К.

Для рассмотрения влияния КПД ГТУ на удельные расходы топлива отпуска теплоты и электроэнергии (bт и bэ) на рис. 14, 15 и 16 представлены их расчетные графики.

На рис. 14 представлен график bэ в зависимости от КПД ГТУ с различными значениями коэффициента g и постоянным средним коэффициентом учета электроэнергии на собственные нужды f = 0, 935.

На рис. 15, 16 представлены графики bт в зависимости от КПД ГТУ для крайних значений g = 0, 4 и 0, 6 при разных отношениях (Qот / Nот ):

1- (Qот / Nот ) = 1, 7; 2 - (Qот / Nот ) = 1, 6; 3 - (Qот / Nот ) = 1, 5; 4 - (Qот / Nот ) = 1, 4; 5 - (Qот / Nот ) = 1, 3.

В таблице 2 представлены расчеты удельных расходов топлива отпуска теплоты bт и электроэнергии bэ за второй квартал 2007 года для ГТЭС на базе ГТУ НК-37СТ установленной на Казанской ТЭЦ - 1.

Таблица 2 Показатели работы ГТЭС на Казанской ТЭЦ - 1

Параметр

Апрель

Май

Июнь

g

0, 531

0, 604

0, 557

f

0, 932

0, 943

0, 93

Qот / Nот

1, 493

1, 318

1, 5

зэ

0, 331

0, 313

0, 308

bт, кгут / Гкал

145, 5

145, 5

147, 0

bэ, гут / кВтч

211, 7

251, 7

238, 7

Расчет bт и bэ автором диссертации

bт, кгут / Гкал

145, 64

145, 2

147, 3

bэ, гут / кВтч

211, 73

251, 4

238, 9

На рис. 17 представлены графики bт и bэ в зависимости от КПД ГТУ при g = 0, 6, f = 0, 935 и Qот / Nот = 1, 3.

После расчета тепловой эффективности производится расчет экономической эффективности ГТЭС.

Эффективность инвестиционного проекта ГТЭС в течение срока жизни проекта характеризуется следующими основными показателями:

· периодом окупаемости - PB (год, мес.);

· дисконтированным периодом окупаемости - DPB (год, мес.);

· чистым дисконтированным (приведенным) доходом - NPV;

· внутренней нормой рентабельности - IRR (%);

· нормой рентабельности - RR.

Расчет показателей производился с использованием блока-

программы компании «Альт - Инвест», представляющий собой комплекс взаимосвязанных электронных таблиц в среде пакета «Microsoft Excel».

Блок-программа «Альт - Инвест» применяется для анализа инвестиционных проектов любого типа, независимо от отраслевой принадлежности, схемы финансирования, сроков и объемов инвестиций.

Оценка проектов производится на основании ставки дисконта, которая ориентируется на ставку рефинансирования Центрального банка России с учетом процентов на риск.

Кроме того, анализ влияния удельных расходов топлива на отпуск электроэнергии bэ и теплоты bт на себестоимость отпускаемой продукции (электро-энергии и теплоты), производим методом деления текущих затрат: на условно-постоянные Зпост и на условно-переменные Зпер.

Топливная составляющая Зт относится к переменным затратам и является самой крупной в структуре себестоимости (может составлять 50ч70% от текущих затрат).

Кроме расчета эффективности инвестиционных проектов ГТЭС по блок-программе, экономическую оценку проектов ГТЭС производим методом «приведенных затрат» Зпр используемый обычно для оценки нес-кольких проектов ГТЭС, где критерий эффективности

Зпр = Зтек + Ен К > min, (22)

здесь Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности, К - капитальные вложения, т.е. Ен К - «приведенные капиталовложения».

Результаты расчетов экономической эффективности ГТЭС с прио-ритетными перспективными ГТУ приведены в таблице 3.

Срок жизни проекта ГТЭС, который включает: прединвестици-онную фазу (технико-экономическое обоснование, маркетинговые иссле-дования, бизнес-план и прочие мероприятия), стадию инвестирования (закупка оборудования и строительство) и эксплуатацию ГТЭС, в расчетах принят равным 15 лет. Кроме того, в расчетах приняты: ставка дисконта 10%, показатель среднегодовой инфляции 8% и нормативный срок оку-паемости проекта Ен = 0, 15. Тарифы на отпуск электроэнергии и теплоты взяты 2007 года ОАО «Татэнерго».

Таблица 3. Экономическая эффективность ГТУ в составе ГТЭС

ГТУ в составе ГТЭС

Параметры

Nэ, МВт

КПД ГТУ,

%

bэ, гут/ кВт ч

bт, кгут/ Гкал

Удел. капвложения,

$ /кВт

РВ, год

DPB, год

NPV, млн. руб.

IRR, %

RR

Зпр, млн. руб.

Sэ, руб./ кВтч

Sт, руб./ Гкал

Рацио-нальная ГТУ

18

33

231, 9

138, 2

631, 9

7, 4

7, 8

729

17, 7

1, 75

5464

0, 681

208, 9

ГТУ с регене-рацией

18

35

206, 5

150, 2

672, 2

6, 2

6, 4

1148

23, 5

2, 63

4770

0, 575

213, 8

В пятой главе рассмотрено применение ГТУ в состав парогазовой установки (ПГУ), идеальный термодинамический цикл ПГУ и методика расчета тепловой схемы. Приоритетным вариантом применения ГТУ в ПГУ является утилизационная бинарная ПГУ, т.к. отличается простотой и высокой эффективностью производства электроэнергии. В ней больше применяются одноконтурные котлы-утилизаторы (КУ), которые характеризуются как более простыми в эксплуатации и низкими удельными капиталовложениями, а для увеличения эффективной работы их устанавливается на выходе газовый сетевой подогреватель.

Кроме того, повышение экономичности ПГУ возможно за счет тепловой схемы КУ, в котором применяется несколько контуров генерации пара (до двух- трех) и вводится промежуточный перегрев пара, для чего используются ГТУ с более высокими технико-экономическими показателями. Для них температуру газа перед турбиной газогенератора необходимо иметь более 1200 0С. На рис. 18 представлены графические зависимости относительных потерь теплоты в атмосферу Qд /Qт от КПД ГТУ при различной относительной теплоте утилизации газов в КУ.

Так как утилизационная ПГУ имеет в своем составе паротурбинную установку (ПТУ), то выражение КПД ПГУ идеального цикла:

пгу = гту + пту (1 - гту - Qд /Qт ) или (23)

пгу = гту + пту (Qс /Qт ) (24)

где гту, пту и пгу - КПД ГТУ, ПТУ и ПГУ соответственно; Qд - потери теплоты в атмосферу; Qс - теплота утилизации в КУ; Qт - теплота топлива.

Как видим, увеличение КПД ПГУ получается за счет совершенствования ПТУ. Достигается это за счет рационального и полного использования подводимой теплоты от ГТУ, и в первую очередь это связано с конструктивными схемами парогенераторов, т.е. КУ.

На рис. 19 и 20 представлены графики зависимости КПД ПГУ от отношения Qд/Qт и Qс/Qт соответственно.

На рис. 21 представлен график удельного расхода топлива отпуска электроэнергии bэ в зависимости от КПД ПГУ при различных распределениях топлива на электроэнергию, где расчет bэ производился по выражению (19).

ВЫВОДЫ

1. Для ГТУ со свободной турбиной получены выражения максимальной степени понижения давления газа в свободной турбине и оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре ГТУ. При использовании двухвальной ГТУ с двухкаскадным компрессором со степенью повышения давления воздуха в компрессоре рк = 10, степенью повышения температуры и = 3, 99 и КПД ГТУ 28% в сложной схеме, с промежуточным охлаждением Тох = 300К и степенью регенерации теплоты урег = 0, 75, получен КПД ГТУ ? 38%.

2. Обоснованы технико-экономические показатели для оценки тепловой эффективности ГТУ в составе ГТЭС и разработана методика их расчета. Методика расчета позволяет производить качественную объективную оценку технико-экономических показателей ГТУ в составе ГТЭС и эффективно применяться в конкурсных условиях.

3. Получена универсальная номограмма для КПД ГТУ и коэффициента использования теплоты топлива Кит в зависимости от коэффициента избытка воздуха б в условиях ISO 2314 (ГОСТ 20440) при различной температуре на выходе газа из ГТУ (650К?Тс ?800К) и температуре из котла-утилизатора (373К?Тд?434К), откуда следует, что для работы ГТУ со средним на сегодня КПД ГТУ 34 ч 35% и Кит = 0, 87ч0, 83 значения коэффициентов избытка воздуха должны быть 3, 5 ч 4, 5. При этом температуру газа на выходе из ГТУ получаем Тс = 780ч675К.

Произведен и представлен расчет удельных расходов топлива отпуска электроэнергии bэ и теплоты bт ГТЭС. Получено, что, если отношение расхода топлива на электроэнергию к общему расходу топлива составляет g = 0, 6, средний КПД ГТУ 35%, расход электроэнергии на собственные нужды 6, 5% от вырабатываемой, отношение отпускаемой теплоты к электроэнергии Qот/Nот ? 1, 3, то удельные расходы топлива отпуска электроэнергии bэ ? 225, 3 гут/кВтч и теплоты bт ? 134, 3 кгут / Гкал.

4. Произведен и представлен расчет экономической эффективности ГТЭС. При этом ГТУ с регенерацией теплоты имеет преимущество как по приведенным затратам, так и по себестоимости электроэнергии. При сроке жизни проекта 15 лет и удельных капитальных вложений 672, 2 $/ кВт получаем дисконтируемый срок окупаемости (при ставке дисконта 10%) равный 6, 4 года, и себестоимость: на электроэнергию Sэ = 0, 575 руб./ кВтч, на теплоту Sт = 213, 8 руб./ Гкал.

5. Получено, что повышение экономичности ПГУ возможно за счет тепловой схемы КУ, для чего используется ГТУ с более высокими технико-экономическими показателями. Если КПД ПТУ 35%, КПД ГТУ 33%, а отношение теплоты утилизации к теплоте топлива Qс / Qт = 0, 55 и отношение потерь теплоты в атмосферу к теплоте топлива Qд / Qт = 0, 12, то расчетный КПД ПГУ ? 52%.

газотурбинный установка авиационный двигатель

ЛИТЕРАТУРА

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Коробицин Н.А. Использование топлива в мини-ТЭЦ, применяемых для модернизации котельных / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Известия вузов. Проб-лемы энергетики, 2004 г., № 1-2. с. 154-157.

2. Коробицин Н.А. Выбор газотурбинных двигателей для ГТУ-ТЭЦ / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Известия вузов. Проблемы энергетики. 2004 г., № 3-4. с. 159-163.

3. Коробицин Н.А. Расчет эффективности тепловых схем включения ГТУ / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Известия вузов. Проблемы энергетики, 2004 г., № 9-10. с. 116-120.

4. Коробицин Н.А. Об одном аспекте оценки газотурбинной установки в составе газотурбинной электрической станции в течение года / Коробицин Н.А., Таймаров М.А.// Известия вузов. Проблемы энергетики. 2007 г., № 11-12. с. 142-144.

5. Коробицин Н.А. Перспективы использования ГТУ в районных котельных / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Материалы докладов VII аспирантско-магис-терского научного семинара КГЭУ. г. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т. 2004 г., с. 43-44.

6. Коробицин Н.А. К вопросу использования топлива в мини-ТЭЦ применяемых для реформирования отопительных котельных / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Тепломассобменные процессы и аппараты химической технологии. Межвузовский тематический сборник научных трудов. Изд. Казанский технологический университет им. С.М. Кирова. 2004 г., г. Казань. с. 106-110.

7. Коробицин Н.А. Выбор рациональных ГТУ при реконструкции ТЭЦ и котельных / Таймаров М.А., Коробицин Н.А.// Сборник материалов XVI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Часть II. Изд. Михайловский военный артиллерийский университет (филиал г. Казань). 18-20 мая 2004 г., г. Казань. с.15-18.

8. Коробицин Н.А. К вопросу работы газотурбинных электрических станций с эффективным использованием тепла топлива / Коробицин Н.А., Мансуров Р.Е.// Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан: сб. докл. VII Междунар. симп., г.Казань, 5-7 декабря 2006 г. Центр инновационных технологий. 2006 г., с. 237-243.

Размещено на Allbest.ru

Страница:


Подобные документы

  • Научно-технический прогресс газотурбинных установок магистральных газопроводов

    Производители и классификация газотурбинных установок, применение в рабочем процессе сложных циклов. Механический привод промышленного оборудования и электрогенераторов. Параметры наземных и морских приводных ГТД, конвертированных из авиадвигателей.

    реферат [7,9 M], добавлен 28.03.2011

  • Газотурбинные двигатели для электростанций

    Области применения и показатели надежности газовых турбин малой и средней мощности. Принцип работы газотурбинных установок, их устройство и описание термодинамическим циклом Брайтона/Джоуля. Типы и основные преимущества газотурбинных электростанций.

    реферат [1,4 M], добавлен 14.08.2012

  • Типы электростанций

    Характеристика электрических станций различного типа. Устройство конденсационных тепловых, теплофикационных, атомных, дизельных электростанций, гидро-, ветроэлектростанций, газотурбинных установок. Регулирование напряжения и возмещение резерва мощности.

    курсовая работа [240,4 K], добавлен 10.10.2013

  • Газовые циклы

    Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Прямые газовые изохорные и изобарные циклы неполного расширения. Термодинамические циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей. Процессы, происходящие в поршневых компрессорах.

    реферат [1,5 M], добавлен 01.02.2012

  • Тепловое испытание газотурбинной установки

    Схема измерений при тепловом испытании газотурбинных установок. Краткое описание применяемых измерительных устройств. Преобразователи, конечные приборы, система сбора данных. Алгоритм обработки результатов теплового испытания газотурбинных установок.

    лабораторная работа [2,3 M], добавлен 22.12.2009

  • Статистические исследования радиоизлучения газотурбинных установок в процессе эксплуатации

    Оценка характера радиоизлучения выхлопной газовой струи. Нахождение корреляции между изменением характера радиоизлучения и возникновением конкретных неисправностей в момент их зарождения. Исследования собственного радиоизлучения газотурбинных установок.

    контрольная работа [1,9 M], добавлен 24.03.2013

  • Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

    Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным. Расчеты параметров обмоток статора и ротора, характеристики двигателя в двигательном режиме и в режиме динамического торможения.

    курсовая работа [801,8 K], добавлен 03.04.2010

  • Газовый цикл тепловых двигателей и установок

    Работа энергетических установок. Термодинамический анализ циклов энергетических установок. Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный процессы. Проведение термодинамического исследования идеального цикла теплового двигателя.

    методичка [1,0 M], добавлен 24.11.2010

  • Двигатель Стирлинга

    Исследования двигателей Стирлинга для солнечных, космических и подводных энергетических установок, разработка базовых лабораторных и опытных двигателей. Основной принцип работы двигателя Стирлинга, его типы и конфигурации, недостатки и преимущества.

    реферат [466,1 K], добавлен 26.10.2013

  • Регулирование энергетических установок

    Способы регулирования объемных компрессоров. Регулирование центробежных компрессоров перепуском или байпассированием, дросселированием на нагнетании и всасывании. Регулирование производительности газотурбинных установок, паровых турбин, холодильных машин.

    реферат [3,6 M], добавлен 21.01.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены