Парогазовые установки с впрыском пара - раздел Энергетика, Энергосбережение В энергетике
В Парогазовых Установках С Впрыском Пара (Пгу Вп) В Воздушный...
В парогазовых установках с впрыском пара (ПГУ ВП) в воздушный или газовый тракт энергетической газотурбинной установки (ГТУ) подаются продукты сгорания топлива и водяной пар, которые в виде парогазовой смеси расширяются в газовой турбине [14]. В ГТУ с впрыском пара увеличение удельной полезной работы установки кроме обычного повышения температуры газа и оптимизации степени сжатия в цикле обеспечивается сокращением затрат работы на сжатие в компрессоре. Это сокращение можно осуществить либо охлаждением воздуха в тракте компрессора за счет впрыска воды, либо вводом в расширительную часть тракта ГТУ дополнительного рабочего тела — воды или водяного пара. Такое техническое решение превращает энергетическую ГТУ в ПГУ ВП, в которой дополнительное пароводяное рабочее тело сжимается в жидкой фазе при относительно малой работе сжатия, что повышает экономичность установки. Существует несколько вариантов тепловых схем ПГУ ВП. Они могут быть выполнены как с отводом отработанной парогазовой смеси в атмосферу и потерей водяного пара (открытая схема), так и с конденсацией водяных паров в контактном конденсаторе или конденсаторе другого типа с возвратом рабочего тела в цикл.
Парогазовые установки с впрыском пара открытой схемы обычно являются установками, вырабатывающими только электроэнергию. В ПГУ ВП с конденсацией и возвратом в цикл всего количества водяных паров приходится существенно снижать температуру выхлопных газов для конденсации из них воды. Для этого используются газовые сетевые подогреватели (ГСП) или другие технические решения, а в установке возникает необходимость отпуска тепла внешним потребителям. Таким образом, ПГУ ВП становятся теплофикационными установками.
Тепловая схема ПГУ ВП с отводом парогазовой смеси в атмосферу (открытая схема) приведена на рис. 7.11. На рис. 7.12 изображен идеализированный газовый и паровой циклы, а такжедополнительно приведен совмещенный термодинамический цикл работы парогазовой смеси в газовой турбине. Основными элементами схем являются энергетическая ГТУ и котел-утилизатор, в котором из химически очищенной питательной воды генерируется перегретый пар, вводимый затем в камеру сгорания ГТУ. Воздух и пар нагреваются сжигаемым топливом до начальной температуры газов T3 = Тf = Tсм (Тf — температура перегретого пара перед ГТУ; индекс «см» означает, что параметр относится к парогазовой смеси).
Рис. 7.11. Тепловая схема ПГУ ВП открытого типа:
ГТ - газовая турбина; КС – камера сгорания ГТУ; ЭГ – электрогенератор; ОК – осевой компрессор; КУ – котел-утилизатор; ПЕ – перегреватель; И – испаритель; ЭК – экономайзер; Н – насос; ХВО – химическая водоочистка
Выхлопные газы ГТ охлаждаются на поверхностях нагрева кота-утилизатора от температуры Т4см до Т5сми направляются в дымовую трубу. Утилизация теплоты этих газов ограничивается минимальным значением температуры Т5см (рис. 7.11). Еевлияние на характеристики системы проявляется двояко: во-первых, в образовании при низких температурах конденсата, вызывающего коррозию, и, во-вторых, в появлении выхлопной струи газов повышенной температуры, порождающей более позднюю конденсацию влаги, когда выходящие из трубы газы смешиваются с более холодным наружным воздухом. По этой причине обычно принимают Т5= 125-135 °С.
Для повышения температуры перегретого пара Тедо начальной температуры газов приходится увеличивать количество сжигаемого в камере сгорания ГТУ топлива, однако в дальнейшем это компенсируется ростом мощности газовой турбины в тепловой схеме ПГУ ВП, так как присутствие перегретого пара в потоке газов увеличивает теплоемкость среды при том же перепаде температур.
Рассмотрим изменение работы газовой турбины при условии, что массовый расход газов через турбину останется неизменным. Массовый расход смеси Gсм перегретого пара и продуктов сгорания равны расходу продуктов сгорания через турбину при обычных условиях (Gг). Относительный расход пара составит , тогда расход продуктов сгорания уменьшится на величину, равную (1-d)Gг. Будем считать, что пар нагревается в котле до той же температуры, что и воздух при сжатии в компрессоре.
Теплота, подведенная в камере сгорания:
, (7.39)
где cp – массовая теплоемкость водяного пара.
Работа газовой турбины:
. (7.40)
Рис. 7.12. Термодинамический цикл ПГУ с впрыском пара
Работа компрессора:
. (7.41)
Полезная работа в цикле ГТУ:
. (7.42)
КПД газотурбинной установки с впрыском пара:
(7.43)
Комплекс, в который входят отношения температур, преобразуем к следующему виду:
, где - коэффициент соотношения начальной температуры и температуры газов перед турбиной.
Тогда для КПД ГТУ с впрыском пара получим выражение
(7.44)
На рис. 7.13 приведена расчетная зависимость изменения КПД газовой турбины при увеличении доли впрыскиваемого пара.
Рис. 7.13. Изменение КПД газовой турбины при увеличении доли впрыскиваемого пара
В отличие от схемы на рис. 7.11без промежуточного пароперегревателя в тепловой схеме на рис. 7.14 часть потенциала перегретого пара срабатывается за котлом-утилизатором в паровой турбине, затем снова подогревается в промежуточном пароперегревателе и после этого вводится в камеру сгорания ГТУ. Такое решение повышает мощность и экономичность установки, но приводит к усложнению конструкции КУ и схемы ПГУ.
Рис. 7.14. Тепловая схемы ПГУ с впрыском пара и промежуточным пароперегревателем:
ГТ - газовая турбина; КС – камера сгорания ГТУ; ЭГ – электрогенератор; ОК – осевой компрессор; КУ – котел-утилизатор; ПЕ – перегреватель; И – испаритель; ЭК – экономайзер; Н – насос; ХВО – химическая водоочистка; ПТ – паровая турбина;
ПП – промежуточный перегреватель
Термическая эффективность парогазовых установок с впрыском пара
Для простоты анализа будем считать, что пар нагревается в котле до той же температуры, что и воздух при сжатии в компрессоре (рис. 7.12).
Теплота, подведенная в камере сгорания в расчете на 1кг продуктов сгорания:
, (7.45)
где cp – массовая теплоемкость продуктов сгорания, сп - массовая теплоемкость водяного пара; d – массовая доля водяного пара на 1 кг рабочего тела в компрессоре. Использование в расчетах с перегретым паром произведения теплоемкости на температуру вместо энтальпий не приводит к ошибке более чем в 2%, поскольку при данных значениях параметров водяной пар близок к идеальному газу.
Работа газовой турбины:
. (7.46)
Работа компрессора:
. (7.47)
Полезная работа в цикле ГТУ:
. (11.55)
КПД газотурбинной установки с впрыском пара:
(7.48)
Комплекс, в который входят отношения температур, преобразуем к следующему виду: , где . Тогда для КПД ГТА с впрыском пара получим выражение
(7.49)
На рис. 7.15 приведена расчетная зависимость изменения КПД газовой турбины при увеличении доли впрыскиваемого пара, при π и τ = const. Как показывают расчеты, КПД ГТА за счет впрыска пара увеличивается незначительно, даже при доле впрыскиваемого пара более 30 % увеличение КПД не превышает 4 %. Но значительно сильнее увеличивается удельная полезная работа.
Рис. 7.15. Изменение КПД газовой турбины при увеличении
доли впрыскиваемого пара
Рассмотрим изменение работы газовой турбины при условии, что массовый расход смеси Мсм перегретого пара и продуктов сгорания равен расходу продуктов сгорания через турбину без впрыска пара (Мг). Относительный расход пара составит , тогда расход продуктов сгорания при впрыске пара уменьшится на величину, равную (1-d)Мг. При этом увеличение удельной работы за счет впрыска пара по отношению к работе ГТА без впрыска пара может быть рассчитано по выражению
(7.50)
На рис.7.16 представлено увеличение полезной работы ПГУВП, рассчитанное при степени повышения давления в компрессоре, равной 5. При доле впрыскиваемого пара равной 25% полезная работа (за счет снижения работы сжатия) увеличивается более чем на 30% . Количество теплоты, которое необходимо затратить на испарение воды и перегрев пара при температуре питательной воды
(7.51)
Рис. 7.16. Изменение полезной работы ГТА при увеличении доли
впрыскиваемого пара
Температура, до которой охладятся продукты сгорания в смеси с водяными парами, чтобы получить требуемое количество перегретого пара.
(7.52)
Совместное решение двух последних уравнений позволяет определить допустимое количество пара, которое можно подогреть отходящими из турбины продуктами сгорания в смеси с парами воды
ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет УПИ... В А Мунц...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Парогазовые установки с впрыском пара
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Мунц В.А.
М90 Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях : конспект лекций / В.А. Мунц. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. 136 с.
ISBN 5-321-00985-7
978-5-321-00985
Энергоаудит
Энергетический аудит - это техническо-экономическое инспектирование систем энергогенерирования и энергопотребления предприятия с целью определить возможности экономии затрат на потребляемые топливн
Газообразные горючие ВЭР
Рассмотрим основные принципы использования газообразных горючих отбросных газов на примере сажевого производства. Технологическая схема получения сажи, необходимой для производства резины, представ
Огневое обезвреживание шламов металлургических производств
С середины 70-х годов прошлого века в черной металлургии активно начали использоваться схемы оборотного водоснабжения. Техническая вода отстаивается в баках отстойника от масел и окалины и направля
Газотрубные котлы-утилизаторы
При использовании теплоты высокотемпературных отходящих газов (Тг > 300-600 °С) устанавливаемые для этого котлы-утилизаторы (КУ) содержат обычно экономайзерные и испарительные
Водотрубные котлы-утилизаторы
Наиболее распространенными водотрубными котлами являются котлы марки КУ, выпускаемые Белгородским заводом. Завод выпускает шесть типоразмеров: КУ-40, КУ-60, КУ-100, КУ-100Б1, КУ-125, КУ-150 [4]. Ци
Котлы-утилизаторы за обжиговыми печами серного колчедана
При обжиге колчеданов получают два продукта: металл и диоксид серы. При содержании SO2 в продуктах сгорания более 7% становится рентабельным получение из газов серной кислоты. Поэтому до
Тепловой баланс схемы обжига колчедана
Запишем тепловой баланс для случая, когда в кипящем слое размещены и испарительные и пароперегревательные поверхности.
Баланс обжиговой печи
Установки сухого тушения кокса (УСТК)
В тепловом балансе коксовой батареи количество теплоты, уносимой раскаленным коксом, достигает 45-50 % от количества теплоты, поступающей на обогрев печи. Для быстрого охлаждения кокса на пр
Установки сухого тушения кокса (УСТК)
Укрэнергочермета опытно-промышленная установка сухого тушения кокса бункерного типа.
Установка (рис. 2.16) состоит [6, 7] из тушильного бункера 1 вместимостью 270 м3, котла мног
Тепловой баланс
Тепловой баланс камеры тушения кокса имеет следующий вид:
(2.14)
Теплота, отданная охлаждаемым коксом:
Котлы-утилизаторы в установках сухого тушения кокса
Для первых УСТК был разработан башенный котел КСТ-80 (см. рис. 2.16). Впоследствии был разработан котел КСТК-25/39С-1 (рис. 2.17). Котел барабанный, с принудительной циркуляцией, выполнен по V-обра
Котлы-утилизаторы сталеплавильных конвертеров
При кислородно-конвертерном процессе продувка чугуна проводится через водоохлаждаемую фурму техническим кислородом (98-99,5 %). Конвертерные газы состоят в основном из оксида углерода (СО = 90-95 %
Энерготехнологическое комбинирование в прокатном производстве
В прокатном производстве энерготехнологическое комбинирование позволяет снизить удельные затраты топлива на нагрев единицы массы металла. Котел на отходящих продуктах сгорания (рис. 3.1) устанавлив
Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
Схема комбинированной установки сжатия и нагрева доменного дутья [5], конвертирования природного газа и выработки пара электроэнергетических параметров представлена на рис. 3.4.
Из доменно
Расчет тепловой схемы
1. Расчет каупера
На сжигание поступает доменный газ с расходом В. При сжигании образуются продукты сгорания с температурой t1. Температура t1
Тепловой расчет схемы
Расход газа на конверсию В1, расход газа на сжигание В2, сжигание осуществляется с коэффициентом избытка воздуха a = 1,05-1,2. Расход воздуха на сжигание составл
Охлаждение конструктивных элементов высокотемпературных установок
В высокотемпературных установках многие конструктивные элементы находятся в зонах высоких температур, и надежная их работа обеспечивается системами принудительного охлаждения. Различают водяное и и
Испарительное охлаждение
Сущность испарительного охлаждения (рис. 3.12) заключается в охлаждении конструктивных элементов печей химически очищенной водой, причем отводимая от конструктивных элементов теплота затрачивается
Использование теплоты пароконденсатной смеси
Системы сбора конденсата являются функциональными элементами системы теплоснабжения предприятий. В связи с наличием в конденсате «пролётного» пара можно использовать энергетический потенциал пароко
Утилизация теплоты загрязненных стоков
Утилизацию теплоты загрязненных стоков осуществляют в аппаратах мгновенного вскипания. Горячая загрязненная жидкость поступает в камеру (испаритель), где поддерживается низкое давление (рис. 5.1).
Утилизация теплоты агрессивных жидкостей
В производстве серной кислоты большая часть ВЭР (95 %) заключается в физической теплоте кислоты, которая в процессе ее получения охлаждается от 80-140 °С до 40-60 °С. В среднем с 1 т выпускаемой се
Утилизация теплоты вентиляционных выбросов
Проблема утилизации теплоты вентиляционных выбросов - это во многом проблема трассировки воздуховодов, если иметь в виду существующие схемы приточной и вытяжной вентиляции. Основными типами вентиля
Влажный воздух, влажные продукты сгорания
Масса паров в 1 м3 влажного воздуха, численно равная плотности пара rп при парциальном давлении Pп , называется абсолютной влажностью. Отношение действительн
Утилизация теплоты низкотемпературных дымовых газов
Проблему эффективного использования теплоты отходящих газов энергетических котлов и промышленных печей можно решить путем установки за ними контактных теплообменников с активной насадкой – КТАНов [
Основные типы парогазовых установок
Парогазовые установки с котлами полного горения (ПГУПГ) создают, объединяя серийные газотурбинные агрегаты и паротурбинные установки [12]. Принципиальная тепловая схема конденсационной ПГУПГ
Соотношения между параметрами газового и парового циклов
Критерием, определяющим целесообразность утилизации теплоты отходящих газов, является термический КПД. Для определения термического КПД рассмотрим термодинамический цикл, состоящий из двух циклов –
Модернизация котельных в ТЭЦ
При существующем соотношении цен на энергоносители и оборудовании стала чрезвычайно целесообразной выработка электроэнергии на тепловом потреблении. Наиболее простой путь - это реконструкция сущест
Газопаровая установка со сжиганием топлива в кислороде
В США идет разработка третьего поколения энергоустановок со сжиганием в среде кислорода газообразного топлива, полученного из угля. Коэффициент полезного действия 36-40%, с учетом потерь на газифик
Термодинамическая оценка
В общем случае энтропия определяется следующим образом: . Изменение энтропии в любо
Теплоснабжение от котельной
Тепловая нагрузка задана и составляет Q МВт.
Установленная мощность котельной должна быть выше с учетом резервирования, тогда капитальные затраты на котельную составят
Утилизационная установка компрессорной станции
Капиталовложение включают в себя две составляющие: капитальные затраты на установку теплообменника и на сооружение магистрального трубопровода теплоснабжения.
1. Затраты на установку тепло
Снижение потерь теплоты с уходящими газами
Основными потерями в котельных установках являются потери с теплотой отходящих газов [17]. Потери теплоты с уходящими газами (q2) в котлах без хвостовых поверхностей, работающих с
Потери теплоты с химической неполнотой сгорания
Они должны быть сведены к нулю за счет правильного выбора горелок, качества изготовления и монтажа, проведения наладки работы горелок и топочных туннелей.
3. Потери теплоты в ок
Возврат конденсата в котельную
В практике эксплуатации паровых систем теплоснабжения недостаточное внимание уделяется сбору и возврату конденсата в котельную, а это приводит к значительному перерасходу топлива. Перерасход газа (
Режимы работы котельного оборудования
Большие, легкодоступные, практически не требующие затрат резервы экономии газа и электроэнергии заключены в оптимальном распределении нагрузок между котлами, работающими на общего потребителя.
Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования
В целях обеспечения надежности, как правило, тягодутьевое оборудование устанавливается с большим запасом мощности. Это приводит к тому, что дымососы и вентиляторы работают далеко от области максима
РАСХОД ТЕПЛА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ В КОТЕЛЬНЫХ
Общий расход теплоты на собственные нужды котельной определяется расчетным или опытным путем исходя из потребностей конкретного теплоисточника, как сумма расходов теплоты (пара) на отдельные элемен
Тепловые потери трубопроводов
Качество изоляции трубопроводов особенно в небольших населенных пунктах не соответствует нормам. Достаточно часто встречаются протяженные участки плохо изолированных либо совсем неизолированных тру
Энергосбережение в промышленных системах воздухоснабжения
9.3.1 Методика нормирования расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха
Норма удельного расхода электроэнергии на привод рассчитывается на теплый и холодный период
Система инфракрасного обогрева производственных помещений
Инфракрасные системы обогрева (ИКО) имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами [21]:
· высокая надежность теплоснабжения: отсутствие водяного цикла исключает размораживан
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, тогда расход продуктов сгорания уменьшится на величину, равную (1-d)Gг. Будем считать, что пар нагревается в котле до той же температуры, что и воздух при сжатии в компрессоре.
, (7.39)
. (7.40)
. (7.41)
. (7.42)
(7.43)
,
- коэффициент соотношения начальной температуры и температуры газов перед турбиной.
(7.44)
, (7.45)
. (7.46)
. (7.47)
. (11.55)
(7.48)
, где 
(7.49)
, тогда расход продуктов сгорания при впрыске пара уменьшится на величину, равную (1-d)Мг. При этом увеличение удельной работы за счет впрыска пара 
по отношению к работе ГТА без впрыска пара 
может быть рассчитано по выражению
(7.50)
(7.51)
(7.52)
Новости и инфо для студентов