Шпоры (Автосохраненный)
.pdf1. Что входит в понятие «объекты и технологии высокой эффективности»? Пути совершенствования тепловой экономичности.
ТЭС: 1) ПТУ (отработанные технологии) – характеристики зависят от окружающей среды.
«-»: восполнение технологических потерь, высокая стоимость ТЭС, низкая маневренность, наличие системы охлаждения; 2) ГТУ – «+»: низкая стоимость, высокая маневренность, регулирование нагрузки 40-60%, экология. «-»: зависимость основных характеристик от окружающей среды, зависимость электрической мощности от тепловой нагрузки; 3) ПГУ «+»: широкий диапазон регулирования, дешевле ПТУ, экология, меньшая потребность в технологической воде по сравнению с ПТУ. «-»: зависимость основных характеристик от окружающей среды; 4) ГПУ «+»: устойчивый КПД двигателя, широкий диапазон регулирования, экологичность, повышенный ресурс. «-»: дорогое сервисное обслуживание и масло, единичная мощность ГПУ ограниченна 18 МВт.
Перспективные технологии:
1)Переход на парогазовый цикл, вывод из эксплуатации устаревшего паросилового оборудования, освоение выпуска газовых турбин, мощностью 65-350 МВт и ПГУ на их основе, мощностью 400-800 МВт
2)Переход на чистые угольные технологии (суперсверхкритические параметры пара-250 бар, 504 ˚С, циркулирующий кипящий слой, ПГУ с газификацией)
3)Развитие схем с когенерацией( комбинированное производство тепла и электроэнергии) на базе высокоэффективных ПГУ ТЭЦ (с удельной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении 1200-1500 кВт*ч/Гкал)
4)Развитие малой и распределенной энергетики
5)Создание пилотных и интеллектуально активно-адаптивных (SMART GRID) сетей
6)Планирование и создание демонстрации объектов
7)Развитие отечественного энергомашиностроения, электротехпрома, проектной деятельности Технологические решения при разработкеТЭС:
1)Повышение начальных параметров: р0=30 МПа стремимся к 38 МПа, t0=600˚С стремимся к
700-800 ˚С
2)Увеличение температуры промперегрева и использование 2-хконтруного промперегрева
3)Уменьшение давления в конденсаторе, применение морской воды
Совершенствование тепловой схемы и схемы регенеративного подогрева:Использование
смешивающих подогревателей; Бездеаэраторная схема; Двухподъемная схема ПН; Увеличение температуры пв до 310 ˚С; Деаэратор повышенного давления (больше атм); Трубчатый экономайзер; Увеличение теплопроизводительности энергетического котла с целью
компенсации недогрева в ПВД
4)Совершенствование оборудования ТЭС
5)Применение ГТУ и ПГУ
6)Циркулирующий кипящий слой
7)Увеличение экологических характеристик станции
8)Разработка новых и совершенствование старых АСУТП
9)Топливные элементы и гибридные станции
Способы повышения экономичности ГТУ:
1)Увеличение К
2)Увеличение температуры начала турбины
3)Увеличение экономических характеристик (КПД компрессора, КС, ГТ)
4)Уменьшение внутренней мощности компрессора
5)Уменьшение потерь давления на входе в компрессор
6)Уменьшение потерь давления на выходе из ГТ
7)Совершенствование термодинамического цикла:
Карнотизация (охлаждение воздуха в компрессоре, промежуточные КС)
Регенерация теплоты газов после ГТУ
8)Подогрев топлива
2. Термодинамический цикл Брайтона энергетической ГТУ открытого цикла. Привести простейшую схему энергетической ГТУ открытого цикла, указать особенности работы. Принцип работы: преобразование химической энергии подводимого топлива в электрическую.
ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; ЭГ - электрогенератор; ТК - топливные клапаны; ПТл - подогреватель топлива; ДК - дожимной компрессор топлива; Д - двигатель привода ДК (электрический, механический); рг - давление топлива перед КС; рм - давление топлива в топливной магистрали; КВОУ - комплексное воздухоочистительное устройство В качестве рабочего тела используется атмосферный воздух, поступающий в осевой компрессор.
1-2: Сжатие воздуха в компрессоре; 2-3: Передача тепла газу от топлива(тут природный газ(ПГ) на схеме)
Давление ПГ в подающей магистрали повышается дожимным компрессором до необходимого. Одновременно возможен подогрев топлива в ПТл для повышения эффективности процесса. Через топливные клапана системы топливоподачи топливо вводится в КС, где сгорает в среде сжатого подогретого воздуха. Формируется температура перед ГТ, обеспечиваемая повышенным избытком воздуха после КС. 3-4: Расширение газов в ГТ (t4 примерно 300-800 ˚С); 4-1: Замыкание на атмосферу (условно)=> работы не совершается Особенности работы: Компрессор под разряжением и воздух САМ(без насосов) засасывается в него
после воздухоочистительного устройства; ЭГ со стороны компрессора, где ниже температура; КПД двигателя ГТ 95-99%; 60-70% мощности ГТ «съедает» Компрессор, но нужно давление, чтобы вращать ГТ; Работа ГТ> работы К Особенности ГТУ: 1) Характеристики ГТУ зависят от температуры наружного воздуха; 2)Давление
атмосферное; 3) Перепад давления = разности входного и выходного; 4) Зависит от высоты над уровнем моря (на каждые 1 км-уменьшение мощности на 10%); 5) Потери на входе: ОК,КВОУ; 6) Потери на выхлопе: сопротивление кот.устр.; 7) Потери в редукторе; 8) Потери в ЭГ Основные характеристики ГТУ: к = кк/ нк степень повышения давления в компрессоре; гт =
нт/ кт - степень расширения газов в ГТ; = нт/ кк коэффициент потерь давления рабочего тела в ГТУ(прохождение через КС) λ2 =0,96-0,98 – потеря всаса и выхлопа (КВОУ,котел); 1 2 -
коэффициент общих потерь
πГТ = λ πк
η = 1 − |
Cpвоздуха (Т4−Т1) |
= 1 − |
Т2 |
= 1 − |
1 |
= 1 − |
|
|
1 |
|
- термический КПД; τ = |
Тнт |
= 3 − 6 |
– |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
k−1 |
|
m |
воздуха |
|
|
||||||||||||||||||
t |
|
|
|
|
Cpгаза (Т3−Т2) |
|
|
|
Т1 |
|
|
|
|
πк |
|
|
|
|
|
Тнв |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
термический коэф-т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Нк = Cpвоздуха (Т2 − Т1) работа компрессора; Нгт = Cpгаза (Т3 − Т4) работа турбины |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−m |
газа) − Cp |
|
|
|
|
|
1 |
|
mвоздуха |
|
|
|
|
|
|
|||
Н |
гту |
= Cp |
газа |
Т3 η |
(1 − π |
|
воздуха |
Т1 ( |
|
|
) (π |
к |
− 1) |
работа ГТУ |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
гт |
|
|
|
гт |
|
|
|
|
|
ηк |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
mвоздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
φ = |
Нгту |
< 1 = 1 − |
πк |
|
|
=0.3-0.4 – коэффициет полезной работы |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Нгт |
|
τ η |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
гт |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. От каких показателей зависит повышение абсолютного внутреннего КПД энергетической ГТУ? Привести формулу внутренней мощности.
,где ТНТ 3 6 -термический
ТНВ
коэффициент
Абсолютный внутренний КПД зависит от:
1)Начальной температуры наружного воздуха
Сувеличением температуры нв КПД уменьшается.
2) Степени повышения давления в компрессоре К |
|
|
|
При =1 КПД=0. При последующем |
росте |
КПД |
|
К |
|
К |
|
проходит через |
максимум, чтобы в |
дальнейшем |
при |
К * ГТ * К |
стать равным 0 |
|
|
т |
|
|
|
Если обозначить отношение мощностей ГТ к К:
то можно показать, что влияние КПД ГТ и К на внутренний КПД уменьшается ростом отношения
мощностей(βN)
βN =1, КПД=0=> βN болжно быть больше 1.=> увеличение тау
5
Замедление уменьшения отношения βN |
c ростом значения возможно при увеличении |
|
К |
начальной температуры газов перед ГТГЛАВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ГТУ
ВНУТРЕННЯЯ МОЩНОСТЬ ГТУ:
6
4. Способы повышения тепловой экономичности ГТУ. Карнотизация термодинамических циклов ГТУ
Способы повышения экономичности ГТУ: 1. Увеличение К
1)Увеличение температуры начала турбины
2)Увеличение экономических характеристик (КПД компрессора, КС, ГТ)
3)Уменьшение внутренней мощности компрессора
4)Уменьшение потерь давления на входе в компрессор
5)Уменьшение потерь давления на выходе из ГТ
6)Совершенствование термодинамического цикла:
Карнотизация (охлаждение воздуха в компрессоре, промежуточные КС)
Регенерация теплоты газов после ГТУ
7)Подогрев топлива
Регенерация теплоты:
Т.к большое количество выхлопных газов (100-700 кг/с) с температурой 500-600 ˚С, то возможно использовать их тепло с помощью регенераторов. В них ух.газы пережают часть своей теплоты сжатому в компрессоре воздуху, уменьшая затраты на топливо
Температуру воздуха за компрессором можно повысить почти до температуры ух.газов
Регенерация хоть и увеличивает термический КПД, однако увеличивает и площадь удельную
Cргаз , что приводит к увеличению кап.затрат. Нужно рассчитывать ее
F
1 k *HГТУ
необходимость.
Внутренний КПД ГТУ открытого цикла с регенерацией зависит от К , τ,ϭ, совершенства
элементов схемы.
с регенерации КПД ГТУ=39-43%, без-35-38%
Когда К оптимальное, регенерация НЕ РАБОТАЕТ!!! Эффективна при небольшом К и ϭ>0.5
7
Охлаждение воздуха в компрессоре
Идея: уменьшение затрачиваемой работы на сжатие воздуха в компрессоре и увеличение работы расширения в турбине.
Оптимальный охладитель должен делить компрессор на 2 секции, каждая из которых должна обеспечить примерно равную степень повышения давления.
?????Находит применение ц.Брайтона с влажной регенерацией. Вода в таких циклах впрыскивается после компрессова, а также в регенератор. Это позволяет охлаждать сжатый воздух и забирать больше теплоты от уходящих газов, понизив при этом температуру отвода теплоты. Водяные пары, расширяясь в ГТ,увеличивают ее мощность за счет использования доп.теплоты????
Промежуточные КС
5. Объяснить назначение основных элементов конструкции осевого компрессора. Определение явления помпажа. Причины возникновения помпажа в ОК и меры его предотвращения.
Компрессор – машина для увеличения давления и перемещения газов!Величина Тнк оказывает большее влияние на ηi ГТУ чем Тнт! По конструкции делятся: Осевые – в основном; Радиальные (центробежные)
4-вал компрессора, 5-подшипник Основные элементы:КВОУ; Входной патрубок 1; Кольцевой конфузор 2 (Течение в конфузоре сопровождается увеличением скорости и падением давления); Спрямляющий аппарат 3 (раскрутка потока до осевого направления); Диффузор 7 (часть канала (трубы), в которой происходит замедление (расширение) потока); Выходной патрубок 6.
Основное назначение этих неподвижных элементов – подвести воздух к рабочим ступеням компрессора, а затем отвести его, обеспечив минимальные потери, равномерное поле скоростей и давление воздуха.
Схема проточной части
1 – конфузор (забор атмосферного воздуха); 2 – входной направляющий аппарат (ВНА) – закручивает воздух в сторону вращения ротора,
используется для изменения расхода воздуха и воздействия на режим работы ГТУ 3 – поворотный направляющий аппарат (ПНА); 4 – неподвижные направляющие лопатки; 5 – спрямляющий аппарат; 6 – корпус компрессора; 7 – ротор компрессора;
8 – рабочие лопатки компрессора;
9 – диффузор подачи воздуха к камерам сгорания (снижение скорости воздуха) wв с ~ 140 м/с до 20 м/с)
Воздух через комплексное воздухоочистительное и шупоподавляющее устройство (КВОУ) забирается из атмосферы и поступает во входной патрубок и кольцевой конфузор, а покидает компрессор через спрямляющий аппарат, диффузор и выходной патрубок. Основное назначение неподвижных элементов – подвести воздух к рабочим ступеням компрессора, а затем отвести его, обеспечив минимальные потери, равномерное поле скоростей и давлений воздуха.
После конфузора установлен входной направляющий аппарат (ВНА), закручивающий воздух в сторону вращения ротора, и используемый для изменения расхода воздуха и воздействия на режим работы всех ГТУ. Далее расположены рабочие ступени компрессора. Гидравлическое сопротивление фильтра: до
90%
Устройство для борьбы с обледенениями включается автоматически при tнв=0,-5С. Скорость воздуха на всасе от 25м/с до 100м/с . Ступень осевого компрессора: Если степень реактивности ступени =1, то весь процесс сжатия происходит в рабочем колесе, направляющие лопатки только поворачивают поток.
(Поток воздуха закручивает в противоположную сторону вращения ротора. Обеспечивается более высокое давление).
Степень реактивности 0.5 – более экономичны. Среднее число ступеней – 20 шт. Степень сжатия ступени =1,2-1,3
Помпаж – явление, при котором образуются зоны отрыва потока от стенок лопаток. В дальнейшем эти зоны возрастают и происходит уменьшение скорости до 0, начинается резкий гул и выброс воздуха обратно в КВОУ.
Условия возникновения помпажа:
1)Увеличени/уменьшение частоты врашения
2)Увеличение/уменьшение температуры наружного воздуха
3)Увеличение/уменьшение температуры начала турбины
4)Загрязнение КВОУ
Причины возникновения:
1)Высокие или низкие давления воздушного потока
2)Высокая скорость основного воздушного потока
3)Геометрия лопаток проточной части
4)Снижение вязкости потока на пограничном слое Запас устойчивости –предпомпажный режим
(Граница помпажа - граница режимов, при которых имеют место некие минимальные расход воздуха и относительная приведенная частота вращения)
-коэффициент запаса устойчивости
где Gк.уст, π*к.уст – расход и степень повышения давления на границе устойчивости при той же частоте, при которой определены Gк, π*к в данном режиме.
Защита от помпажа:
1)Антипомпажные системы (сброс воздуха через антипомпажные клапаны в атмосферу)
2)Поворот лопаток ВНА и ПНА
3)Изменение Тнт
6. Способы улучшения экологических характеристик КС ГТУ. Определение избытка воздуха за КС (привести диапазон возможных значений). Связь избытка воздуха с характеристиками ГТУ.
Требования к КС:
1)Экономичность работы оценивается по коэффициенту полноту сгорания топлива
(КПД КС) Q1количество теплоты, выделяющееся в объёме КС при горении топлива за единицу времени и затрачиваемое на нагрев воздуха из компрессора
Q2-полное количество теплоты
2)Экономичность по коэффициенту восстановления полного давления
3)Надежность по
Теплонадежность рабочего объема КС
Теплонадежность в зоне горения
неравномерность поля температур на выходе из КС
срывная характеристика КС; формирование температуры газов Тнт; рабочие характеристики КС: надежный и быстрый пуск ГТУ; устойчивая работа во всех режимах; автоматический переход с основного на резервное топливо; практически мгновенный переход с номинального режима на режим холостого хода электрогенератора; устранение вибрационного горения и проскоков пламени, устойчивость к срыву пламени вКС; ремонтопригодность, удобство в эксплуатации.
4) Экологичность эксплуатации КСа) снижение эмиссии оксидов азота NOX, окиси углерода СО и других нормативных значений (при 15 % О2 в воздушной массе);
б) критерии:массовая концентрация в выходных газах ГТУ |
, |
|
, |
||||||
- объемная концентрация |
, |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Способы улучшения экологическиххарактеристик: 1) уменьшение оксидов азота за счет уменьшения температуры в зоне горения. Впрыск воды (пара) в КС – мокрые КС; 2) уменьшение оксидов азота при помощи сухих КС с объединенной топливной смесью; 3) применение многофакельного многоступенчатого сжигания объединенной топливной смесью в сухих КС; 4) каталитическая очистка выходных газов ГТУ( оксиды азота до молекулярного аммиаком)
Определение избытка воздуха:
кс кк + Вгт (нр кс + тп + п) = нт нт
hTП 0 подогрев _ топлива; g * h |
П 0 доля _ распыляющего _ агента _ и _ пар _ для _ мазута) |
|||||
KC 0,96 0,995; GHT GKC BГТ |
Вгт = |
кс(нт−кк) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
р |
||||||
|
|
н кс+тп−нт |
Для одного кг топлива:
L0-теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива. Зависит от состава толива (=16-17)
Связь избытка воздуха с характеристиками ГТУ:
1) если мало подать воздуха, то топливо хуже сгорает=> подаётся больше топлива=>меньше КПД
7. Изменение начальных параметров газов ГТУ под действием внешних факторов. Привести пример графика влияния температуры наружного воздуха на характеристики энергетической ГТУ
1)Колебания давления наружного воздуха происходит в ограниченных пределах, что определяет их небольшое влияние на работу ГТУ
2)Малое влияние оказывает изменение влагосодержания рабочего тела (повышение влажности снижает плотность)
3) |
Колебание температуры наружного воздуха оказывает наибольшее изменение на работе ГТУ |
4) |
Потери давления в КВОУ, |
При увеличении Tнв=>уменьшается плотность воздуха=>уменьшается расход воздуха => уменьшается πк => уменьшается работа ГТУ=> уменьшается КПД ГТУ => увеличивается температура КТ(меньше продуктов сгорания),меньше коэф.избытка воздуха
13