Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю» Зав. кафедрой «ТЭ» _____Ненишев А.С. «___» _________2012г

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Направление 140100.62 «Теплоэнергетика»

Расчет турбины ГТУ на базе мини ТЭЦ мощностью 24 МВт

Выпускник ___________________К. С. Сабибеков

Руководитель _____________ А. В. Приходченко

Омск 2012

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

«Утверждаю» Зав. кафедрой «ТЭ» _____Ненишев А.С. «___» _________2012г

ЗАДАНИЕ

на бакалаврскую работу

студенту _Сабибекову Канату Сарсенбаевичу

группа БЭ-418__ _Энергетический институт

Направление 140100.62 « Теплоэнергетика»

Код квалификации бакалавр техники и технологий

Тема Расчет турбины ГТУ на базе мини ТЭЦ мощностью 24 МВт

Руководитель Приходченко Алексей Всеволодович – к.т.н., доцент

Срок сдачи полностью оформленного задания на кафедру _________________

Содержание бакалаврской работы (перечень подлежащих разработке вопросов):

Введение

Содержание проекта: пояснительная записка, графическая часть.

Разделы пояснительной записки:

1. Введение.

2. Анализ выбранной конструкции.

3. Расчет турбины.

4. Расчет компрессора

5. Тепловой расчет основных параметров камеры сгорания ГТУ

6. Расчет котла-утилизатора

7. Построение Q-T диаграммы

8. Литература.

Графическая часть:

Продольный разрез газовой турбины

Задание принял к исполнению _______________________________

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………..……….6

Задание бакалаврскую работу………………………………………………………….…….…...7

1. Выбор оптимальной степени повышения давления

в компрессоре ГТУ………………………………………………………………………………....7

2. Расчет тепловой схемы с регенерацией…………………………………………………........8

3. Расчет турбины……………………………………………………………………………...…11

4. Расчет компрессора………………………………………………………………………...….20

5. Тепловой расчет основных параметров камеры сгорания ГТУ…………………………...…..25

6. Расчет котла-утилизатора…………………………………………………………………......28

   1. Исходные данные…………………………………………………………………...….…29

   2. Расчет камеры дожигания..................................................................................................30

   3. Расчет контура высокого давления…………………………………………….………..31

   4. Расчет контура низкого давления…………………………………………..................…33

   5. Расчет газового подогревателя конденсата………………………………...…………...35

7. Построение Q-T диаграммы………………………………………………………………..…36

Список литературы……………………………………………………………………...………....40

Введение

В настоящий период времени топливно-энергетический комплекс страны переживает кризисное состояние. Это связано с общим кризисом, охватившим все сферы экономики страны. Основное проявление кризиса в энергетике заключается в нарушении снабжения отдельных регионов и потребителей топливом, электрической и тепловой энергией. Главной причиной напряженности топливно-энергетического баланса страны является устойчивая, начиная с 1990 года, тенденция снижения объемов добычи нефти и угля. В то же время, добыча природного газа поддерживается на относительно неизменном уровне. В связи с тем, что потребление энергии в коммунально-бытовом и производственном секторах увеличилось , повышение эффективности использования газа при производстве электрической и тепловой энергии является исключительно актуальным.

Газотурбинный двигатель, самый «молодой» в череде тепловых двигателей, сочетает в себе роторный принцип работы со сжиганием топлива в самом агрегате, что роднит его как с паровой турбиной, так и с двигателем внутреннего сгорания. Это делает его компактным и позволяет легко подключать к электрогенераторам ТЭС.

Первая энергетическая газотурбинная установка была создана в 1939 г. на фирме

«Браун-Бовери» (Швейцария).

Энергетическая ГТУ — это компактная, высокотехнологическая система, работающая в автоматическом режиме (рис.).

Популярность энергетических ГТУ объясняется следующими их преимуществами:

- низкой удельной стоимостью (350—400 долл/кВт);

- меньшими выбросами вредных веществ с выхлопными газами по сравнению с

паросиловыми ТЭС;

- высоким КПД по производству электроэнергии, аналогичным КПД паросиловых

ТЭС (36—42 %);

- возможностью быстрого пуска и набора нагрузки;

- минимальным потреблением технической воды;

- возможностью ввода в эксплуатацию в течение короткого срока (большая часть оборудования изготовлена на заводе).

Элементы технологической схемы гту

Осевой компрессор — важнейший элемент ГТУ. Его проточная часть состоит

из ротора с лопаточным аппаратом, включающим в себя рабочие и направляющие

лопатки, входного направляющего аппарата (ВНА), лопатки которого могут поворачиваться с помощью привода и изменять площадь сечения для прохода воздуха в компрессор и его подачу. Число ступеней в ОК достигает 15—20 шт.

Камера сгорания энергетической ГТУ отличается от топки парового котла компактностью, условиями сжигания топлива, назначением. Кроме высокоэффективного сжигания топлива (𝜂_к.с.= 0,985÷0,99) она обеспечивает формирование начальной температуры газов перед ГТ и высокие экологические показатели по выбросам вредных веществ. Камеры сгорания ГТУ могут быть вынесены за пределы корпуса газовой турбины (выносные КС) либо смонтированы в этом корпусе (встроенные кольцевые КС). Последние широко используются в настоящее время во всех современных ГТУ. Камера сгорания рассчитана на сжигание основного (обычно природного газа) и резервного (жидкого газотурбинного) топлива. Переход от одного вида топлива к другому осуществляется в автоматическом режиме.

Газовая турбина в схеме ГТУ преобразует энергию горячих газов в крутящий момент на валу установки. Проточная часть ГТ состоит из ротора с сопловыми и рабочими лопатками, число ступеней может быть различным. Начальными параметрами газов ГТУ называют их температуру и давление на входе в проточную часть газовой турбины. Необходимая температура газов обычно поддерживается постоянным воздействием на топливные клапаны установки. Давление газов — величина переменная, зависящая от характеристик осевого компрессора и давления воздуха р_кк на выходе из него. Чем ниже температура наружного воздуха Т_{н в} , тем выше это давление. В итоге изменяются характер процесса расширения газов в ГТ, срабатываемый теплоперепад и внутренняя мощность турбины.

Особенностью конструкции ГТ является большая удельная мощность турбинной ступени. При равных внутренних мощностях паровой и газовой турбин нагрузка на каждую ступень последней на порядок выше. Следует помнить, что электрическая мощность ГТУ примерно в 3 раза меньше, чем внутренняя мощность собственно ГТ. Газовые турбины характеризуются высокими газодинамическими нагрузками и большими окружными скоростями, достигающими 450 м/с.

На выходе газов из проточной части ГТ устанавливается диффузор. Он обеспечивает снижение скорости газов с 200 до 50 м/с и восстановление давления потока газов, т.е. преобразование кинетической энергии в потенциальную.

Улучшение характеристик газотурбинной установки.

Существуют различные способы улучшения характеристик ГТУ.

Некоторые из них :

1. Повышение к.п.д. отдельных элементов, т.е. к.п.д. воздушного компрессора, газовой турбины и камеры сгорания.

2. Использование части тепловой энергии, содержащейся в выхлопных газах, для предварительного подогрева воздуха перед входом в камеру сгорания.

3. Применение более высоких степеней давления.

4. Использование более высоких рабочих температур газа на входе в турбину или более низких температур на входе в компрессор.

5. Применение различных рабочих циклов.

6. Правильное проектирование элементов проточной части двигателя для снижения потерь при течении в них воздуха и газов.

7. Применение теплофикации.

8. Установка водогрейного котла-утилизатора, предназначенного для повышения КПД цикла газотурбинной установки путем утилизации выхлопных газов с получением горячей воды для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для улучшения экологических параметров энергоустановки за счет снижения температуры выхлопных газов и уровня шума, что и было использовано в данной работе.

Задание на бакалаврскую работу

Исходными данными для выполнения дипломного проекта являются:

1. Электрическая мощность N_э=24 МВт;

2. Температура газов перед турбиной T_с=1360 K;

3. Температура газов на входе в компрессор t_а =15⁰С;

4. Отношение давлений компрессора ε = p_b’ / p_a=6;

5. Коэффициент потерь давления λ = δ / ε=0,95;

6. Степень регенерации теплоты σ=0,7;

7. Коэффициент использования теплоты топлива в камере сгорания η_к.с=0,995;

8. Механический КПД турбины η_м=0,995;

9. КПД электрического генератора η_э.г=0,982;

10. Изоэнтропийный КПД турбины η_т=0,88;

11. Изоэнтропийный КПД компрессора η_к=0,86;

12. Коэффициент утечек α_у=0,005;

13. В качестве топлива принимаем стандартный углеводород (С = 85%, Н = 15%), имеющий следующие характеристики:

    1. Теплота сгорания К_т = 44300 кДж / кг;

    2. Минимальное необходимое количество воздуха для полного сжигания одного килограмма топлива L₀ = 15 кг/кг.