Сборник задач по технической термодинамике (стр. 31 )

КПД ПГУ рассчитывается традиционно:

.

При подключении ГТУ к ПТУ по полузависимой схеме (рис.17.7), в ПТУ возрастает мощность на величину

. (17.19)

Увеличение мощности в ПТУ обусловлено тем, что пар, который ранее использовался для регенеративного подогревателя (D1), в режиме ПГУ вырабатывает электрическую мощность. Поэтому если режим ПГУ рассматривать как режим выработки пиковой мощности, то экономичность выработки пиковой мощности необходимо оценивать пиковым КПД :

. (17.20)

Из выражения (17.20) видно, что пиковый КПД ПГУ больше КПД автономно работающей ГТУ.

17.3. Задачи

Пример решения задачи:

17.1. Определить удельные подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД парогазовой установки с котлом-утилизатором (рис. 17.1, 17.2), имеющей параметры:

для парового контура: ро=30 бар, to=400 oC, pк=0,04 бар;

для газового контура: р1=1 бар, t1=20 oC, n=р2/р1=7, t3=1000 oC, температура газов на выходе из котла утилизатора t5=130 oC.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Решение

Для идеального цикла ПТУ определяются энтальпии в трех характерных точках:

ho=3232 кДж/кг - определяется по ро и to;

hк=2084 кДж/кг - определяется по рк и sк=so=6,92 кДж/(кг∙К);

ctк’=121,4 кДж/кг - энтальпия воды в состоянии насыщения (х=0) при давлении рк.

Для идеального цикла ГТУ определяются температуры на выходе из компрессора и турбины:

К ;

К.

Определяем удельный расход газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ, предварительно рассчитав изобарную теплоемкость идеального воздуха:

;

.

Далее рассчитываются:

удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с КУ

;

удельная теплота, отведенная от рабочих тел в цикле,

удельная работа цикла ПГУ, которая определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ,

Выполним проверку результата расчета работы цикла ПГУ:

.

Определим термический КПД ПГУ с КУ :

.

17.2. Цикл парогазовой установки с котлом-утилизатором (рис. 17.1) имеет параметры:

для парового контура ро=60 бар, to=400 oC, pк=0,04 бар;

для газового контура р1=1 бар, t1=20 oC, n=р2/р1=10, t3=1100 oC, температура газов на выходе из котла утилизатора t5=140 oC.

Определить:

удельный расход газа на кг пара в ПГУ dг, удельные подведенную q1 и отведенную q2 теплоту, работу lt цикла, термические КПД автономно работающих ГТУ и ПТУ и ПГУ в целом.

Нарисовать схему установки и ее цикл в T,s – диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: dг=10,22, q1=8248 кДж/кгпара , q2=3064 кДж/кгпара ,

lt=5184 кДж/кгпара , ηtГТУ=0,482, ηtПТУ=0,396, ηtПГУ=0,627.

17.3. Для исходных данных предыдущей задачи (17.2) определить те же величины, но для действительного цикла ПГУ с КУ, если необратимость процессов ГТУ характеризуют адиабатный коэффициент компрессора ηк=0,85 и внутренний относительный КПД газовой турбины ηгт=0,9, а необратимость процесса расширения пара в ПТУ внутренний относительный КПД паровой турбины ηoi=0,88. Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: dгi=8,39, q1i=6370 кДж/(кгпара), q2i=3000 кДж/(кгпара),

li=3370 кДж/кгпара , ηiГТУ=0,362, ηiПТУ=0,348 , ηiПГУ=0,529.

17.4. Цикл парогазовой установки с низконапорным парогенератором (ПГУ с НПГ рис. 17.3 и 17.4), имеет параметры:

для парового контура: ро=30 бар, to=420 oC, pк=0,04 бар;

для газового контура: р1=1 бар, t1=12 oC, n=р2/р1=7, t3=800 oC, температура горения топлива в паровом котле t5=1500 oC, температура газов на выходе из котла t6=140 oC.

Определить:

удельный расход газа на кг пара в ПГУ dг, удельные подведенную q1 и отведенную q2 теплоту, работу lt цикла и термический КПД ПГУ.

Нарисовать схему установки и ее цикл в T,s - диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: dг=2,32, q1=4022 кДж/кгпара, q2=2281 кДж/кгпара,

lt=1741 кДж/кгпара , ηtПГУ=0,433.

17.5. Цикл парогазовой установки с высоконапорным парогенератором (ПГУ с ВПГ рис. 17.5 и 17.6), имеет параметры:

для парового контура ро=50 бар, to=500 oC, pк=0,04 бар;

для газового контура р1=1 бар, t1=17 oC, n=р2/р1=5, t3=900 oC, температура горения топлива в ВПГ t3=1400 oC, температура газов на выходе из котла t6=140 oC.

Определить:

удельный расход газа на кг пара в ПГУ dг, удельные подведенную q1 и отведенную q2 теплоту, работу lt цикла и термический КПД ПГУ.

Нарисовать схему установки и ее цикл в T,s - диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: dг=3,96, q1=4803 кДж/кгпара, q2=2387 кДж/кгпара,

lt=2416 кДж/кгпара , ηtПГУ=0,503.

17.6. Для полузависимой парогазовой установки (рис.17.7) задано:

рабочее тело ГТУ имеет параметры на входе в компрессор: р1=1 бар, t1=20 оС, степень повышения давления воздуха в компрессоре n=р2/р1=7, температура газов перед турбиной t3=800 оС, адиабатный коэффициент компрессора ηк=0,85, внутренний относительный КПД турбины ηгт=0,88, расход газов G=400 кг/с;

параметры пара ПТУ перед турбиной: ро=60 бар, tо=500 оС, давление в конденсаторе рк=0,04 бар, давление отбора пара на смешивающий регенеративный подогреватель р1=6 бар, внутренний относительный КПД турбины ηпт=0,88, расход пара на турбину D=100 кг/с.

Определить:

1) внутренние абсолютные КПД автономно работающих ГТУ и ПТУ;

2) температуру газов на выходе из газоводяного подогревателя при отключенном отборе пара и tпв=t’1;

3) внутренний абсолютный КПД ПГУ;

4) прирост мощности в ПТУ ΔWпту при отключении отбора пара;

5) КПД по выработке пиковой мощности в ГТУ и ПТУ при совместной их работе.

Нарисовать схему установки и ее цикл в T,s - диаграмме.

Работу насоса в цикле ПТУ не учитывать, а свойства рабочего тела ГТУ принять соответствующими двухатомному идеальному воздуху с ср=const.

Ответ: 1) ηiГТУ=0,27,94 ηiПТУ=0,385, 2) tух=260 oC 3) ηiПГУ=0,366,