Расчёт газотурбинной установки - Курсовая работа

Котел-утилизатор - котел, использующий теплоту отходящих газов дизелей или газотурбинных установок. Температура газов, поступающих в энергетический котел-утилизатор, приблизительно составляет 350-700°C. В настоящее время стали появляться котлы-утилизаторы, которые содержат камеру дожигания отходящих газов.Принципиальная схема простейшей ГТУ представлена на рисунке 1.1: Рисунок 1.1 - Схема ГТУ Из атмосферы воздух забирают компрессором К, после чего при повышенном давлении его подают в камеру сгорания КС, куда одновременно подводят жидкое топливо топливным насосом ТН или газообразное топливо от газового компрессора. В камере сгорания воздух разделяется на два потока: один поток в количестве, необходимом для сгорания топлива, поступает внутрь жаровой трубы; второй - обтекает жаровую трубу снаружи и подмешивается к продуктам сгорания для понижения их температуры. Получающийся после смешения газ поступает в газовую турбину Т, в которой, расширяясь, совершает работу, а затем выбрасывается в атмосферу.Для нахождения параметров воздуха за компрессором воспользуемся формулой для адиабатного сжатия:

Формула для давлений и температур будет выглядеть:

Отсюда температура в точке 2Т:

Найдем действительную температуру в точке Т2, учитывая необратимое сжатие в компрессоре:

Учитывая, что для воздуха теплоемкость не зависит от температуры, получаем:

Отсюда:

Воздух с данной температурой подается в камеру сгорания (КС).В камере сгорания смешивается природный газ с воздухом и образуются дымовые газы. Для нахождения коэффициента избытка воздуха составим баланс для камеры сгорания: Для нахождения состава продуктов сгорания воспользуемся методикой подбора коэффициента избытка воздуха, задаваясь им, затем, проверяя, совпадает ли теоретическая температура горения с расчетной адиабатной температурой горения. Теоретический объем влажного воздуха, необходимый для полного сгорания топлива (при =1) рассчитывается по формуле: Теоретические объемы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (=1) рассчитываются по формулам: для азота: для трехатомных газов: для водяных паров: для аргона: Теоретический объем дымовых газов рассчитывается по формуле: Содержание компонентов в теоретических продуктах сгорания (в процентах по объему) рассчитывается по формуле: Действительный объем воздуха рассчитывается по формуле: Избыточный объем воздуха рассчитывается по формуле: Объем действительных дымовых газов рассчитывается по формуле: Соответствующие объемы компонентов рассчитываются по формуле: Состав смеси рассчитывается по формуле: Средняя объемная изобарная теплоемкость дымовых газов: где .Рассчитываем энтальпии рабочего тела в соответствующих точках:

Полезная работа турбины будет равна:После ГТУ часть дымовых газов поступает в топку, куда также поступает топливо (природный газ). После пароперегревателя дымовые газы поступают в КУП, где смешиваются с потоком дымовых газов, поступающих из ГТУ. На выходе из топки происходит горение модифицированного топлива в смеси с воздухом, тем самым образуются дымовые газы нового состава. Требуемый расход окислителя, обеспечивающий необходимую концентрацию, рассчитывается по формуле: где - процентное содержание воздуха в дымовых газах, поступающих в топку. Для нахождения расхода дымовых газов в точке 1г составим баланс энергии для теплообменника ПП2: Отсюда расход: Для нахождения расхода дымовых газов в точке 2г составим балансы для двух теплообменников: ПП1 и ПГ, оговорив перед этим следующие условия: - Присосы воздуха будем рассматривать как долю от текущего объема дымовых газов находящихся в данном теплообменном аппарате.Принципиальная схема водогрейного котла-утилизатора представлена на рисунке 3.1: Рисунок 3.1 - Принципиальная схема водогрейного котла-утилизатораРасчет: Находим температуру по формуле (1.3): Найдем действительную температуру в точке Т2, учитывая необратимое сжатие в компрессоре по формуле: Таблица 4.1 измерения Величина содержание N2 28,016 21,32642 объемные % 76,1% содержание СО2 44,011 0,012871 объемные % 0,03% содержание Н2О (соотв. влагосодерж.10 г/кг) 18,016 0,453963 объемные % 2,52% содержание О2 32 6,535074 объемные % 20,4% содержание аргона (Ar) 39,948 0,362155 объемные % 0,9% сумма контрольная по балансу 100,0% Из формулы (1.7) получили конечный коэффициент избытка воздуха: Состав смеси рассчитывается по формулам (1.12)-(1.22): Теоретический объем дымовых газов: Избыточный объем воздуха: Коэффициент избытка воздуха: Таблица 4.3 По формуле (1.14) находим объем смеси: Состав дымовых газов рассчитывается по формуле (1.15): Таблица 4.4 Находим среднюю изобарную теплоемкость дымовых газов по формуле (1.16): при t=530 при t=950Расчет топки производим на 1 м3 природного газа: Требуемый расход воздуха в окислителе вычисляем по формуле (2.1): Требуемый расход окислителя, обеспечивающий необходимую концентрацию рассчитаем по формуле (2.2): где - процентное содержание воздуха в дымовых газах, поступающих в т

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ РАСЧЕТА СХЕМЫ ГТУ

1.1 Сжатие воздуха в компрессоре

1.2 Камера сгорания

1.3 Расширение дымовых газов в турбине

2.ОПИСАНИЕ РАСЧЕТА ПЕРВОЙ СТУПЕНИ

3. ОПИСАНИЕ РАСЧЕТА ВТОРОЙ СТУПЕНИ

4. РАСЧЕТ ГТУ

5. РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ

6. РАСЧЕТ ВТОРОЙ СТУПЕНИ

7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС СИСТЕМЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ