Загрузил Rakhmetolla Rakhmanov

Изучить работу турбин, их внутренние свойства, КПД.

реклама
Лабораторная работа №3
Цель: Изучить работу турбин, их внутренние свойства, КПД.
Ход работы: На рисунке 1 показана схема доменной печи с
использованием ВЭР избыточного давления в ГУБТ (газовая утилизация
бескомпрессорная турбина). Используется напор доменного газа с мокрой
очисткой. Для повышения температура доменного газа, подводимого к турбине,
сжигается часть дельтаn потока газа. Полученные продукты
сгорания
смешиваются с основной частью доменного газа. Установка вырабатывает
электрическую энергию с отпуском ее в энергосистему.
а- мокрая газоочистка; в - камера сгорания; с - смеситель; d- газовая
утилизационная бескомпрессорная турбина(ГУБТ)
Рисунок 1 - Схема установки ГУБТ с утилизацией избыточного давления
доменного газа
Вычислить:
1) Относительная потребление доменного газа
∆n
n
;
2)Электрическую мощность турбоагрегата;
3) Экономию химической энергии Eхим топлива в большой энергетической
системе, полученную при стабильном действии установки;
4) Коэффицент Eхим использования химической энергии отношению к единице
выработанной электрической энергии.
Таблица 1 – Исходные данные
СО2
СО
N2
n
t1
t2
P1
φ1
Р3
t4=tокр
%
%
%
кмоль/с
°С
°C
бар
%
бар
°C
13,5
27,5 56,7 2,2
27
102
1,8
100
0,9
12
Вариант
3
Также необходимо учесть:
Р2=Р1
а) потери тепла в окружающую среду пренебрежимо малы;
б) сгорание полное и при коэффициенте избытка воздуха авоз =1,0;
c) внутренний относительный КПД турбины nТoi =0,8 , механический КПД
турбоагрегата nТМ =0,98, электрический КПД генератора nГэл =0,97;
д) термический КПД замещающей КЭС в энергосистеме nзст =0,34;
е) электроэнергия, производимая в исследуемой установке, используется
непосредственно
на
металлургическом
заводе;
КПД
транспорта
электроэнергии, поставляемой на завод из энергосистемы, составляет
nтр =0,96, влагой, вносимой с потоком сжатого воздуха f можно пренебречь.
Решения задачи:
Чтобы правильно определить данные, необходимо значение:
v”CO2 умножить на 3,216
v”N2 умножить на 0,99
Остальное принять, как в примере решения задачи.
Qнр=30 МДж/кг
Потребление доменного газа в камере сгорания следует из баланса
энергии для системы, включающей КС и смеситель:
∆nQH +n∙hg1 +∆n∙v`воз ∙h4 =(n-∆n)hg2 +∆n ∑ v`i hi2 ,
(1)
i
где QH — теплота сгорания сухого доменного газа при температуре
окружающей среды, КДж/кмоль;
hg1, hg2— энтальпия доменного таза в состоянии 1 и 2 (вычисленная от
состояния окружающей Среды) кДжикмоль;
hi2, - энтальпия компонента доменного газа, КДж/кг;
v`воз — число киломолей сжатого воздуха на 1 кмоль сжигаемого сухого
газа;
h4 — энтальпия сжатого воздуха, кДж/моль;
v``— мольная доля компонента продуктов сгорания доменного газа
hg2 -hg1
∆n
= P
,
n QH +v`c ∙h4 +hg2 - ∑i v``i hi2
(2)
Электрическая мощность турбоагрегата следует из выражения:
Nэл =n(h2 -h3 )∙nTM ∙nГэл ,
(3)
где h1, h2— энтальпия смеси доменного газа и продуктов сгорания, отнесенная
к 1 кмоль сухого доменного газа, питающего турбину,Дж/кмоль с газа.
Величина h3 в соответствии с выражением:
h3 =h2 -nToi (h2 -h3s ),
(4)
где h3s - энтальпия, определенная по изоэнтропе расширения.
Температура `t3s по изоэнтропе расширения вычисляется из условия
постоянства энтропии:
Sp2 -Sp3s =Rm ln
P2
,
P3
[Cp ln
T2
P2
=R ln ] ,
T3s m P3
(5)
Изобарные приросты энтропии смеси газов и продуктов сгорания Sр,
определяются по таблицам. Уравнение (5) решается методом проб, принимая
несколько значений величины t3s:
h2 = (1-
∆n
∆n
) ∙hg2 + ∑ v``i hi2 =2347 кДж/кмоль сух.газа,
n
n
i
Sp2 = (1-
∆n
∆n
) ∙Spg2 + ∑ v``i Spi2 =14,783 кДж/кмоль∙К,
n
n
i
Из уравнения (5) после подстановки и решения получена t3s = 52 °С. После
вычисления h3s, при использовании таблиц теплоемкости из уравнения (4)
следует:
h2 -h3 =1561 кДж/(1+Хдг) кмоль вл.газа.
Подставляя полученные значения в уравнение (3), получим Nэл=3,18 МВт
Экономия химической энергии топлива в народном хозяйстве (в большой
энергетической системе) выражена уравнением
Ехим =Ехим1 -Ехим2 ,
(6)
Ехим =10,17-2,46=7,71 Мвт,
где Ехим1— потребление химической энергии, которое было бы на замещающей
станции в энергосистеме, если бы не было продукции электроэнергии на ГУБТ;
Ехим2
потребление
-
химической
энергии
доменного
газа
в
рассматриваемой установке.
В уравнении (4.6) обозначено
Ехим1 =
Ехим1 =
1
∙n∙(h2 -h3 )∙ηTM ∙ηгэл ,
ηзст ∙ηтр
(7)
1
∙2,2∙1561∙103 ∙0,98∙0,97=10,17 Мвт,
0,34∙0,96
Ехим2 =∆nQPH ,
(8)
Ехим2 =0,0822∙30∙106 =2,46 Мвт,
Показатель использования химической энергии по отношению к единице
произведенной электрической энергии определяется в соответствии с
уравнением
eхим2 =
eхим2 =
2,46∙106
2,67∙106
Ехим2
,
Nэл
(9)
=0,921,
Для схемы, рассмотренной в предыдущей задаче, определить зависимость
экономии химической энергии Ехим от температуры t2 подогревания доменного
газа в интервале температур 100 °С ≤ t2, 250 °С.
Решение:
Задача решается при помощи уравнений, представленных в предыдущей
задаче, принимая несколько значений температуры t2 в рассматриваемом
интервале 100 °С ≤ t2, 250 °С.
Полученная зависимость экономии химической энергии от температуры
подогрева доменного газа уменьшается с приростом температуры подогревания
доменного газа. Доменный газ, таким образом, следует подогревать ровно
настолько, чтобы в выхлопе газовой турбины не наблюдались температуры
ниже точки росы.
9
Eхим, МВт
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
50
100
150
200
t2, C
Рисунок 2 – Зависимость экономии химической энергии от температуры
подогревания доменного газа
Вывод:
Была
рассмотрена
схема
газовой
утилизационной
безкомпрессорной турбины с утилизаций избыточного давления доменного
газа. Произведено расчет по которым были вычислены экономия химической
энергии Ехим топлива с большой энергетической системе, коэффициент Ехим
использования химической энергии по отношению к единице выработанной
электрической энергии. Построен график зависимости экономии химической
энергии от температуры подогревания доменного газа.
Скачать