Анализ технико-экономической эффективности КПГУ на базе паротурбинной установки ПТ-135/165-130/15

1. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет авиационных двигателей, энергетики и транспорта
Кафедра авиационной теплоэнергетики и теплотехники
Выпускная квалификационная работа
Анализ технико-экономической эффективности
КПГУ на базе паротурбинной установки
ПТ-135/165-130/15 и газотурбинной установки
ГТЭ-150 на переменных тепловых нагрузках
13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»
Выполнил: студент группы ТЭм-206
Байбеков С. Г.
Руководитель: Цирельман Н.М.
Уфа 2017

2. Цели и задачи работы

Цель:
• Расчет и анализ технико-экономической эффективности КПГУ
на базе ПТУ ПТ-135/165-130/15 и ГТУ ГТЭ-150 на переменных
тепловых нагрузках при температурах наружного воздуха
tнар=+15, -5, -25 0C.
Задачи:
Термодинамические расчеты ГТУ ГТЭ-150;
Расчет принципиальной тепловой схемы ПТ-135/165-130/15 при
температурах наружного воздуха tнар=+15, -5, -250C;
Разработка и расчет принципиальных схем ПГУ сбросного
типа, ПГУ с одноконтурным КУ и ПГУ с двухконтурным КУ на
переменных тепловых нагрузках;
Сопоставительный анализ полученных результатов.
2

3. Продольный разрез газотурбинной установки ГТЭ-150

1 – упорный подшипник; 2 – передний опорный подшипник; 3 – входной патрубок компрессора; 4 – поворотный
входной направляющий аппарат; 5 – лопатки компрессора; 6 – центральная стяжка ротора компрессора; 7 камера
сгорания; 8 – средний подшипник; 9 – лопатки турбины; 10 – задний подшипник; 11 – выходной диффузор;
12 – задняя подвижная опора; 13 – рама; 14 – передняя неподвижная опора
3

4. Продольный разрез турбоустановки ПТ-135/165-130/15

4

5. Принципиальная тепловая схема турбоустановки ПТ-135/165-130/15

5

6. Климатические характеристики ГТЭ-150

1600
200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Температура газов Т3
и Т4, К
Электрическая
мощность ГТУ Nэ, кВт
Климатические характеристики ГТЭ-150
1400
1200
1000
800
600
Т3
400
Т4
200
220
240
260
280
300
0
220
320
Температура наружного воздуха Tнар, К
260
280
300
320
Температура наружного воздуха Tнар, К
14
Расход топлива Gт,
кг/с
Расход газов через
турбину Gг, кг/с
660
240
640
12
10
620
8
600
6
580
4
560
2
0
540
220
240
260
280
300
320
Температура наружного воздуха Tнар, К
220
240
260
280
300
320
Температура наружного воздуха Tнар, К
6

7. Климатические характеристики ГТЭ-150 (продолжение)

32
4
3,5
Коэффициента
избытка воздуха
31
30
3
2,5
29
2
1,5
28
27
1
0,5
0
26
220
240
260
280
300
Температура наружного воздуха Tнар, К
220
320
240
260
280
300
320
Температура наружного воздуха Tнар, К
5
Угол установки ВНА,
град
Электрический КПД, %
Климатические характеристики ГТЭ-150
(продолжение)
0
220
240
260
280
300
320
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Температура наружного воздуха Tнар, К
7

8. Принципиальная тепловая схема ПГУ сбросного типа с дожиганием топлива

8

9. Принципиальная тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ с дожиганием топлива

9

10. Q, t – диаграмма одноконтурного котла-утилизатора

10

11. Принципиальная тепловая схема ПГУ с двухконтурным КУ с дожиганием топлива

11

12. Q, t – диаграмма двухконтурного котла-утилизатора

12

13. Зависимости технико-экономических показателей ПГУ от tнар

560
540
520
500
480
460
440
420
400
10
0
0,8
-10
tнар, 0С
NЭПГУ, МВт
-20
-30
ηБ
0,7
0,6
0,5
0,4
20
0
-20
0,6
0,55
-40
tнар, 0С
1
0,5
2
0,45
ηэ
20
0,9
0,4
0,35
3
4
0,3
5
0,25
20
0
-20
tнар, 0С
-40
1 – ПГУ сбросного типа; 2 – ПГУ с одноконтурным КУ; 3 – ПГУ с двухконтурным КУ;
4 – ПТУ; 5 – ГТУ;
13

14. Зависимости технико-экономические показателей ПГУ от tнар (продолжение)

0,5
700
500
400
0
0,4
QКУ, МВт
600
-20
-40
tнар, 0С
0,3
0,2
0,1
0
20
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
20
0
0
tнар,
-20
0С
ηэГТУ
20
ηэПТУ
0,6
800
-40
1
2
3
-20
-40
tнар, 0С
1 – ПГУ сбросного типа; 2 – ПГУ с одноконтурным КУ;
3 – ПГУ с двухконтурным КУ.
14

15. Уравнение теплового баланса для деаэратора Д-6 и формула расчета мощности турбоустановки

NЭ
DП7 (h0 h1 ) DП6 (h0 h2 ) ( DП5 DПР D6ата )(h0 h3 )
М Г
DП4 (h0 h4 ) DП3 (h0 h5 ) ( DП2 D1,2ата DПСГ2 )(h0 h6 )
( DП1 DПСГ1 )(h0 h7 ) DК (h0 hК )
15

16. Выводы по работе

Выполнен термодинамический расчет ГТЭ-150 в условиях ISO, а также расчет нагрузочных и
климатических характеристик, результатом которых явились данные о параметрах состояния
рабочего тела в основных точках цикла и показатели эффективности работы установки.
Для ПТУ ПТ-135/165-139/15 составлен график тепловых нагрузок, рассчитаны значения
внутренних относительных КПД отсеков, на основе чего выполнен расчет ее принципиальной
тепловой схемы для трех режимов отопительной нагрузки.
Выполнен расчет трех схем ПГУ, в результате которого получены значения техникоэкономических показателей ПГУ.
В целом эффективность базовой ПТУ (КПД «брутто») выше благодаря наличию теплового
потребителя, тогда как КПД ГТУ относительно низкий. Однако эффективность по выработке
электроэнергии у ПТУ выше только на режимах повышенной тепловой нагрузки.
С повышением тепловой нагрузки КПД ПГУ «брутто» возрастает благодаря увеличению
суммарного полезного отпуска энергии. Однако КПД ПГУ по выработке электроэнергии из
трех рассчитанных режимов имеет максимум при tнар=-5 0C., так как с дальнейшим
понижением температуры наружного воздуха увеличивается расход топлива на ПВК,
отрицательно влияющий на КПД установки.
Среди рассмотренных типов ПГУ наиболее эффективной оказалась схема ПГУ с
двухконтурным КУ благодаря наиболее полной утилизации теплоты уходящих газов ГТУ.
В среде MS Excel была разработана программа расчета паротурбинных установок типа «ПТ».
16