И критериев безубыточности регенераторных схем

Расчет относительной экономии топливного газа

И скоростей движения теплоносителей

Определение оптимальной степени регенерации

Оптимальной называется степень регенерации, при которой достигается максимальная эффективность ГТУ (максимальное значение η_е) при F_уд = const, где F_уд – удельная поверхность теплообмена.

Для определения оптимальной степени регенерации удобно использовать представленную графически зависимость эффективного К.П.Д. ГТУ от степени регенерации при постоянной удельной поверхности теплообмена

При уменьшении R К.П.Д. понижается. Это происходит вследствие уменьшения степени утилизации теплоты выхлопных газов. А при увеличении R К.П.Д. понижается вследствие увеличения суммарного сопротивления теплообменного аппарата с неизменной величиной F_уд .

Скорости движения теплоносителей в регенераторе ГТУ в значительной степени влияют на величину относительных потерь давления в нем σ_Р . Из курса теплотехники известно, что при изменении скоростей движения теплоносителей для получения максимального К.П.Д. регенератора необходимо изменять его геометрические параметры.

Предварительная оценка возможности экономии топлива в ус­тановках ГТУ с регенерацией теплоты сравнительно с ГТУ без регенерации теплоты может быть осуществлена на базе следующе­го анализа:

Экономия топлива от регенеративного использования теплоты, (при той же эффективной мощности двигателя):

, (3.14)

где G_T и G_T1 – соответственно расход топлива до введения регенерации и после введения регенерациитеплоты; η_е и η_е1 – кпд газотурбинного двигателя без регенерации и с регенерацией теплоты;

, (3.15)

где – теплота сгорания топлива; Q₁ – теплота, подведенная в цикле ГТУ, – сумма теплоты топлива и регенеративного слагаемого Q_P.

(3.16)

Сравниваем (3.14) и (3.15):

(3.17)

Следовательно,

(3.18)

В выражениях (3.16), (3.16) и (3.17) температура продуктов сгорания пе­ред турбиной – T₃^*, после турбины – T₄^*; температура воздуха пе­ред регенератором – T₂^*, после регенератора – T_R^*; r – степень регенерации теплоты.

Мощность газотурбинного двигателя N_e равна разности мощнос­тей собственно турбины N_еТ и компрессора N_eК:

(3.19)

(3.20)

где λ — соотношение мощностей компрессора N_eК и газовой турби­ны N_eТ газотурбинной установки.

Коэффициент полезного действия газотурбинного двигателя без регенерации теплоты:

(3.21)

Заменяем из (3.18)

(3.22)

Из (20) и (28) выражение для экономии топлива в результате шведения регенерации теплоты:

(3.23)

(3.24)

При условии, что соот­ношение граничных давлений цикла и соотношение мощностей λ в регенеративных и нерегенеративных ГТУ сохраняется неизмен­ным, в современных двигателях можно получить экономию топлива до 30%.

Опыт использования газотурбинных установок на газопроводах зарубежных стран показывает, что на КС одинаково широко ис­пользуются как регенеративные, так и безрегенеративные ГТУ в зависимости от условий эксплуатации.

В общем случае целесообразность использования регенерации теплоты отходящих газов в газотурбинных установках определя­ется стоимостью топлива, стоимостью и сроком службы регенерато­ра и соответствующих обустройств, включая стоимость его достав­ки и монтажа на КС.

При наличии регенеративных и безрегенеративных ГТУ и реше­нии вопроса о расстановке этих агрегатов по трассе газопровода предпочтение в большинстве случаев следует отдать регенератив­ной газотурбинной установке, так как повышение экономичности ГТУ за счет регенерации теплоты в настоящее время является наи­более простым сравнительно с другими методами.

Вместе с тем следует отметить, что в ряде конкретных случаев (например, в условиях Крайнего Севера) из-за трудностей достав­ки громоздких блоков на КС в целях сокращения сроков строи­тельства КС может оказаться целесообразным поставка и эксплуа­тация безрегенеративных ГТУ. При этом не исключается создание ГТУ, допускающих возможность работы агрегатов как с регенера­цией, так и без регенерации теплоты отходящих газов.

Безубыточность установки регенератора в ГТУ определяется следующим условием:

(3.25)

где R ₁— цена топлива, руб./кг;

G _T - G _T1– экономия топлива в единицу времени в результате использования регенератора, кг/ч;

τ – время работы ГТУ в году, ч;

Е – годовые отчисления на погашение стоимости реге­нератора и соответствующих обустройств в долях их полной стоимости R₂H_φ, включая расходы, свя­занные с ремонтом регенератора;

R₂ – приведенная стоимость единицы поверхности реге­нератора и соответствующих обустройств, руб./м²;

F – поверхность регенератора, м²;

R₃ – стоимость доставки и монтажа удельной поверхнос­ти регенератора на КС.

Общее снижение часового расхода топлива G _T - G _T1 в результа­те использования регенерации теплоты в зависимости от мощности N_e и кпд η_e установки составляет

(3.26)

(3.27)

где – кпд газотурбинной установки без регенерации теплоты,

– кпд ГТУ с регенерацией теплоты отходящих газов.

Сопоставляя соотношения (3.25), (3.26) и (3.27), приходим к следующему критерию безубыточности применения регенерации в ГТУ:

(3.28)

Совершенно очевидно, что регенеративное использование тепло­ты может быть оправдано лишь в условиях, если левая часть ра­венства (3.28) меньше правой его части:

(3.29)

Левая часть неравенства содержит только технико-экономичес­кие величины, правая определяется в зависимости от основных тер­модинамических параметров рабочего процесса ГТУ.

Контрольные вопросы.

1. Каково основное назначение регенераторов ГТУ?

2. С какой целью проводится тепловой расчет ГТУ?

3. Перечислите основные геометрические характеристики регенераторов ГТУ?

4. Какой процент экономии топлива позволяет получить регенератор?

5. Чем определяется безубыточность использования регенераторов в ГТУ?

Дата добавления: 2014-10-22