Эксергетический метод открытой газотурбинной установки

N_m = 82,3468 * 344,2296 = 28346,206 кВт. 
 
 
 
 
 

8. Тепловой поток, используемый для нагрева воздуха от t₁ до t₂, выделяется при сгорании топлива, следовательно, 

Q_1,2 = G_возд. (h₂ - h₁) = G_Т O_H1^P,                  (4.10) 

где G_возд - расход  воздуха , кг/с

       G_Т  - расход   топлива, кг/с;

      h₁  -  энтальпия воздуха на входе в топку, кДж/кг

       h₂  -  энтальпия воздуха на выходе из топки, кДж/кг

       Q^р_н1   -  низшая теплота сгорания топлива,  кДж/кг  
 

Низшая теплота  сгорания топлива в кДж/кг вычисляется из отношения:

,                                        (4.11)

    где  Q_H^P  -   низшая теплота сгорания топлива,  МДж/м³ .

              ρ_Т - плотность топлива при нормальных условиях, кг/м³. 

Низшая теплота  сгорания на единицу объема топлива  в МДж/м³ определяется по формуле

                                                                                                                                                                                                                                                                        Q_H^P = 0,358 * СН₄ + 0,638 * C₂Н₆  + 0,913 * С₃Н₈ + 1,187 * С₄Н₁₀, + 1,461 *С Н + 0.234 * H₂S 

    где СН_4, C₂Н_6, С₃Н₈  и т.д. – объемное содержание газов, входящих в состав топлива, %.    

Отсюда расход топлива

                                   .                      (4.12) 
 

Q_H^P=0,358 * 97,8 + 0,638 * 0,5 + 0,913 * 0,2 = 1,187 * 0,1 + 1,461 * 0 = 35,0124 + 0,319 + 0,1826 + 0,1187  = 35,6327 МДж/м² 
 

 

Q_1,2 = 82,3468 (810,05 – 201,65) = G_Т O_H1^P.

                                           

Q_1,2 = G_Т O_H1^P=1,02664 * 48,8 = 50100 кДж/с = 50100 кВт. 
 
 

    9. Эксергетический КПД установки       

          η_Т= N/ Е_Т                                                    (4.13)

       

где Е_Т – эксергия топлива, кВт;

   N – полезная мощность, кВт;

      G_Т – расход топлива, кг/с;

      η_Т – эксергия топлива 

η_Т =12000 / 52101,07 = 0,23. 

Эксергия топлива, кВт:

                                              

                 Е_Т=1,04 ^.Q_H1^P G_Т                                            (4.14)                          

                Е_Т= 1,04 * 48,8 *10³ * 1,02664 =52104,03 кВт. 

10. Параметры состояния воздуха заносим в таблицу 4.1. 

Таблица 4.1. Параметры состояния воздуха [4,6] 

 

   Значения  энтропий находятся с учетом давлений  и температур в каждой точке по таблице «Удельная энтропия».

   

   

   S⁴₄₅₀=1,6436

   S⁷₄₅₀=1,6050

   S^5,1₄₅₀=S⁴₄₅₀ + (S⁷-S⁴/7-4) * (5,1-4) = 1,6436 + (1,6050 – 1,6436/3) * 1,1 = 1,6436 + (-0,0386/3) * 1,1 = 1,6436 – 0,0129 * 1,1 = 1,3436 – 0,0142 = 1,6294кмоль/кг. * 4,19 = 6,8272 кДж/кг*К 

   S⁴₄₇₂=S⁴₄₇₀+ (S⁴₄₈₀-S⁴₄₇₀/480-470) * (472-470) = 1,6542 + (1,6394 – 1,6542/10) * 2 = 1,6542 – 0,00148 * 2 = 1,6542 – 0,00296 = 1,6512  кмоль/кг. * 4,19 = 6,9185 кДж/кг*К 

   S⁷₄₇₂ = S⁷₄₇₀ + (S⁷₄₈₀ – S⁷₄₇₀/480-470) * (472-470) = 1,6156 + (1,6208 – 1,6156/10) *2 = 1,6156 + 0,00052 * 2 = 1,6156 + 0,00104 = 1,6166 кмоль/кг. * 4,19 = 6,7737 кДж/кг*К. 

   S^5,1₄₇₂ = S⁴₄₇₂ – (S⁷ – S⁴ /7-4) * (5,1-4) = 6,9185 + (6,7737 – 6,9185 / 3) * 1,1 = 6,9185 + 0,0483 * 1,1 = 6,9185 – 0,0531 = 6,8654 кДж/кг*К. 

   S⁴₁₀₃₃ = S₁₀₀₀ + (S₁₀₅₀ – S₁₀₀₀ / 1050-1000) * (1033-1000) = 1,8485 + (1,8618 – 1,8485 / 50) * 33 = 1,8485 + 0,000266 * 33 = 1,8485 + 0,0088 = 1,8573 кмоль/кг. * 4,19 = 7,7821 кДж/кг*К. 

   S⁷₁₀₃₃ = S⁷₁₀₀₀ + (S₁₀₅₀ – S₁₀₀₀ / 1050 - 1000) * 33 = 1,8100 + (1,8234 – 1,8100 / 50) * 33 = 1,8100 + 0,000268 * 33 = 1,8100 + 0,0088 = 1,8188 кмоль/кг. * 4,19 = 7,6208 кДж/кг*К. 

   S^5,0₁₀₃₃ = S⁴₁₀₃₃ + (S⁷₁₀₃₃ – S⁴₁₀₃₃ / 7-4) * (5-4) = 7,7821 + (7,6208– 7,7821 / 3) * 1 = 7,7821 – 0,0538 = 7,7283 кДж/кг*К. 

   S¹₂₈₃ = S₂₈₀ + (S₂₉₀ – S₂₈₀ / 290- 280) * (283-280) = 1,6242 + (1,6326 – 1,6242 / 10) * 3 = 1,6242 + 0,00084 * 3 = 1,6242 + 0,00252 = 1,6267 кмоль/кг. * 4,19 = 6,8160 кДж/кг*К. 

   S¹₆₈₀ = S¹₅₀₀ + ( S¹₇₀₀ – S¹₅₀₀ / 700-500) * ( 680-500) = 1,7647 + (1,8492 – 1,7647 / 200) * 180 = 1,7647 + 0,0004225 * 180 = 1,7647 + 0,07605 = 1,8408 кмоль/кг. * 4,19 = 7,7130  кДж/кг*К. 
 

   S¹₇₂₄ = S₇₂₀ + (S₇₃₀ – S₇₂₀ / 730-720) * (724-720) = 1,8564 + (1,8600-1,8564 / 10) * 4 = 1,8564 + 0,00036 * 4 = 1,8564+ 0,00144 = 1,8578 кмоль/кг. * 4,19 = 7,7842 кДж/кг*К. 

   11. Строим диаграммы состояния воздуха по данным таблицы 1 в координатах Т-S, Н - S и P-H.          P-H диаграмма воздуха 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис. 2. Цикл открытой газотурбинной установки. 
 

   0-1¹-адиабатное сжатие рабочего тела (воздуха) в компрессоре

   0-1политропеное  сжатие рабочего тела (воздуха)  в компрессоре 

   1-2-процесс  изобарного подвода теплоты к рабочему телу (сгорание топлива)

   2-3¹-адиабатное расширение рабочего тела (продуктов сгорания)

   2-3- политропное  расширение рабочего тела (продуктов сгорания) 3-0-изобарный отвод теплоты от рабочего тела (выхлоп отработанных газов).

Т– S диаграмма воздуха.

   

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис. 3. Цикл открытой газотурбинной установки. 
 

   0-1' –адиабатное сжатие рабочего тела (воздуха) в компрессоре;

   0-1 - политропное  сжатие рабочего тела (воздуха)  в компрессоре; 

   1-2 –  процесс изобарного подвода теплоты  к рабочему телу (сгорание топлива);

   2-3' –  адиабатное расширение рабочего тела (продуктов сгорания);

   2-3 –  политропное расширение рабочего тела (продуктов сгорания);

   3-0 –  изобарный отвод теплоты от  рабочего тела (выхлоп отработанных газов) 

   

   

H – S диаграмма воздуха. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис. 4. Цикл открытой газотурбинной установки. 
 

   0-1' –  адиабатное сжатие рабочего тела (воздуха) в компрессоре; 

   0-1 - политропное  сжатие рабочего тела (воздуха)  в компрессоре; 

   1-2 –  процесс изобарного подвода теплоты  к рабочему телу (сгорание топлива);

   2-3' –  адиабатное расширение рабочего тела (продуктов сгорания);

   2-3 –  политропное расширение рабочего тела (продуктов сгорания);

   3-0 –  изобарный отвод теплоты от  рабочего тела (выхлоп отработанных газов

   

12. Диаграмма  Грассмана-Шаргута потоков и потерь эксергии.

    Рассчитываются  значения эксергии потока  газа (продуктов сгорания)

    Расчет  потока эксергии газа после компрессора 

    Е₁=G_возд. [(h₁ – h₀) – T_o (S₁ – S _o)],                           (4.15) 

    Расчет  потока эксергии газа  из камеры сгорания на входе в турбину 

Е₂=G_возд. [(h₂ – h₀) – T_o (S₂ – S _o) ]                            (4.16) 
 

    Расчет  потока эксергии газа , уходящего из турбины 

    Е₃=G_возд. [(h₃ – h₀) – T_o (S₃ – S _o)],                         (4.17)

      

        где  G_возд - расход  воздуха  (газа), кг/с

               h₁ -  энтальпия воздуха на входе в топку, кДж/кг

                h₂ - энтальпия воздуха на выходе из топки, кДж/кг

                h₃ -  энтальпия воздуха на выходе из турбины, кДж/кг

            h₀ -  энтальпия воздуха при температуре окружающей среды                                                                                                                 T₀ , кДж/кг

            S₁-  энтропия воздуха на входе в топку, кДж/кг К

             S₂-  энтропия воздуха на выходе из топки, кДж/кг К

             S₃-  энтропия воздуха на выходе из турбины, кДж/кг К

           S₀-  энтропия воздуха при температуре окружающей среды

    T_o, кДж/кг К 

        

   Е₁=82,3468 [(201,65– 10,03) – 283 (6,8654 – 6,8160)]= 82,3468 [(191,62 – 283* 0,0494] = 82,3468 [191,62 – 13,9802] = 82,3468 – 177,6398 = 14628,0691 кВт. 

   Е₂=82,3468 [(810,05 –10,03) – 283 (7,7283 –6,8160) ] = 82,3468 (800,02 – 283 * 0,9123) = 82,3468 * (800,02 – 258,1809) = 82,3468 * 541,8391 = 44618,716 кВт.