Влияние расхода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки на ее энергетические характеристики

Abstract

Актуальность исследования определяется сокращением расхода природного газа и выбросов вредных веществ в окружающую среду на основе ввода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки. Цель: проведение исследований по влиянию относительного расхода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки на ее энергетические характеристики. Объекты: контактные газопаровые установки на основе газовых турбин с впрыском пара в камеру сгорания. Методы: численные методы на основе материальных и энергетических балансов систем и элементов газопаровых установок. Результаты. На основе расчета тепловой схемы контактной газопаровой установки проведено исследование влияния относительного расхода пара в камеру сгорания на ее энергетические характеристики. Определено, что абсолютный электрический коэффициент полезного действия контактной газопаровой установки линейно возрастает с увеличением относительного расхода пара в камеру сгорания. Диапазон изменения относительного расхода пара в камеру сгорания сильно зависит от температуры газов за камерой сгорания и степени сжатия в воздушном компрессоре, чем меньше эти параметры, тем больше диапазон изменения. Максимальный коэффициент полезного действия на уровне 56 % для всех вариантов достигается при максимальном относительном расходе пара в камеру сгорания. Установлено, что коэффициент избытка воздуха в зависимости от относительного расхода пара линейно падает, при этом чем выше температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в воздушном компрессоре, тем больше темп падения и меньше диапазон изменения относительного расхода пара. Выявлено, что коэффициент полезной работы сильно зависит от относительного расхода пара в камеру сгорания, температуры газов за ней и степени сжатия в воздушном компрессоре, с ростом этих параметров он линейно возрастает. Определено, что температура газов на выходе газовой турбины также сильно зависит от относительного расхода пара в камеру сгорания, температуры газов на ее выходе и степени сжатия в компрессоре. С увеличением относительного расхода пара в камеру сгорания эта температура линейно возрастает от 600 до 700 С, при этом чем выше температура газов на выходе камеры сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем выше температура газов на выходе газовой турбины. Выявлена зависимость полезной работы на валу газовой турбины от относительного расхода пара в камеру сгорания. С увеличением относительного расхода пара полезная работа на валу газовой турбины возрастает по ветви параболы. Чем выше температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем круче ветвь параболы, но меньше диапазон изменения относительного расхода пара. Установлено, что с увеличением относительного расхода пара расход газов на газовую турбину падает по гиперболе. При этом чем ниже температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем сильнее падает расход газов на газовую турбину

Relevance. Reduction of natural gas consumption and emissions of harmful substances into the environment based on introduction of water vapor into a combustion chamber of a contact gas-steam installation. Aim. To carry out numerical studies on the influence of relative steam flow into the combustion chamber of the contact gas-steam installation on its energy characteristics. Objects. Contact gas-steam installations based on gas turbines with steam injection into the combustion chamber. Methods. Numerical methods based on material and energy balances of systems and elements of gas-steam installations. Results. Based on the calculation of the thermal circuit of the contact gas-steam installation, the authors have studied the influence of the relative steam flow into the combustion chamber on its energy characteristics. It was determined that the absolute electrical efficiency of the contact gas-steam installation increases linearly with growth of relative steam flow into the combustion chamber. The range of changes in the relative steam flow into the combustion chamber strongly depends on the temperature of the gases behind the combustion chamber and the compression ratio in the air compressor; the smaller these parameters, the greater the range of changes. The maximum efficiency of 56% for all options is achieved at the maximum relative steam flow into the combustion chamber. It was established that the excess air coefficient, depending on the relative steam flow rate, decreases linearly, and the higher the temperature of the gases behind the combustion chamber and the compression ratio in the air compressor, the greater the rate of decline and the smaller the range of changes in the relative steam flow rate. It was revealed that the efficiency coefficient strongly depends on the relative steam flow into the combustion chamber, the temperature of the gases behind it and the degree of compression in the air compressor; with increasing these parameters, it increases linearly. It was determined that the temperature of the gases at the outlet of the gas turbine also strongly depends on the relative flow of steam into the combustion chamber, the temperature of the gases at its outlet and the compression ratio in the compressor. With an increase in the relative flow of steam into the combustion chamber, this temperature increases linearly from 600 to 700°C, while the higher the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber and the compression ratio in the compressor, the higher the temperature of the gases at the outlet of the gas turbine. The authors revealed the dependence of useful work on a gas turbine shaft on the relative steam flow into the combustion chamber. With an increase in the relative steam flow, the useful work on the gas turbine shaft increases along the branch of the parabola. The higher the temperature of the gases behind the combustion chamber and the compression ratio in the compressor, the steeper the branch of the parabola, but the smaller the range of changes in the relative steam flow. It was established that with an increase in the relative steam flow, the gas flow to the gas turbine decreases according to a hyperbola. Moreover, the lower the temperature of the gases behind the combustion chamber and the compression ratio in the compressor, the more the gas flow to the gas turbine drops.