Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации

Предложена новая схема газотурбинной установки, отличающаяся совместным использованием термохимической и паровой регенерации. В сравнении с традиционной схемой воздушной регенерации новая схема позволяет повысить КПД установки на 5,7…6,5 % и существенно уменьшить эмиссию вредных веществ в атмосферу....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Носач, В.Г., Шрайбер, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Теплоэнергетические установки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60317
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60317
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-603172014-04-15T03:01:19Z Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Теплоэнергетические установки Предложена новая схема газотурбинной установки, отличающаяся совместным использованием термохимической и паровой регенерации. В сравнении с традиционной схемой воздушной регенерации новая схема позволяет повысить КПД установки на 5,7…6,5 % и существенно уменьшить эмиссию вредных веществ в атмосферу. Запропоновано нову схему газотурбінної установки, що відрізняється спільним використанням термохімічної та парової регенерації. У порівнянні з традиційною схемою повітряної регенерації нова схема дозволяє підвищити ККД установки на 5,7…6,5 % та істотно знизити емісію шкідливих речовин в атмосферу. We propose a new scheme of gas-turbine plants that is characterized by the joint use of thermochemical and steam recuperation. As compared to the traditional scheme of air recuperation, the new scheme enables one to enhance the efficiency of the plant by 5,7… 6.5 % and to decrease substantially the emission of harmful substances to the atmosphere. 2011 Article Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60317 536.7 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки
spellingShingle	Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки Носач, В.Г. Шрайбер, А.А. Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации Промышленная теплотехника
description	Предложена новая схема газотурбинной установки, отличающаяся совместным использованием термохимической и паровой регенерации. В сравнении с традиционной схемой воздушной регенерации новая схема позволяет повысить КПД установки на 5,7…6,5 % и существенно уменьшить эмиссию вредных веществ в атмосферу.
format	Article
author	Носач, В.Г. Шрайбер, А.А.
author_facet	Носач, В.Г. Шрайбер, А.А.
author_sort	Носач, В.Г.
title	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
title_short	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
title_full	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
title_fullStr	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
title_full_unstemmed	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
title_sort	повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Теплоэнергетические установки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60317
citation_txt	Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации / В.Г. Носач, А.А. Шрайбер // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 46-49. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT nosačvg povyšenieéffektivnostigazoturbinnyhustanovokzasčetsovmestnogoispolʹzovaniâtermohimičeskojiparovojregeneracii AT šrajberaa povyšenieéffektivnostigazoturbinnyhustanovokzasčetsovmestnogoispolʹzovaniâtermohimičeskojiparovojregeneracii
first_indexed	2025-07-05T11:27:17Z
last_indexed	2025-07-05T11:27:17Z
_version_	1836806137620463616
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №246 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ УДК 536.7 Носач В. Г.1, Шрайбер А. А.2 1Институт технической теплофизики НАН Украины 2Институт общей энергетики НАН Украины ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ЗА СЧЕТ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ И ПАРОВОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ Запропоновано нову схе- му газотурбінної установки, що відрізняється спільним ви- користанням термохімічної та парової регенерації. У порівнянні з традиційною схемою повітряної регенерації нова схема дозволяє підвищити ККД установки на 5,7…6,5 % та істотно знизити емісію шкідливих речовин в ат- мосферу. Предложена новая схема га- зотурбинной установки, отличаю- щаяся совместным использованием термохимической и паровой регене- рации. В сравнении с традиционной схемой воздушной регенерации но- вая схема позволяет повысить КПД установки на 5,7…6,5 % и суще- ственно уменьшить эмиссию вред- ных веществ в атмосферу. We propose a new scheme of gas- turbine plants that is characterized by the joint use of thermochemical and steam recuperation. As compared to the traditional scheme of air recuperation, the new scheme enables one to enhance the efficiency of the plant by 5,7… 6.5 % and to decrease substantially the emission of harmful substances to the atmosphere. A – работа; I – энтальпия; J – полная энтальпия; p – давление; Q – теплотворная способность; T – температура; β – коэффициент, определяющий расход продуктов сгорания через холодильник 6 и компрессор 7 (рис. 1); η – КПД установки; ГТУ – газотурбинная установка; КТ – конвертированное топливо; ПГ – природный газ; ПС – продукты сгорания; СПС – сухие продукты сгорания; ТХР – термохимическая регенерация. Разработка методов повышения эффектив- ности использования дефицитных топлив (пре- жде всего природного газа) в различных тепло- энергетических установках представляет собой важную задачу энергетической науки. Кроме того, современные экологические нормы тре- буют снижения количества вредных веществ (в частности, NOx ), которые выбрасываются в атмосферу. В настоящей работе различные пути решения этой задачи рассматриваются на примере газотурбинных установок (ГТУ), ра- ботающих на природном газе. Для повышения эффективности исполь- зования природного газа в ГТУ необходимо утилизировать физическую теплоту продуктов сгорания (ПС) на выходе из установки. Тради- ционный метод здесь связан с воздушной реге- нерацией, т.е. с нагревом воздуха, который по- дается для сжигания топлива, но этот вариант имеет два недостатка: (i) количество воздуха и его удельная теплоемкость меньше, чем соот- ветствующие параметры ПС; (ii) с ростом тем- пературы воздуха увеличивается эмиссия NOх. Другой путь связан с термохимической реге- нерацией (ТХР), т.е. с конверсией природного газа в ПС [1], что позволяет получить новое топливо, теплотворная способность которого выше, чем калорийность природного газа. Это топливо содержит значительное количество H2 и CO, сжигание которых сопровождается до- статочно низкой эмиссией NOх [2, 3]. Схема комбинированной системы регенера- ции (ТХР + нагрев воздуха) для ГТУ, а также некоторые результаты ее термодинамического расчета приведены в [4]. В частности, показа- но, что комбинированная система позволяет существенно (на 3,6…5,5 %) повысить КПД установки по сравнению с воздушной регене- рацией. Вместе с тем существует возможность дальнейшего повышения КПД ГТУ за счет со- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 47 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ вместного использования ТХР, нагрева воздуха и паровой регенерации. Схема новой комбинированной системы ре- генерации приведена на рис. 1. После расшире- ния в цилиндре высокого давления 3 продукты сгорания подаются в реактор – теплообменник 4 и далее – в цилиндр низкого давления 5 и парогенератор 9. Затем определенная часть ПС выбрасывается в атмосферу, а остаток охлаж- дается в аппарате 6, где весь водяной пар, пред- ставляющий собой часть ПС, конденсируется. Сухие продукты сгорания (СПС), т.е. CO2 + 7,52N2 сжимаются в компрессоре для ПС 7 до начального давления нашего цикла р1 (здесь и ниже индексы соответствуют номерам точек на рис. 1). После холодильника 6 конденсат по- ступает в насос (на схеме не показан), где его давление повышается до того же уровня р1, и далее – в парогенератор 9, где он нагревается до температуры кипения при давлении р1 и ис- паряется. Затем СПС из компрессора 7 и во- дяной пар из парогенератора 9 смешиваются в смесителе 8, и смесь разделяется на два пото- ка, которые помечены буквами А и В на рис. 1. Поток А, который представляет собой стехио- метрическое количество продуктов сгорания в реакции конверсии природного газа (полагаем, что он состоит из чистого метана), т.е. (CO2 + 2Н2О + 7,52N2)/3, смешивается с СН4 и по- дается в реактор – теплообменник 4, где реа- лизуется процесс конверсии. Поток В (его ко- личество составляет β (CO2 + 2Н2О + 7,52N2)) также направляется в аппарат 4. Кроме того, стехиометрическое количество воздуха (2O2 + 7,52N2) после компрессора 2 также нагревается в реакторе – теплообменнике 4. Коэффициент β выбирается так, чтобы температура ПС перед цилиндром 3 была равна заданной величине. Новая схема имеет следующие преимуще- ства: (а) поскольку в компрессор 7 подаются сухие продукты сгорания, его работа должна стать меньше, чем в схеме [4]; (б) температура Т11 на рис. 1 и, следователь- но, потери теплоты с уходящими газами долж- ны быть заметно меньше, чем в схеме [4]. Чтобы оценить эффективность предложен- ной схемы, были проведены ее термодинамиче- ские расчеты, подобные расчетам, описанным в [4]. В дополнение к упрощающим предпо- сылкам, принятым в [4], здесь не учитывалась работа конденсатного насоса ввиду ее малости. Как следует из рис. 1, полезная работа этой установки равна работе цилиндров 3 и 5 (А3, А5) за вычетом работы компрессоров 2 и 7 (А2, А7), и ее КПД составляет η = (А3 + А5 - А2 - А7)/Q, где Q – теплотворная способность метана. Некоторые результаты проведенных расче- тов в качестве примера представлены в табл. 1 (здесь Т1 = 1600 К; р1 = 1,5, 2 и 2,5 МПа; темпе- ратура Т7 = Т8 = Т10 выбиралась в соответствии с ограничением min (Т3 – Т6, Т3 – Т9, Т3 – Т13) ≥ 20 К, как и в [4]). Из этих данных видно, что новая схема позволяет заметно снизить темпе- ратуру ПС, выбрасываемых в атмосферу (Т11), и соответствующие потери теплоты. На рис. 2 приводится сравнение эффектив- ности трех схем: только воздушной регенера- ции, схемы, представленной в [4], и предло- Рис. 1. Газотурбинная установка с ТХР и конденсацией водяного пара: 1 – камера сгорания; 2 – воздушный компрессор; 3 – цилиндр высокого давления; 4 – реактор – теплообменник; 5 – цилиндр низкого давления; 6 – холодильник; 7 – компрессор для ПС; 8 – смесители; 9 – парогенератор. Цифры в кружках соответствуют номерам точек в табл. 1. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №248 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Таблица 1. Параметры рабочих тел № точки на рис. 1 Параметры № варианта 1 2 3 1 Давление p, MPa 1,5 2 2,5 Температура Т, К 1600 1600 1600 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 1669,8 1640,2 1615,8 2 Давление p, MPa 0,25 0,333 0,416 Температура Т, К 1130 1130 1130 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 1017,9 1000 985,1 3 Температура Т, К 702,6 759,3 805,5 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 471,4 531,6 578,8 4 Давление p, MPa 0,1 0,1 0,1 Температура Т, К 570,2 579,5 586,4 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 314 319,1 322,1 5 Температура Т, К 657,0 709,3 752,2 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 234,1 262,2 284,2 6 Состав реаги- рующей смеси, кмоль/кмоль СН4 СН4 1 1 1 CO2 0,333 0,333 0,333 H2O 0,667 0,667 0,667 N2 2,507 2,507 2,507 Калорийность, Q, MДж/кмоль СН4 802,3 802,3 802,3 Полная энтальпия J, MДж/кмоль СН4 831,6 836,9 841,1 7 Состав конверти- руемого топлива, кмоль/ кмоль СН4 СН4 0,684 0,728 0,761 N2 2,507 2,507 2,507 H2 0,895 0,778 0,692 СО2 0,279 0,295 0,305 CO 0,37 0,311 0,268 Н2О 0,404 0,433 0,455 Температура Т, К 962 958 953,9 Калорийность Q, MДж/кмоль СН4 869,7 860,0 852,9 Энтальпия I, MДж/кмоль СН4 119 117,5 116,1 Полная энтальпия J, MДж/кмоль СН4 988,7 977,5 969 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 49 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ женной здесь. Новая схема позволяет повысить КПД ГТУ на 1…2,1 % по сравнению со схемой [4] и на 5,7…6,5 % в сравнении с традицион- ным вариантом воздушной регенерации. Существенно, что указанный прирост вели- чины η может быть достигнут без повышения начальной температуры цикла. Полученные значения η того же порядка, что и КПД паро- газовых установок, но ГТУ намного проще и дешевле, т.к. здесь нет необходимости в паро- силовом цикле. Наконец, следует подчеркнуть, что количество молекулярного водорода и оксида углерода в КТ составляет 0,96… 1,27 кмоль/кмоль СН4 (см. табл. 1, точку 7), и, следовательно, эта схема позволяет сократить эмиссию NOx в окружающую среду. Выводы Таким образом, разработана схема ГТУ с совместным использованием термохимической и паровой регенерации. Схема позволяет суще- ственно (до 6,5 %) повысить КПД установки по сравнению с традиционной схемой ГТУ с воз- душной регенерацией. ЛИТЕРАТУРА 1. Носач В.Г. Энергия топлива. – К.: Наук. думка, 1989. – 148 с. 2. Сигал И.Я. Защита воздушного бассей- на при сжигании топлива. – Л.: Недра, 1988. – 312 с. 3. Tsolakis A., Megaritis A., Wyszynski M.L. Application of exhaust gas fuel reforming in compression ignition engines fueled by diesel and biodiesel fuel mixtures // Energy Fuels. – 2003. – Vol. 17. – P. 1464 – 1473. 4. Носач В.Г., Шрайбер А.А. Повышение эко- номичности и экологических характеристик газотурбинных установок за счет термохими- ческой регенерации // Пром. теплотехника. – 2011. – Т. 33, № 1. – С. 46 – 50. Получено 24.06.2010 г. 9 Температура Т, К 682,6 739,3 785,5 11 Температура Т, К 415,8 425,7 434,3 12 Температура Т, К 470 484 496 Коэффициент β 6,207 6,026 5,877 Работа турбин, MДж/кмоль СН4: А3 А5 651,9 157,4 640,2 212,5 630,7 256,7 Работа компрессоров, MДж/кмоль СН4: А2 А7 109,2 229,8 126,1 258,0 140,1 280,1 Полезная работа установки А∑, MДж/кмоль СН4 470,3 468,6 467,2 КПД установки, % 58,62 58,4 58,23 Примечание: давления в точках 5 – 10 те же, что и в точке 1; температуры в точках 8 и 10 те же, что и в точке 7. Рис. 2. Зависимость КПД ГТУ от начального давления: 1 – воздушная регенерация; 2 – схема [4]; 3 – предлагаемая схема.

Повышение эффективности газотурбинных установок за счет совместного использования термохимической и паровой регенерации

Репозитарії

Схожі ресурси