POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI

Computer Design Systems

Sprawozdanie Nr 4

Temat: Układ gazowo-parowy.

Imię i nazwisko: Marcin Kempny

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

Specjalność: Maszyny i Urządzenia Energetyczne

Sekcja: S2

Data zajęć: 21.12.2015

1. Celem ćwiczenia jest budowa układu turbiny gazowej i parowej, oraz badanie wpływu wprowadzonych zmian na sprawność i moc elektryczną, oraz strumień pary przed turbiną parową badanego układu, który w najprostszej wersji składa się z:

1. Część gazowa:

- Sprężarki- napędzanej przez turbinę za pośrednictwem wału. Sprężarka ma za zadanie podnieść ciśnienie powietrza doprowadzanego do Komory Spalania.

- Komory Spalania, gdzie do sprężonego powietrza jest wtryskiwane paliwo, następuje zapłon i spalenie paliwa

- Turbina gazowa- Z Komory Spalania są dostarczane gorące spaliny o wysokiej entalpi, które przekazują energię na łopatki turbiny powodując ruch wirnika, następnie są kierowane do części parowej.

1. Część parowa:

- Podgrzewacz wody- zasilany gorącymi spalinami z części gazowej, które po opuszczeniu urządzenia są oddawane do otoczenia.

- Parownik- następuje tu odparowanie wody obiegowej zasilany gorącymi spalinami z części gazowej, które po opuszczeniu urządzenia przekazywane są do podgrzewacza wody.

- Przegrzewacz Pary- następuje tu przemiana pary nasyconej na przegrzaną, dzięki ciepłu dostarczonemu z gorących spalin Turbozespołu, które następnie kierowane są do Parownika.

-Turbina parowa- Następuje tu konwersja entalpii strumienia przegrzanej pary wodnej na energię mechaniczną służącą do napędu wału.

- Skraplacz- Para wodna po opuszczeniu Turbiny zostaje skroplona i za pomocą pomp jest transportowana do podgrzewacza wody.

2. W obiegu przeanalizowano wpływ zmian: Temperatury za komorą spalania, Sprężu w sprężarce, Temperatury pary przegrzanej na strumień pary przegrzanej, moc części gazowej, parowej i całego układu, oraz sprawność części gazowej, oraz całego układu.

3. Schemat badanego obiegu.

Rysunek

4. Parametry czynników w modelu:

- Strumień powietrza doprowadzany do sprężarki $\dot{m} = 600\frac{\text{kg}}{s}$

- Parametry powietrza na wejściu do sprężarki t=15^oC, p=1 bar, φ=60%

- Sprzęż (stosunek ciśnienia na wyjściu sprężarki do ciśnienia na wejściu sprężarki β=12

-Temperatura paliwa doprowadzanego do Komory Spalania t_p=10^oC

- Izentropowa sprawność sprężarki η_i=0,9; sprawność mechaniczna η_m=0,98

- Izentropowa sprawność turbiny η_i=0,92; sprawność mechaniczna η_m=0,99

- Współczynnik nadmiaru powietrza w Komorze Spalania λ=2

-Parametry wody chłodzącej w skraplaczu: t=10^oC, p=1 bar, za pompą p=2bar

-Parametry pary przegrzanej: t=560^oC, p=60bar

-Izentropowa sprawność turbiny parowej η_i=0,91

5. Otrzymane wykresy zależności.

a) Zależność mocy i sprawności od temperatury za Komorą Spalania.

b) Zależność mocy i sprawności od sprężu.

1. Zależność mocy elektrycznej i sprawności od temperatury pary świeżej

.

1. Zależność strumienia pary od jego temperatury.

6. Zalety i Wady zespołu turbiny gazowej:

1. Wady:

-Wysokie koszty paliwa,

- Część parowa nie może działać jeśli nie działa część gazowa

- Duże gabaryty w porównaniu do układów gazowych

b) Zalety:

-Dużo lepsza sprawność w porównaniu do układów gazowych.

- Wykorzystywanie części strat ciepła w części parowej.

6. Uwagi i Wnioski.

a) Z wykresu 1 wynika, że temperatura za Komorą Spalania ma istotny wpływ na pracę całego układu, ponieważ od niej zależy strumień entalpii dostarczony do turbiny gazowej, jak i parametry pary w części parowej.

b) Na wykresie 2 można zaobserwować, że wzrost wartości sprężu powoduje spadek mocy części parowej, a co za tym idzie całego układu, natomiast wzrost mocy w części gazowej jest znikomy. Natomiast sprawność części parowej i całego układu rośnie może to wynikać z charakterystyki obiegu, wraz ze wzrostem sprężu osiągamy lepsze sprawności (niewielki wzrost), ale tracimy na mocy.

c) Wraz ze wzrostem sprężu sprawność całego układu wzrasta w niewielkim stopniu, ponieważ parametry w części parowej praktycznie nie ulegają zmianie, a sprawność części gazowej nieznacznie wzrasta.

d) Z wykresu 3 wynika, że temperatura pary świeżej ma znikomy wpływ na sprawność i moc układu. Dzieje się tak ponieważ wielkość ta jest zależna od parametrów części gazowej. Moc i sprawność turbiny gazowej nie ulega zmianie, bo wraz ze wzrostem temperatury program zmniejsza strumień pary (Wykres 4), a więc entalpia na wejściu do turbiny parowej ma stałą wartość.