Газотурбинная установка замкнутого цикла, работающая на газообразных агентах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 июня, печатный экземпляр отправим 3 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №25 (367) июнь 2021 г.

Дата публикации: 19.06.2021

Статья просмотрена: 527 раз

Библиографическое описание:

Глазков, А. А. Газотурбинная установка замкнутого цикла, работающая на газообразных агентах / А. А. Глазков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 25 (367). — С. 83-86. — URL: https://moluch.ru/archive/367/82571/ (дата обращения: 19.06.2024).



Важная проблема человечества– это загрязнение окружающей среды токсичными выбросами. Решение этой проблемы состоит в использовании газотурбинной установки замкнутого цикла. Что позволит отработанный газ не сбрасывать в атмосферу, а использовать его повторно, отправляя его в компрессор. Это предотвращает повышение энтальпии в мире, которая напрямую влияет на всемирное потепление.

Ключевые слова: гелий, азот, углекислый газ, дросселирование, теплоемкость, газотурбинная установка.

An important problem of humanity is the pollution of the environment by toxic emissions. The solution to this problem is to use a closed-cycle gas turbine plant. This allows the exhaust gas not to be discharged into the atmosphere, but to be reused, sending it to the compressor. What prevents an increase in the world's enthalpy, which directly affects global warming

Key words: helium, nitrogen, carbon dioxide, throttling, heat capacity, gas turbine installation.

Газотурбинная установка — это такая тепловая машина, в которой тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию.

Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина.

Электрическая мощность газотурбинных энергоустановок колеблется от десятков кВт до десятков МВт. Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так и на жидком топливе.

Существуют газотурбинные установки открытого типа (рис.1), работающие на воздухе, которые выбрасывают в атмосферу отработанный газ. Это неэффективно, потому что, температура отработавших газов высокая и потеря неиспользованного тепла велика, а также загрязняет окружающую среду.

Схема ГТУ открытого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; КС — камера сгорания; Э — электрогенератор

Рис. 1. Схема ГТУ открытого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; КС — камера сгорания; Э — электрогенератор

Для решения этой проблемы используют ГТУ закрытого цикла (см. рис. 2), которая не сбрасывает отработанный газ в атмосферу, а использует его повторно, отправляя его в компрессор. Это позволяет сократить количество токсичных выбросов и повысить эффективность газотурбинных установок.

Схема ГТУ замкнутого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; ТО — теплообменник; ОХЛ — охладитель; ЭГ — электрогенератор

Рис. 2. Схема ГТУ замкнутого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; ТО — теплообменник; ОХЛ — охладитель; ЭГ — электрогенератор

В ГТУ замкнутого типа в качестве теплоносителя чаще всего используют: гелий, азот, углекислый газ.

Так как использование жидкости вызывает трудности, потому что требуется ряд процессов, чтобы вернуть его в изначальное состояние. Следовательно, использование газообразного рабочего тела является отличным выбором, так как при всем процессе, газ не имеет фазового перехода, и при любой температуре позволяет протеканию термодинамических процессов.

Проблемой углекислого газа низкий КПД цикла. Происходит это из-за недоохлаждения газа при выходе, температура которого составляет ~600 К. В итоге приходится отработанный газ охлаждать на ~300 К, ведь при определенных параметрах можно принять температуру сжатия 305–310 К. Понижение температуры, приводит к большой потере эффективности, ведь часть его теплоты не расходуется.

Для работы в газотурбинных установках замкнутого цикла, чаще всего выбирают гелий. Он обладает вытесняющими свойствами, имеет высокое значение RT, благодаря маленькой молекулярной массе при одинаковых условиях. Проблема гелия, его маленький удельный объем, ведь при вытеснении из топливных баков это будет проблемой. Для этого повышают температуру гелия, что позволяет ему увеличить удельный объем.

Разница азота и гелия состоит в их температурах. Процесс дросселирование сопровождается повышением температуры гелия, а у азота происходит обратное действие, наступает усиленное охлаждение. Использование замкнутой газотурбинной установки и применение гелия в качестве рабочего тела обеспечит относительно небольшие габариты оборудования.

Во сколько раз гелий превосходит воздух, мы можем увидеть если сравним две газотурбинные установки — гелиевую и воздушную. Выявим соответствие между степенью повышения давления:

Соответствие между степенью повышения давления гелия и воздуха

Рис. 3. Соответствие между степенью повышения давления гелия и воздуха

Так как теплоемкость гелия =5,194, а воздуха =1,144, то их отношение показывает, что в ступени гелиевой установки будет сработан перепад энтальпий в 4,54 раза больше, чем в ступени воздушной.

Соответственно из этих условий, можно сказать, что отношение давлений и отношение плотностей в гелиевой установке будет меньше, чем в воздушной. Следовательно, при равенстве начальных температур и давлений, начальная плотность гелия будет меньше, чем воздуха.

Рассмотрев рабочие тела, которые используются в газотурбинных установках замкнутого цикла, можно сказать, что наиболее перспективным является гелий.

Литература:

  1. Газотурбинные установки замкнутого цикла URL: https://cyberleninka.ru/article/n/yadernye-gazoturbinnye-ustanovki-zamknutogo-tsikla
  2. Циклы газотурбинных установок. URL: https://www.elektro-expo.ru/ru/articles/gazoturbinnaya-ustanovka/
  3. ГТУ замкнутого циклаURL: https://mirmarine.net/svm/seu/668-gtu-zamknutogo-i-poluzamknutogo-tsiklov
  4. Использование гелия в ракетных двигателях URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-geliya-v-zhidkostnyh-raketnyh-dvigatelyah
  5. Газотурбинная установка на углекислом газе URL: https://www.popmech.ru/technologies/news-590003-gazoturbinnuyu-ustanovku-na-uglekislom-gaze-razrabotali-v-rossii/
Основные термины (генерируются автоматически): газотурбинная установка, замкнутый цикл, отработанный газ, газовая турбина, углекислый газ, газообразное рабочее тело, гелиевая установка, камера сгорания, окружающая среда, решение этой.


Похожие статьи

Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД

В бинарных установках рабочие тела газотурбинного цикла (воздух и продукты горения топлива) и паротурбинной установки (вода и

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной температуры воздуха за камерой сгорания и нарушенного охлаждения рабочей...

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

В качестве нижнего используется цикл паротурбинной установки, рабочим телом которого служит водяной пар. Отсюда названия цикла и установок-парогазовые. Парогазовые установки — сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе.

Особенности использования газотурбинных установок...

Возможны варианты крышного размещения газотурбинных установок небольшой мощности.

Такие установки имеют достоинства авиационных двигателей (небольшие вес и габариты

Газотурбинные установки: - М: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М...

Разработка математической модели газотурбинной...

В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива.

2. Силовой турбины, которая служит для преобразования потенциальной энергии газов в. забираемого воздуха, камеры сгорания, куда подаётся и где сжимается топливо, и турбины...

Методы повышения тепловой и экологической эффективности...

В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. установка, газотурбинная установка, полезное действие, паровая турбина, коэффициент, газ, энергетический котел, водяной пар...

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

В бинарных установках рабочие тела газотурбинного цикла (воздух и продукты горения топлива) и паротурбинной установки (вода и водяной пар) разделены. В монарных установках рабочим телом турбины является смесь продуктов сгорания и водяного пара.

Особенности работы газопоршневых энергоустановок...

газопоршневая установка, тепловая энергия, моторное масло, установка, электростанция, окружающая среда, Альтернативный способ генерации

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, отработавшие газы, тепловая энергия, термоэлектрический генератор.

Обзор математических моделей рабочих процессов газового...

Ключевые слова: камера сгорания, газовый двигатель, программный комплекс, отработавшие газы, моделирование, математическая модель, кинетический расчет, расчет образования, токсичные компоненты. В ЦНИДИ на протяжении многих лет велась разработка программного...

Математическая модель оптимизации режима горения природного...

Рассматриваются вопросы управления горением природного газа в топке на основе составленной математической модели в целях оптимизации процесса горения с использованием частотно-регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых вентиляторов.

Похожие статьи

Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД

В бинарных установках рабочие тела газотурбинного цикла (воздух и продукты горения топлива) и паротурбинной установки (вода и

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной температуры воздуха за камерой сгорания и нарушенного охлаждения рабочей...

Особенности использования парогазовых установок на ТЭС

В качестве нижнего используется цикл паротурбинной установки, рабочим телом которого служит водяной пар. Отсюда названия цикла и установок-парогазовые. Парогазовые установки — сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе.

Особенности использования газотурбинных установок...

Возможны варианты крышного размещения газотурбинных установок небольшой мощности.

Такие установки имеют достоинства авиационных двигателей (небольшие вес и габариты

Газотурбинные установки: - М: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М...

Разработка математической модели газотурбинной...

В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива.

2. Силовой турбины, которая служит для преобразования потенциальной энергии газов в. забираемого воздуха, камеры сгорания, куда подаётся и где сжимается топливо, и турбины...

Методы повышения тепловой и экологической эффективности...

В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. установка, газотурбинная установка, полезное действие, паровая турбина, коэффициент, газ, энергетический котел, водяной пар...

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

В бинарных установках рабочие тела газотурбинного цикла (воздух и продукты горения топлива) и паротурбинной установки (вода и водяной пар) разделены. В монарных установках рабочим телом турбины является смесь продуктов сгорания и водяного пара.

Особенности работы газопоршневых энергоустановок...

газопоршневая установка, тепловая энергия, моторное масло, установка, электростанция, окружающая среда, Альтернативный способ генерации

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, отработавшие газы, тепловая энергия, термоэлектрический генератор.

Обзор математических моделей рабочих процессов газового...

Ключевые слова: камера сгорания, газовый двигатель, программный комплекс, отработавшие газы, моделирование, математическая модель, кинетический расчет, расчет образования, токсичные компоненты. В ЦНИДИ на протяжении многих лет велась разработка программного...

Математическая модель оптимизации режима горения природного...

Рассматриваются вопросы управления горением природного газа в топке на основе составленной математической модели в целях оптимизации процесса горения с использованием частотно-регулируемого асинхронного электропривода тягодутьевых вентиляторов.

Задать вопрос