Экономия топливного газа за счет замены регенераторов

При расчете экономического эффекта от использования регенератора для подогрева циклового воздуха перед подачей его в камеру сгорания ГТУ необходимо уметь рассчитывать ожидаемую экономию топливного газа.

При этом необходимо учитывать, что увеличение коэффициента регенерации φ может не привести к ожидаемому экономическому эффекту. Дело в том, что рабочие параметры основных элементов ГТУ: осевого компрессора, камеры сгорания, регенератора и газовой турбины, - настолько тесно увязываются между собой по условию получения максимального к.п.д. на муфте нагнетателя, что замена одного из них, даже на вариант с лучшими показателями, может привести к снижению эффективности работы установки в целом.

Степень регенерации можно также увеличить, если пойти на замену пластинчатых регенераторов трубчатыми с повышением коэффициента регенерации теплоты φ от 0,60…0,65 до 0,80…0,85.

Полагая, что при повышении значения коэффициента регенерации теплоты от φ₁ до φ₂ (при всех прочих равных условиях), происходит снижение расхода топливного газа, сжигаемого в камере сгорания ГТУ, с В₁ до В₂, определим относительную экономию топливного газа.

Относительная экономия топливного газа ε при повышении коэффициента регенерации в условиях сохранения мощности ГТУ (N_e = idem) в первом приближении может быть определена с учетом сбалансированного теплообмена в камере сгорания:

, (4.11)

где - низшая теплота сгорания топлива; G – массовый расход рабочего тела; с_pm – средняя удельная теплоемкость продуктов сгорания; t₃ – температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания (на входе в ТВД); t_i2 и t_i1 – соответственно температуры воздуха на входе в камеру сгорания после нового и старого регенераторов; η_кс2 и η_кс1 - КПД камеры сгорания на сопоставляемых режимах работы.

После некоторых упрощений формула принимает следующий вид:

, (4.12)

где h_е – КПД ГТУ на режиме работы с коэффициентом регенерации j₁; h_кс – КПД камеры сгорания.

Дополнительно, только за счет устранения утечек воздуха в регенераторах относительная мощность ГТУ может увеличиться на 2,9… 16,1 %, а величина КПД ГТУ может возрасти на 1,8…10,3 % при коэффициенте использования рабочего тела m = 0,95…0,99 и соотношения мощностей турбины и компрессора λ = 0,64 (табл. 4.4).

Таблица 4.4 – Влияние утечек воздуха в регенераторе на эффективную мощность и КПД ГТУ