Газовые турбины проблемы и перспективы. Манушин Э.А. (1014151), страница 4
Текст из файла (страница 4)
принципиальная схема воздушно-аккумулирующе» ггу. 1 — компрессоры; 2 — воздухоохладители; 8 — камеры сгорания; 4 — турбины; 5 — рекупсратор; б — аккумулятор теплоты; 7 — воздухоподогревательч 8— возлушныв аккумулятор; 9 — электродвигатель; 10 — электрогеиератор; ПСУ— паросиловая установка температуре Гг = 1123 К в ГТУ с я„) = 70 и Г = г'= 1 можно получить Цс = 0,4, а пРи повышении темпеРатУРы до 1473 К с пт) = 140 е 170 и Г = г ' = 2 7)е = 0,5. В последнее время уделяется внимание таким своеобразным энерго- установкам, как воздушно-аккумулирующие ГТУ (ВАГТУ). Принципиальная схема одной из них приведена на рис.
1.5. К особенностям ВАГТУ относятся: отсутствие непосредственной термодинамической связи между процессами сжатия и расширения; различные расходы рабочего тела в процессах сжатия н расширения; наличие дополнительных гидравлических сопротивлений в тракте, соединяющем компрессор, турбину и воздушный аккумулятор (ВА); изменение цавления в ВА из-за нагрева или охлаждения воздуха в чем.
Оценка топливной экономичности из.за указанных особенностей выполняется иначе, чем в обычных ГТУ, и рассмотрена, например, в (15). Газотурбинные установки, работающие по замкнутому циклу (ЗГТУ) (рис. 1.6), отличаются от рассмотренных ГТУ открытого цикла тем, что в них необходим концевой газоохладитель, понижающий температуру газа до начального значения Тн, и регенератор. Вместо камеры сгорания в ЗГТУ устанавливается подогреватель, в котором рабочее тело не смешивается с продуктами сгорания топлива. Рабочее тело в ЗГТУ можно выбирать произвольно в зависимости от требований, предъявляемых к установке. Наиболее часто рассматривают ЗГТУ на воздухе, азоте, инертных газах и их смесях, на углекислом газе.
Из сравнения рис. 1.6, б и 1.1, б следует, что цикл ЗГТУ принципиально не отличается от цикла открытой ГТУ. Однако начальное давление в цикле ЗГТУ может быть существенно выше атмосферного. Поэтому в ЗГТУ 1б можно получать значительные мощности при небольших диаметрах проточных частей компрессоров и турбин и меньших поверхностях теллооб. мена в регенераторе, чем в опсрытых ГТУ. Вместе с тем высокое давление приводит к некоторому утяжелению установки.
Большие проблемы возникают при создании подогревателя, размеры и масса которого получаются слишком большими. 1.2. Газотурбинные установки на ядерном топливе Атомные замкнутые ГТУ (АЗГТУ) включают в себя агрегаты, повышающие их экономичность; промежуточные газоохладители, регенератор и т.п. Термодинамические циклы АЗГТУ в принципе не отличаются от циклов ЗГТУ на органическом топливе. В качестве рабочего тела стационарных н транспортных АЗГТУ большой мощности рассматривается гелий, поскольку в чистом вице он не становится радиоактивным. Оцнако гелий имеет повышенную текучесть, он дорогостояш, лопаточные машины получаются сложными и имеют высокую стоимость из-за большого числа ступеней. Для АЗГТУ мзлой мощности (до 100 кВт) в качестве рабочего тела обычно рассматривается гелий-ксеноновая смесь, имеющая в несколько раз больший коэффициент теплопроводности, чем оцноатомные нейтрзльные газы такой 'же молекулярной массы.
Тепло- обменные аппараты, являющиеся наиболее тяжелой и громоздкой частью ЗГТУ, при этом получаются значительно более компактными и легкими. Однако такие смеси дорогостоящи (27) . Параметры перспективных АЗГТУ пока не установлены; любые значения их следует рассматривать как ориентировочные, так как опыт постройки и тем более эксплуатации их с ядерным реактором пока отсутствует. Тем не менее такие ГТУ можно рассчитывать цля температуры илия на выходе из реактора до 1223 К, поскольку такие реакторы уже имеются и длительно эксплуатируются.
2-5275 17 ! 79 ! 1 Б 7 Ртрорм 77 ! Пордод на пара нг 8 отрадотаВтих д') газод а) ! 79 73 Т По06оБ Бтго „ пара порар" 70 ! р Г ! '! 1 1 ! 1 1 19 1 З. Комбинированные турбинные установки на органическом и ядерном топливах и на солнечной энергии Комби тур нами— нированные установки с паровыми и газовыми т би парогазовые (ПГУ) и газопаровые (ГПУ), в которых два рабочих тела— пар и газ — используются в едином энергетическом комплексе, характеризуются значительно более высокими показателя к зателями, чем современные паротурбинные блоки.
Многочисленные работающие и проектируемые комбини в т бинные с м инированные обо ур у тановки различаются по тепловым схемам и испо льзуемому о рудованию. Их зотассификацию выполняют прежде всего по принципу использования теплоты сгорания топлива [11. Е сли основная доля Ряс. 1.7. Принципиальные тепловые схемы ПГУ: а — сВПГ; б-сНПГ; ° Г; п — с подогревом питательной воды я простейшей Гту; г — с подогревом питательной воды и мяогозгрсгатяой ГТУ: 1 — зпектрогеясрвтор; 2 — компрессор; 3 — система товпввоподачи; 4- камера сгорания с парогсисрзтором; 5 — газовая ту бина; б— р; — паровая турбина; 7— 18 теплоты подводится с топливом в паротурбинную часть, то такие комбинированные установки принято называть парогазовымн (ПГУ).
Если основная доля теплоты подводится с топливом в камеру сгорания ГТУ, то такие установки называют газопаровыми (ГПУ) . ПГУ и ГПУ по принципу взаимодействия рабочих тел объединяются в две основные группы [1): установки с разделенными контурами, в которых пароводяное и газообразное рабочие тела движутся по самостоятельным трактам (контурам), взаимодействуя лишь посредством тепло- обмена в аппаратах поверхностного типа; установки контактного типа или со смешением, в которых происходит смешение продуктов сгорания топпива с пароводяным рабочим телом перед расширением в газо- паровой турбине. ПГУ работают по раздельным схемам.
Различают ПГУ трех типов; г — — — — —— Б 7 ! ! 1 звсктрогевератор; П вЂ” конденсатор; р — насос; 10 — рсгсиератввяый подогреватель конденсата паром; 11 — газоводявой подогрсватсвь; 12 — камера сгорания; 13— котел; 14 — система подачи топ!ива в котся; 15 — промежуточные воздухоохлаците. хв ГГУ с высоконапорным парогенератором (ВПГ) (рис. 1.7, а), с низконапорным парогенератором (НПГ) (рис. 1.7, б), с использованием отходящей от газовой турбины теплоты для подогрева питательной воды в ПТУ (рис. ! .7, в, г) . В ПГУ с ВПГ парогенератор обычно совмещен с камерой сгорания газового контура и все топливо сгорает при высоком давлении. Для понижения температуры отработавших газов за газовой турбиной уста. навливается газоводяной подогреватель, который частично вытесняет паровую регенерацию в паротурбннной части установки.
В ПГУ с НПГ (такую установку иногда называют ПГУ со сбросом или ПГУ сбросного типа) отработавшие в ГТУ газы поступают в топку обычного котла и используются дпя сжигаоия дополнительного топлива— . не только жидкого или газообразного, но, например, и угля. За НПГ также предусмотрен газоводяной подогреватель. В таких установках ГТУ является как бы надстройкой паротурбинной установки, поэтому такая схема используется для реконструкции паротурбинных установок, работающих на пониженных параметрах пара.
В установках третьего типа отработавшие в ГТУ газы направляются в газовый подогреватель питательной воды, где их теплота утилизируется. Зтой теплоты может быть достаточно для того, чтобы отключить регенеративные подогреватели питательной воды. Прн этом резко возрастают мощность и КПД установки. Важно, что паротурбинный блок включается в схему без принципиальных изменений. Однако значительно больший экономический эффект может быль получен в ПГУ, состоящей из многоагрегатной ГТУ и ПТУ (рис.
1.7, г) 127) . В такой схеме паровая регенерация ПТУ полностью или частично выключается, а конденсат нагреваетса в промежуточных воздухоохладителях ГТУ и в подогревателе на выходе из ГТУ. При осуществлении такой установки не требуются значительные переделки ни в котле, ни в регенеративной системе паровой турбины. ГПУ выполняются с раздельными контурами и по контактным схе- ~ мам. В ГПУ с разделенными контурами все топливо или основная его часть сжигается в камере сгорания ГТУ. Простейшая схема ГПУ без дожигания топлива показана на рис. 1.8, а.
Иногда тепловой цикл без подвода теплоты топлива к пароводяному рабочему телу называют бинарным газопаровым циклом. В ряде случаев вводится некоторый небольшой (до 15 — 20 % расхода топлива газового контура) подвод топлива перед котлом-утилизатором. В ГПУ контактного типа осуществляется ввод воды (рис. 1.8, б) или пара (рис.
1.8, в) в тракт высокого давления. Для генерации пара в ГПУ по схеме, изображенной на рис. 1.8, в, предусмотрен котел-утилизатор, в котором используется часть теплоты отработавших в турбине газов. Ввод воды или пара увеличивает расход рабочего тела через турбину по сравнению с расходом воздуха через компрессор, а следовательно, и ее работу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
