2. Судовые газотурбинные установки. Газотурбинные установки гту

ТЕМА 6. ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

На отечественных ТЭС начинают широко использовать газотурбинные установки (ГТУ). В качестве рабочего тела в них используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. В ГТУ преобразуется теплота газов в кинетическую энергию вращения ротора турбины.

По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины не отличаются от паровых. Экономичность работы газовых турбин примерно; такая же, как и двигателей внутреннего сгорания, а при очень высоких температурах рабочего газа экономичность газовых турбин выше. Кроме того, газовые турбины более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощности.

Особенно широкое распространение газовые турбины получили на транспорте. Применение газовых турбин в качестве основных элементов авиационных двигателей позволило в современной авиации достичь больших скоростей, грузоподъемности и высоты полета. Газотурболокомотивы на железнодорожном транспорте конкурентоспособны с тепловозами, оборудованными поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Современные газовые турбины в основном работают на жидком топливе, однако кроме жидкого топлива может использоваться газообразное: как естественный природный горючий газ, так и искусственный газ, получаемый особым сжиганием твердых топлив любых видов. Представляет практический интерес перспектива сжигания угля в местах его залегания. При этом под землю компрессорами в необходимом количестве подается воздух, производится специальное сжигание угля с образованием горючего газа, который затем подается по трубам к газотурбинным установкам. Впервые в мире такая опытная электростанция построена в Тульской области.

Работа газотурбинной установки осуществляется следующим образом. В камеру сгорания 1 подается жидкое или газообразное топливо и воздух (рис. 2.14, а). Получающиеся в камере сгорания газы 2 с высокой температурой и под большим давлением направляются на рабочие лопатки турбины 3. Турбина вращает электрический генератор 4 и компрессор 5, необходимый для подачи под давлением воздуха 6 в камеру сгорания. Сжатый в компрессоре воздух перед подачей в камеру сгорания подогревается в регенераторе 7 отработанными в турбине горючими газами 8. Подогрев воздуха позволяет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания.

Общий вид газотурбинной установки приведен на рис. 2,14.

ПП

Парогазовые установки.

Отработанные в ГТУ газы имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов таким образом, что в них происходит совместное использование теплоты, получаемой при сжигании топлива, позволяет на 8—10% повысить экономичность работы установки, называемой парогазовой, и снизить ее стоимость на 25%.

Рис. 2.15. Принципиальная схема парогазовой установки:

1 — парогенератор; 2 — компрессор; 3 — газовая турбина; 4 — генератор; 5 —паровая турбина; 6 —конденсатор; 7 — насос; 8—экономайзер.

Парогазовые установки, использующие два вида рабочего тела — пар и газ — относятся к бинарным. В них часть теплоты, получаемой при сжигании топлива в парогенераторе, расходуется на образование пара, который затем направляется в турбину (рис. 2.15). Охлажденные до температуры 650—700°С газы попадают на рабочие лопатки газовой турбины. Отработанные в турбине газы используются для подогрева питательной воды, что позволяет уменьшить расход топлива и повысить КПД всей установки, который может достичь примерно 44%.

Парогазовые установки могут работать также по схеме, в которой отработанные в газовой турбине газы поступают в паровой котел. Газовая турбина в этом случае служит как бы частью паросиловой установки. В камере сгорания газотурбинной установки сжигается 30—40% топлива, а в парогенераторе — остальное топливо.

Газотурбинные установки могут работать только на жидком или газообразном топливе, так как продукты сгорания твердого топлива, содержащие золу и механические примеси, оказывают вредное влияние на лопатки газовой турбины. В газотурбинных установках, так же как и в обычных паросиловых установках, тепловая энергия преобразуется в механическую в турбинах и механическая энергия — в электрическую в генераторах. Эта схема электромеханического преобразования энергии требует использования материалов, способных выдерживать большие механические нагрузки при больших частотах вращения вала турбины и высоких температурах. Ограниченная прочность материалов вынуждает использовать пар при температурах не выше 600°С, в то время как температура сжигаемого топлива достигает 2000°С. Сокращение разницы этих температур позволит существенно повысить КПД тепловых установок.

2. Судовые газотурбинные установки

2.1. Принцип действия

Газотурбинным называется такой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия рабочего тела превращается в механическую энергию в газовой турбине. Рабочим телом в газовой турбине служит любой газ (воздух, продукты сгорания, гелий, азот и др.) или их смеси.

Газотурбинный двигатель с зубчатой передачей и навешенными или расположенными на общей с ним раме вспомогательными механизмами и устройствами называется газотурбинным агрегатом.

Газотурбинный агрегат с обслуживающими его системами образует газотурбинную установку (ГТУ).

Схема простейшего судового газотурбинного двигателя (ГТД) (открытого цикла) с горением топлива при постоянном давлении представлена на Рис. 25, а соответствующие процессы термодинамического цикла в диаграмме T-S изображены на Рис. 26.

Рис. 25. Схема ГТУ открытого цикла

В состав ГТД входят три основных элемента: газовая турбина 5, компрессор 3 и камера сгорания 4. Помимо этого на схеме изображено: гребной винт 7, редуктор 6, муфта 2 и пусковой электродвигатель 1.

Компрессор засасывает атмосферный воздух, сжимает его до определенного давления р и подает в камеру сгорания. Сюда же топливным насосом непрерывно подается топливо, которое сгорает в среде сжатого воздуха.

Образующиеся при этом продукты сгорания (газы) при высокой температуре и давлении поступают в газовую турбину, где, расширяясь вращают ротор точно так же, как пар вращает ротор паровой турбины. Отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, в силу этого цикл называем открытым.

Газовая турбина большую часть своей мощности затрачивает на привод компрессора, а оставшуюся часть (полезная мощность) отдает гребному винту 7.

Вращение от газовой турбины к гребному винту передается через зубчатую передачу (редуктор) 6.

Запуск установки производится от пускового электродвигателя 1, который может быть соединен с общим для турбины и компрессора валом при помощи специальной муфты 2. Электродвигатель сообщает компрессору требуемую частоту вращения, после чего в камеру сгорания подается через форсунку топливо, и установка начинает работать.

ГТУ работает по циклу, изображенному на Рис. 26.

Рис. 26. Цикл ГТУ

Здесь:

1-2’- адиабатный процесс сжатия в компрессоре;

1-2 - действительный процесс сжатия в компрессоре с учетом внутренних потерь;

2-3 - подвод теплоты в камере сгорания;

3-4’- адиабатный процесс расширения в турбине;

3-4 - действительный процесс расширения в турбине;

4-1 - условный замыкающий процесс, соответствующий охлаждению газов, покидающих турбину.

2.2. Сложные циклы

На Рис. 27 представлена схема ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией теплоты и изображен её цикл в диаграмме T-S.

Рис. 27. Схема и цикл ГТУ с промежуточным охлаждением

и регенерацией теплоты

Линии 1 - 2’ и 1’ - 2 соответствуют процессам сжатия в компрессоре низкого давления 1 и в компрессоре высокого давления (КВД) 3 с учетом внутренних потерь в компрессоре. Линия 2' - 1' - процессу отвода теплоты при постоянном давлении в промежуточном воздухоохладителе 2. Промежуточный воздухоохладитель повышает экономичность двигателя, так как сжатие воздуха в КВД происходит при более низкой температуре. Линия 2 - 5 подогрев воздуха в регенераторе 5. Регенератор - теплообменный аппарат, в котором отработавшие в турбине газы нагревают воздух, поступающий в камеру сгорания. При наличии регенератора для достижения той же температуры газа перед турбиной требуется сжигать меньшее количество топлива в камере сгорания, чем в ГТД без регенератора. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в камере сгорания 4. Линия 3-4 расширения газов в турбине 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6-1 охлаждение продуктов сгорания в атмосфере, условное замыкание цикла.

За счёт использования части теплоты с уходящими газами для подогрева сжатого воздуха, перед его поступлением в камеру сгорания, повышается эффективность действия ГТУ.

Возможно также осуществить промежуточный подогрев. Схема ГТУ с промежуточным подогревом и регенерацией теплоты представлена на Рис. 28.

Рис. 28. Схема и цикл ГТУ с промежуточным подогревом и регенерацией теплоты

Линия 1 - 2 соответствует процессу сжатия в компрессоре 1. Линия 2 - 5 - подогрев воздуха в регенераторе 5. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в первой камере сгорания 2. Линия 3 - 4’ расширения газов в турбине высокого давления 3. Линия 4’ - 3’ - подвод теплоты во второй камере сгорания 4. Линия 3’ - 4 - расширение газов в турбине низкого давления 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6 - 1 охлаждение продуктов сгорания в атмосфере, условное замыкание цикла.

Рассмотрим цикл с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом и регенерацией теплоты, представленный на рис. 29.

Линии 1 - 2’ и 1’ - 2 соответствуют процессам сжатия в компрессоре низкого давления 1 и в компрессоре высокого давления 7. Линия 2' - 1' - процессу отвода теплоты при постоянном давлении в промежуточном воздухоохладителе 8. Линия 2 - 5 подогрев воздуха в регенераторе 5. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в первой камере сгорания 2. 3 - 4’ расширения газов в турбине высокого давления 3. Линия 4’ - 3’ - подвод теплоты во второй камере сгорания 4. Линия 3’ - 4 - расширение газов в турбине низкого давления 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6 - 1 охлаждение продуктов сгорания в атмосфере, условное замыкание цикла.

Рис. 29. Схема и цикл с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом и регенерацией теплоты

studfiles.net

Газотурбинная установка - это... Что такое Газотурбинная установка?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 ноября 2011.

Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств (пусковое устройство, компрессор, теплообменный аппарат или котёл-утилизатор для подогрева сетевой воды для промышленного снабжения).[источник не указан 404 дня]

Описание ГТУ

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей: силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе[1]: в обычном рабочем режиме — на газе, а в резервном (аварийном) — автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Применение ГТУ

В настоящее время газотурбинные установки начали широко применяться в малой энергетике [источник не указан 958 дней].

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования.

Блочно-модульное исполнение ГТУ обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, дистанционно [источник не указан 958 дней].

Примечания

См. также

Ссылки

muller.academic.ru