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.