Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
5
шенную экономичность даже по сравнению с паротурбинными установками.
Давление за турбиной в ГТУ может быть поднято выше атмосферного в зависимости от того, какое давление необходимо потребителю. По мере повышения противодавления избыточная мощность установки падает и в пределе ГТУ может превратиться в генератор горячего газа.
В конце 40-х и в 50-е годы европейские фирмы и, в меньшей степени, американские создавали мощные ГТУ для несения
Рис. 1. Схема ГТУ мощностью 50 000 квт:
/ — пусковой электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — компрессор низкого давлення; 4 — компрессор высокого давления; 5 — турбина высокого давления; 6 — камера сгорания высокого давления; 7 — теплофикационный подогреватель; 8 — регенератор; 9 — камера сгорания низкого давления; 10 — турбина низкого давления; 11 — воздухоохладитель высокого давления; 12 — компрессор среднего давления; 13 — воздухоохладитель низкого давления; 14 — генератор
базовой нагрузки с максимально возможным к. п. д. Так как температура газа перед турбиной ограничивалась определенными пределами, высокая мощность и экономичность установок достигалась в результате усложнения цикла и введения регенерации тепла уходящих из турбины газов. Таким образом были созданы отдельные ГТУ мощностью 20—30 тыс. квт, экономичность которых соответствовала экономичности паротурбинных агрегатов мощностью до 50 000 квт.
На рис. 1 представлена схема отечественной стационарной базовой ГТУ мощностью 50 000 квт. Расчетные параметры установки: температуры газа за камерами сгорания 800 и 770° С, общая степень повышения давления 18, степень регенерации
75%, к. п. д. при полной нагрузке 33,5%, при 50%-ной нагрузке — 27%, без регенерации — 26%.
Опыт эксплуатации этой установки, а также многих зарубежных ГТУ, выполненных по сложным схемам, показал, что вследствие ненадежности отдельных элементов установки и невозможности учесть отдельные потери экономические преимущества подобных установок не могут быть полностью реализованы. Дальнейший же рост единичных мощностей и экономичности паровых турбин значительно опередил ГТУ и практически исключил их использование в большой энергетике как базовых установок, тем более, что единственным реальным видом топлива для ГТУ на сегодняшний день и, очевидно, на ближайшие годы является природный газ и дистиллатное жидкое топливо. Поэтому в последние годы наметился переход к применению газовых турбин в большой энергетике в качестве пиковых агрегатов.
Для современного газотурбостроения характерны рост начальной температуры газа, увеличение степени повышения давления и использование простых схем без регенерации (изредка с промежуточным охлаждением воздуха между компрессорами). Охлаждение высокотемпературных элементов и применение новых жаропрочных сплавов позволили поднять начальную
Рис. 2. Схема ГТУ мощностью 100 000 квт типа ГТ-100-750-2 ЛМЗ:
1 — пусковая турбина; 2 — компрессор высокого давления; 3 — камера сгорания высокого давления; 4 — турбина высокого давления; 5 — камера сгорания низкого давления; 6 — турбина низкого давлення; 7 — теплофикационный подогреватель;
8 — компрессор низкого давлення; 9 — генератор; JO — воздухоохладитель
температуру газа для базовых ГТУ до 870° С, для пиковых до SGO0C, Степень'повышения давления в одном корпусе компрессора достигла восьми. При простейшей схеме ГТУ эти параметры •обеспечивают к. п. д. установки 23—26%.
Способность газовых турбин к быстрому пуску и набору нагрузки, компактность агрегатов и малая металлоемкость позволяют использовать ГТУ в качестве пиковых агрегатов. Мощ-
7
ность установок для крупных энергосистем достигает 100 ООО квт. На рис. 2 дана схема ГТУ Ленинградского металлического завода (ЛМЗ). Температура за обеими камерами сгорания равна 750° С, общая степень повышения давления больше 25, к. п. д. равен 28%, продолжительность пуска из холодного состояния до номинальной мощности составляет 45 мин.
Для уменьшения капиталовложений в здание электростанции и ускорения ввода установок в эксплуатацию конструкции турбоагрегатов изготовляют блочными. Блоки располагаются в специальных боксах и легко могут транспортироваться в собранном виде или крупными узлами.
ГТУ служат также приводом центробежных нагнетателей магистральных газопроводов. Как правиле эти установки выполняют по простейшей схеме со свободной силовой турбиной. Технико-экономические расчеты показывают, что в установках этого типа целесообразно применять регенераторы, однако для упрощения оборудования и сокращения начальных капиталовложений многие приводные ГТУ выпускают без регенераторов.
ГТУ с отбором воздуха
Отбор воздуха после компрессора сопровождается уменьшением полезной мощности на валу ГТУ. При отводе примерно '/з общего расхода воздуха избыточная мощность установки сводится к нулю. ГТУ с отбором воздуха выпускают для комбинированной подачи энергии потребителям в виде электроэнергии от генератора и сжатого воздуха от компрессора, а также для подачи только сжатого воздуха.
Установки с комбинированной подачей энергии характерны тем, что изменение потребления одного из энергоносителей соответствующим образом влияет на величину второго. Поэтому такие ГТУ обычно не автономны, а их включают по одному энергоносителю в общую сеть с другими установками. В частности, на металлургических заводах используется отбор воздуха из компрессора для доменного дутья; электрогенератор при этом отдает энергию в общую сеть. Сокращение расхода дутьевого воздуха сопровождается увеличением выработки электроэнергии.
