Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Сохранение высокой экономичности на частичных режимах является специфической особенностью установок замкнутого цикла; при нагрузке, равной половине и четверти от номинальной, к. п. д. составляет соответственно около 90 и 75% его максимального значения. Столь высокий уровень экономичности достигается сохранением постоянной температуры перед турбиной на всех режимах работы.
Мощность установки регулируют только изменением уровня давления рабочего тела, т. е. его массового расхода при неизменном объемном расходе.
Высокому к. п. д. на частичных нагрузках способствует также сохранение экономичности турбомашин на неизменном уровне вследствие того, что температуры и скорости во всех точках цикла не меняются и треугольники скоростей в компрессоре и турбине не искажаются.
Поддержание постоянной температуры при различных нагрузках в высшей степени благоприятно сказывается на работоспособности всех горячих элементов установки, так как они не подвержены дополнительным температурным напряжениям при нестационарных режимах работы.
В замкнутых установках по сравнению с открытыми может быть получена значительно большая мощность в одном агрегате— 50 000 и даже 100 000 квт в результате повышения уровня давления в цикле.
В качестве рабочего тела для ГТУ замкнутого цикла можно использовать любой газообразный теплоноситель, обладающий
131
инертностью к конструкционным материалам, термической стойкостью и отсутствием токсичности.
Любое рабочее тело, кроме воздуха, требует специальной герметизации уплотнений в местах выхода вала из корпуса, повышенной герметичности трубопроводов и теплообменников и наличия резервуаров для выпуска и хранения газа при частичных нагрузках установки. Существенным недостатком воздуха как рабочего тела является недостаточная инертность его к конструкционным материалам. В связи с этим наблюдается коррозия теплообменных аппаратов и трубопроводов, выполненных из углеродистой стали, и циркуляция в системе частиц ржавчины, вызывающая усиленный износ лопаток турбомашин. Это явление свойственно только установкам замкнутого цикла.
Существенным преимуществом газовой турбины замкнутого цикла является возможность отдачи большого количества тепла в теплофикационную сеть без какого-либо понижения электрического к. п. д. установки. Теплофикационные ГТУ, работающие по замкнутому циклу, имеют большие возможности, чем установки, работающие по открытому циклу. Объясняется это тем, что тепло из замкнутого цикла отводится при относительно высокой температуре, а охлаждающая вода может быть непосредственно использована для теплофикации. В ГТУ открытого цикла тепло уходящих из турбины газов после регенератора может быть также утилизировано в специальных подогревателях сетевой воды, однако это связано с неизбежными потерями давления в цикле и требует дополнительных капиталовложений в громоздкий и металлоемкий аппарат, который должен работать при высоких температурах газа и быть достаточно кор-розиоустойчивым, особенно при работе на сернистых топливах.
В ГТУ замкнутого цикла в отличие от установок открытого цикла эти аппараты являются органическим элементом установки и их применение не связано с дополнительными потерями давления в тракте и добавочными капиталовложениями.
Отдача тепла на 1 Мет электрической мощности достигает в них 1,0 Гкал/ч без снижения экономичности при выработке электроэнергии. Для кратковременных периодов работы при очень низкой температуре воздуха количество отдаваемого тепла может быть увеличено в 2 раза, т. е до 2,0 Гкал/ч на
1 Мет, но при этом несколько уменьшается к. п. д. на клеммах генератора.
На рис. 82 дана теплофикационная схема ГТУ, работающей по замкнутому циклу, мощностью 2000 квт фирмы Эшер — Висс. В установке предусмотрено два контура циркуляции. В первичном контуре А вода подогревается в воздухоохладителях / и 2 с 45 до 75° С. На напорной магистрали имеется клапан 3 с электроприводом, поджатием которого можно регулировать темпе-
132
ратуру воды на выходе. Горячая вода поступает в теплообменник 4, где небольшая часть тепла отбирается для отопления. Температура воды при этом падает только на 3° С. Расширительная емкость 5 служит для поддержания постоянным давления. Циркуляция воды осуществляется насосом 11. В первичном контуре предусмотрен также охладитель 13, в котором вода охлаждается до 45° С. В комплекте с охладителем устанавливается смесительный клапан 12, автоматически поддерживающий температуру на выходе из охладителя. В период летней эксплуатации в охладителе 13 отбирается все тепло, полученное водой в теплофикационных секциях воздухоохладителей I и 2 (тепло отбирает циркуляционная вода, прокачиваемая через охладитель 13).
Прочие потребители тепла обеспечиваются тремя вторичными контурами Б (изображен только один из них). Горячая вода поступает в напорную магистраль 6, проходит через отопительные радиаторы 7 и по обратной магистрали 8 откачивается насосом 9. Во вторичном контуре предусмотрен смесительный клапан 10, который получает импульс в зависимости от наружной температуры и перепускает воду в напорную магистраль. Тепло, не использованное во вторичном контуре, возвращается снова в первичный контур А. Так как контур Б замыкается на контур А, расходы воды в магистралях 6 и <5 одинаковые и производительности насосов 9 и 11 должны быть равны с тем, чтобы исключить циркуляцию в перемычке 14.
