Газотурбинные установки (гту).

Принцип работы газовой турбины аналогичен принципу работы паровой турбины и конструктивно они примерно такие же. ГТУ могут быть открытого и закрытого типа. На ГТУ открытого типа используют газ и жидкое топливо, на ГТУ закрытого типа используют любой газ и тепло передается через стенку.

ГТУ открытого типа.

Основное оборудование ГТУ открытого типа:

- газовые турбины;

- воздушный компрессор;

- электрогенератор.

Рисунок 83.

ВК – воздушный компрессор, КСГ – камера сгорания, ГТ – газовая турбина.

Воздух поступает в воздушный компрессор, сжимается, повышается давление; с повышенным давлением поступает в камеру сгорания, где происходит сгорание топлива. Продукты сгорания идут на лопатки газовой турбины, здесь происходит превращение тепловой энергии в механическую. Компрессор находится на одном валу с турбиной. 50-60% вырабатываемой мощности турбиной потребляет компрессор, привод компрессора. Воздух забирает часть тепла продуктов сгорания в регенераторе.

ГТ – 100 – 750, где число 100 означает 100 МВт полезной мощности (электрической мощности в данном случае), а 750 – температура продуктов сгорания перед турбиной.

Рисунок 84. Идеальный цикл ГТУ. Цикл Брайтона.

Рисунок 85. Реальный цикл.

2а – 3 подвод тепла

4а – 1 отвод тепла

1 - 2а - 3 – 4а – 1 полезная работа

КПД ГТУ

η_ГТУ = [α_Tад. ∙ η_oi ∙ η_м – α_кад / (η_кад ∙ η_м)] / Q_подв ∙ η_ксг ∙ η_г

абсолютный электрический КТД ГТУ

Q_подв – подведенное тепло, η_ксг – КПД камеры сгорания.

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Строительство таких электростанций в отдаленных (особенно северных) районах позволяет получить значительную экономию средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а для центральных районов - повысить надежность электрического, теплового снабжения как отдельных предприятий или организаций, так и территорий в целом.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Газотурбинные установки, получающие все более широкое распространение в энергетике, имеют ряд существенных преимуществ перед паротурбинными установками благодаря малой массе, компактности и простоте в обслужи­вании.

Основные преимущества ГТУ по сравнению с ПТУ

Преимуществом ГТУ является более значительная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении по сравнению с ПТУ, при этом образуется излишек электроэнергии, который может значительно превышать собственные нужды котельной. Таким образом, использование ГТУ для когенерации электроэнергии в котельных наиболее предпочтительно для строящихся и расширяющихся водогрейных котельных. в ГТУ отсутствует паровой котел,

Главным преимуществом ГТУ является ее компактность. Действительно, прежде всего, в ГТУ отсутствует паровой котел, — сооружение, достигающее большой высоты и требующее для установки отдельного помещения . Связано это обстоятельство, прежде всего с высоким давлением в камере сгорания (1,2—2 МПа); в котле горение происходит при атмосферном давлении и соответственно объем образующихся горячих газов оказывается в 12—20 раз больше. Далее, в ГТУ процесс расширения газов происходит в газовой турбине, состоящей всего из 3—5 ступеней, в то время как паровая турбина, имеющая такую же мощность, состоит из 3—4 цилиндров, заключающих 25—30 ступеней. Даже с учетом и камеры сгорания, и воздушного компрессора ГТУ мощностью 150 МВт имеет длину 8—12 м, а длина паровой турбины такой же мощности при трехцилиндровом исполнении в 1,5 раза больше. При этом для паровой турбины кроме котла необходимо предусмотреть установку конденсатора с циркуляционными и конденсатными насосами, систему регенерации из 7—9 подогревателей, питательные турбонасосы (от одного до трех), деаэратор. Как следствие, ГТУ может быть установлена на бетонное основание на нулевой отметке машинного зала, а ПТУ требует рамного фундамента высотой 9—16 м с размещением паровой турбины на верхней фундаментной плите и вспомогательного оборудования — в конденсационном помещении.

Компактность ГТУ позволяет осуществить ее сборку на турбинном заводе, доставить в машинный зал железнодорожным или автодорожным транспортом для установки на простом фундаменте. Так, в частности, транспортируется ГТУ с встроенными камерами сгорания. При транспортировке ГТУ с выносными камерами последние транспортируются отдельно, но легко и быстро присоединяются с помощью фланцев к модулю компрессор — газовая турбина. Паровая турбина поставляется многочисленными узлами и деталями, монтаж как ее самой, так и многочисленного вспомогательного оборудования и связей между ними занимает в несколько раз больше времени, чем ГТУ.

ГТУ не требует охлаждающей воды. Как следствие, в ГТУ отсутствует конденсатор и система технического водоснабжения с насосной установкой и градирней (при оборотном водоснабжении). В результате все это приводит к тому, что стоимость 1 кВт установленной мощности газотурбинной электростанции значительно меньше. При этом стоимость собственно ГТУ (компрессор + камера сгорания + газовая турбина) из-за ее сложности оказывается в 3—4 раза больше, чем стоимость паровой турбины такой же мощности.

Важным преимуществом ГТУ является ее высокая маневренность, определяемая малым уровнем давления (по сравнению с давлением в паровой турбине) и, следовательно, легким прогревом и охлаждением без возникновения опасных температурных напряжений и деформаций.