Цикл гту с регенерацией теплоты

         Регенерация теплоты - подогрев воздуха после компрессора выхлопными газами - возможна при условии, что  .. Для этого в схему установки необходимо ввести дополнительное устройство – теплообменник. Схема и тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты представлены на рис. 12, 13. Воздух из компрессора направляется в теплообменник, где он получает теплоту от газов, вышедших из турбины. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания, где для достижения определенной температуры он должен получить меньшее количество теплоты сгорания топлива.

Рис. 12. Схема ГТУ с регенерацией теплоты (ТО – теплообменник)

 

Рис. 13. Тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты

 

         В процессе 4-5 продукты сгорания охлаждаются в теплообменнике и эта теплота передается воздуху в процессе 2-6. Количество теплоты регенерации рассчитывается по формуле:

.

     При полной регенерации (идеальном теплообменнике) воздух можно нагреть до температуры T₆, равной температуре T₄, а продукты сгорания охладить до температуры T₅, равной температуре воздуха T₂.

Работа цикла остается прежней, а количество подведенной теплоты уменьшается; теперь теплота q^p₁ подводится в камере сгорания только в процессе 6-3.

         Термический КПД цикла в этом случае равен:

         В реальных условиях теплота регенерации передается не полностью, так как теплообменники не идеальные. Нагрев воздуха осуществляется до точки 6', а продукты сгорания охлаждаются до точки 5′. В этом случае термический КПД должен учитывать степень регенерации, определяемую как отношение количества теплоты, переданного воздуху, к тому количеству теплоты, которое могло бы быть передано при охлаждении газов до температуры воздуха:

.

Величина степени регенерации определяется качеством и площадью рабочих поверхностей теплообменника (регенератора). С учетом степени регенерации теплота регенерации равна

Термический КПД цикла с учетом степени регенерации:

    

В настоящее время регенерация теплоты в основном находит применение в стационарных установках из-за большого веса и габаритов регенератора.

Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) — это совокупность воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, а также вспомогательных систем, обеспечивающих ее работу. Совокупность ГТУ и электрического генератора называют газотурбинным агрегатом.

Необходимо подчеркнуть одно важное отличие ГТУ от ПТУ. В состав ПТУ не входит котел, точнее котел рассматривается как отдельный ис­точник тепла; при таком рассмотрении котел — это «черный ящик»: в него входит питательная вода с температурой t_п.в, а выходит пар с параметрами р₀, t₀. Паротурбинная установка без котла как физического объекта работать не может. В ГТУ камера сгорания — это ее неотъемлемый элемент. В этом смысле ГТУ — самодостаточна.

Газотурбинные установки отличаются чрезвычайно большим разнообразием, пожалуй, даже большим, чем паротурбинные.

При расширении газов в газовой турбине на ее валу создается мощность. Эта мощность частично расходуется на привод воздушного компрессора, а ее избыток — на привод ротора 1 электрогенератора. Одна из характерных особенностей ГТУ состоит в том, что компрессор требует примерно половины мощности, развиваемой газовой турбиной. Например, в создаваемой в России ГТУ мощностью 180 МВт (это и есть полезная мощность) мощность компрессора составляет 196 МВт. Это одно из принципиальных отличий ГТУ от ПТУ: в последней мощность, идущая на сжатие питательной воды даже до давления в 23,5 МПа (240 ат) составляет всего несколько процентов от мощности паровой турбины. Связано это с тем, что вода — малосжимаемая жидкость, а воздух для сжатия требует много энергии.

Поэтому при автономной работе ГТУ ее КПД невелик:для типичных ГТУ он составляет 35—36 %, т.е. существенно меньше, чем КПД ПТУ.

Область применения газотурбинных установок.

В первую очередь - это ТЭЦ и мини-ТЭЦ. Благодаря использованию как жидкого, так и газообразного топлива, газотурбинная установка является наиболее выгодным решением с низкими затратами при эксплуатации и выгодной удельной стоимостью строительства. А длительный ресурс (до 200 000 часов) выгодно выделят газотурбинные установки среди ближайших конкурентов. К другим достоинствам можно отнести: отсутствие водяного охлаждения, высокая надёжность, работа на любом горючем топливе (керосин, дизельное топливо, серосодержащий газ), компактность размеров, возможность размещения на техническом этаже или крыше, позволяет их использование на промышленных объектах и в нефтеперерабатывающей промышленности. Газотурбинные установки используются в любых климатических условиях, как основной или резервный источник снабжения электрическим током и горячей водой. Использование абсорбционной холодильной камеры, подключённой к установке, позволяет получать холодную воду, для технических и производственных нужд. Надёжность ГТУ в эксплуатации, обеспечивается системой защиты энергоблока в случае аварийных ситуаций. В аварийном режиме установка может использовать в качестве горючего дизельное топливо.