VI) Модернизация существующих паротурбинных установок путем их надстройки газотурбинными блоками.
Является одним из перспективных способов энергосбережения и повышения КПД выработки электрической и тепловой энергии.
Рассмотрим три способа повышения КПД газотурбинных установок, которые могут быть также частью установок парогазового цикла.
1) Увеличение температуры и давления рабочего тела на входе в турбину.
Как и для паротурбинных установок (ПТУ), повышение параметров ограничивается прочностью конструкции элементов установки. Для ПТУ это ограничение касается в первую очередь пароперегревателей и парового тракта, а для ГТУ — газовой турбины. Для осуществления этого способа применяют газовые турбины, лопатки которых изготовлены из высокопрочных материалов, а также используют различные методы их охлаждения во время работы турбины
например, вдув холодного газа в поток через лопатку, поверхность которой изготовлена из пористых материалов).
2) Применение регенеративного подогрева сжатого в компрессоре воздуха продуктами сгорания.
Температура уходящих газов ГТУ достаточно высокая (500 — 700 °С), и их теплота может быть использована для повышения КПД газотурбинной установки путем подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания (рис. 3).
ПТ — поверхностный теплообменник; КС – камера сгорания; Т – турбина; Г – генератор; Км – компрессор
Рисунок 3 - Схема ГТУ с регенеративным подогревом сжатого воздуха продуктами сгорания:
Для обеспечения регенеративного подогрева сжатого в компрессоре воздуха подогрева в схему включается поверхностный теплообменник (ПТ). При использовании этой схемы КПД установки повышается благодаря тому, что меньшее количество топлива требуется направлять в камеру сгорания для подогрева воздуха. Если расход топлива оставить неизменным, то увеличатся температура и давление газов перед турбиной, что также приведет к повышению КПД.
Для эффективной работы установки с использованием схемы представленной на рисунке 3 нужно, чтобы влияние аэродинамического сопротивления теплообменника на работу компрессора и турбины было невелико.
3) Охлаждение воздуха перед компрессором или между отдельными его ступенями (рисунок 4)
Для реализации рассматриваемого способа повышения эффективности ГТУ в схему, представленную на рисунке 4, включают охладитель воздуха (ОВ), представляющий собой теплообменный аппарат, в котором холодным теплоносителем может служить вода.
ОВ — охладитель воздуха; КС – камера сгорания; Т – турбина; Г – генератор; Км – компрессор
Рисунок 4 - Схема ГТУ с охлаждением воздуха между ступенями компрессора:
Изначально процесс сжатия воздуха в компрессоре сопровождается большими затратами энергии, которую компрессор получает от газовой турбины. Использование промежуточных охладителей уменьшает затраты энергии на сжатие воздуха, что в конечном итоге приводит к росту КПД газотурбинной установки (ГТУ).