4. Способы повышения экономичности гту

Существуют некоторые возможности повышения экономичности ГТУ:

1. применение регенерации теплоты уходящих газов;

2. применение ступенчатого сжатие воздуха с промежуточным охлаждением;

3. применение ступенчатого расширения с промежуточным подводом теплоты;

4. использование сложных и многовальных схем ГТУ, позволяющих повысить экономичность ГТУ на частичных нагрузках;

5. применение комбинированных установок, работающих по парогазовому циклу и с поршневыми камерами сгорания.

1. Применение регенерации теплоты уходящих газов

Заключается в использовании теплоты уходящих газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Ф - фильтр для очистки воздуха; ОК - осевой компрессор; Р – регенератор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; П - приемник энергии; Д - двигатель пусковой

Рис.3.15. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты

1-2 -сжатие воздуха в компрессоре

2-5 - подвод тепла к воздуху в регенераторе

3-4 - расширение рабочего газа в турбине

4-6 - отвод теплоты от газов в регенераторе

6-1 - отвод теплоты в окружающую среду

Для осуществления регенерации воздух после компрессора ОК пропускается через регенератор Р , который представляет собой теплообменник поверхностного типа. В регенератор Р после газовой турбины ГТ отправляются и рабочие газы, которые отдают часть своей теплоты воздуху и затем удаляются в атмосферу.

Подогретый в регенераторе воздух подается в камеру сгорания.

Площадь Sa25b изображает на T-s диаграмме количество теплоты q_1p , получаемое 1 кг воздуха в регенераторе.

Площадь Sc64d - количество теплоты q_2p , отданное газами в регенераторе 1-му кг воздуха.

Если отсутствуют потери, то

.

Таким образом, количество теплоты, подводимое в камере сгорания q_KC для доведения температуры продуктов сгорания до заданной, уменьшается. Это приводит к сокращению расхода топлива.

Воздух в регенераторе теоретически можно подогреть до

.

При этом воздух будет получать количество теплоты, равное q_{1 max} . Степенью регенерации называется отношение количества теплоты, действительно переданное 1-му кг воздуха в регенераторе, к количеству теплоты, которое могло бы быть передано, если бы воздух нагревался до температуры газов, выходящих из турбины

- выражение степени регенерации через параметры цикла

При наличии регенерации расчет сложнее, чем без регенерации

повышается при увеличении КПД .

При повышении степени регенерации  оптимальная степень повышения давления _опт уменьшается.

При значениях  < 0,4 влияние регенерации на КПД ГТУ становится неэффективным.

При  > 0,5 c увеличением  экономичность ГТУ возрастает за счет уменьшения топлива в камере сгорания.

Величина степени регенерации  практически определяется площадью поверхностью регенератора

,

где К - коэффициент теплопередачи.

Если  = 0,6…0,8 , то экономия в расходе топлива может достигнуть 25%.

Увеличение  > 0,8 приводит к резкому увеличению площади поверхности регенератора и, как следствие, к увеличению капитальных затрат.

Выбор  _опт является технико-экономической задачей.

КПД приводных ГТУ 70^х ... 80^х годов:

с регенерацией теплоты _Вp = 0,25…0,29;

без регенерации теплоты _В = 0,20…0,23.