Газотурбинные тепловые станции (гту).

Область применения:

1) Для выработки электрической и тепловой энергии.

2) Транспортные (двигатели самолетов, судов, железнодорожных локомотивов, танков).

3) Приводные ГТУ: для привода мощных нагнетателей воздуха (компрессоры, воздуходувки, насосы, на газоперекачке).

4) Энерготехнологические ГТУ: используются в технологических схемах крупных предприятий для приводов компрессоров, обеспечивающих рабочий процесс и работающих за счет расширения газов, образующихся в сомом технологическом процессе.

ПТУ  сложнее и дороже

ГТУ – маневреннее, быстрее пуск. Пуск ГТУ осуществляется за несколько минут, паросиловой установки – до нескольких часов).

1. ГТУ используют для снятия пиковых нагрузок (КПД низкий).

2. Благодаря низкой стоимости на газ, в последнее время повышен интерес у конечных потребителей энергии к созданию ГТУ (собственных) для обеспечения предприятий энергоресурсами.

3. Использование ГТУ (замкнутых), работающих в паре с атомными реакторами (для охлаждения применяют гелий).

Принципиальная схема гту.

Цикл ГТУ.

2_д, 4_д  потери в проточной части.

12 сжатие воздуха в компрессоре (адиабатное);

23 изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

34 адиабатное расширение продуктов сгорания в ГТ;

41 изобарное охлаждение продуктов сгорания в атмосфере.

степень повышения давления в компрессоре.

Р₁  давление окружающей среды только для разомкнутых схем.

Чем π выше, тем выше η_t..

Температура Т₃ ограничена пределом жаростойкости металла ГТ (1400°С – для авиационной турбины, или 900°С – в среднем).

Замкнутая схема.

Недостаток схемы: большое количество элементов, работающих при высокой температуре, что повышает стоимость установки (дорогие материалы).

Т₄ > Т₁ ≡ Т_ос Т₄=400÷450°С

В открытой схеме выбрасываемые газы имеют высокий тепловой потенциал.

Из-за потерь при определенной степени сжатия π работа компрессора может быть больше работы ГТ.

В реальной установке наибольшая эффективность достигается при определенной (оптимальной) степени повышенного давления в компрессоре π _опт.

Значение π _опт определяется температурой рабочего тела на выходе из камеры сгорания и относительными внутренними КПД компрессора и турбины.

π

Методы повышения КПД ГТУ.

1) Использование теплоты уходящих газов.

Регенеративный подогрев сжатого воздуха продуктами сгорания ГТ.

Т₄ > Т₁

температура воздуха на выходе из РП

Уменьшается количество подводимой теплоты в КС; уменьшается количество теплоты, выбрасываемое в окружающую среду, следовательно, эффективность возрастает.

Т₆=Т₂

, Р₄=Р₁, Р₂=Р₃

π > 1, следовательно, чем ниже π, тем больше выгода от регенерации теплоты.

При увеличении π : и;

с увеличением Т₃: ;

при определенной π:

2) Промежуточное охлаждение воздуха в компрессоре.

уменьшение работы на сжатие воздуха компрессором при промежуточном охлаждении воздуха, сжимаемого компрессором.

(адиабатный) изоэнтропный (относительный) КПД компрессора.

полезная работа компрессора ГТУ с промежуточным охлаждением воздеха.

>

3) Промежуточный подогрев газов в ГТ

η_t –относительный КПД турбины (адиабатный)

Р₃ = Р₂ ; Р₄ = Р₁

увеличение работы расширения продуктов сгорания в турбине за счет промышленного перегрева этих газов.

ПОВ – промежуточный охладитель воздуха;

ПП  промежуточный подогреватель продуктов сгорания.

Т₁ =300К

Т₃ =973К

π=5

увеличилась в 1,8 раз (на 80%).

Если иувеличить на 2%, тоувеличится на 14%.

Полезная мощность

расход газа через турбину;

расход газа через компрессор.

–расход теплоты с топливом в КС.

N_эл=N_пол·η_эм

Условия отпуска теплоты от газотурбинной ТЭЦ имеют следующие особенности:

1. Продолжительность сгорания на выходе из ГТУ составляют t=400-500°С,то достаточно для нагрева теплоносителей, в т.ч. пару, для отпуска тепловой энергии внешним потребителям.

2. Выработка тепловой энергии в виде пара или горячей воды производится за счет теплоты полностью отработавших в ГТ продуктов сгорания, поэтому:

- температурный уровень отпускаемой теплоты не влияет на тепловую экономичность ГТ.

- мощность газотурбинного двигателя ГТУ при любой величине отпуска тепловой энергии остается постоянным (электрическая и тепловая нагрузка не связаны).