4. Газотурбинные и парогазовые установки

Рассмотренная в предыдущем параграфе схема ТЭС является ос­новной, в ней используется парогенератор, в котором водяной пар служит носителем энергии. На ТЭС могут использоваться газотур­бинные установки (ГТУ). Широкое распространение газовые турбины получили на транспорте в качестве основных элементов авиационных двигателей, на железнодорожном транспорте - газо- турболокомотивы.

В ГТУ в качестве рабочего тела служит смесь продуктов сго­рания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом дав­лении и высокой температуре.

В ГТУ осуществляются следующие преобразования:

К тепловая энергия газов электрическая Энергия инетическая энергия вращения ротора турбины

По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины не отличаются от паровых. Экономичность работы газовых турбин примерно такая же, как и двигателей внутрен­него сгорания, а при очень высоких температурах рабочего тела их экономичность выше. Газовые турбины более компактны, чем паро­вые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощно­сти. При мощности 25-100 тыс. КВт КПД ГТУ составляет 27-28%; КПД зарубежных конструкций ГТУ мощностью 100 МВт достигает 31-32%. Важнейшим преимуществом газовой турбины является ее высокая маневренность: время запуска составляет 1-1,5 мин. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, чем паротурбинная, легко пускается, останавливается, регулируется. Это очень ценно, как мы увидим ниже, для экономичного и надежного функционирования энергетических систем. Пока мощности имеющихся газовых турбин в 5-8 раз меньше, чем паровых. Недостаток ГТУ заключается в том, что газовые турбины работают, в основном, на жидком высокосортном топливе или на газообразном (природный газ; искусственный газ, по­лучаемый при особом сжигании твердых топлив). Тем не менее, ана­литические исследования перспективных направлений развития ми­ровой энергетики называют ГТУ в числе наиболее прогрессивных преобразователей энергии XXI века.

На рис. 4.5 представлена принципиальная схема ТЭС с газотурбин­ной установкой. В камеру сгорания 1 подается жидкое или газообраз­ное топливо и воздух. Образующиеся в ней газы 2 высокого давления при температуре 750-770 °С направляются на рабочие лопатки турби­ны 3. Турбина 3 вращает электрический генератор 4, вырабатывающий электрическую энергию, и компрессор 5, служащий для подачи под дав­лением воздуха 6 в камеру сгорания. Сжатый в компрессоре 5 воздух 6 перед подачей в камеру сгорания 1 подогревается в регенераторе 7 от­работанными в турбине горючими газами 8. Подогрев воздуха позволя­ет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания.

топливо

Рис. 4.5. Принципиальная схема ТЭС с газотурбинной установкой (ГТУ).

Для повышения экономической эффективности использования ГТУ на ТЭС применяют парогазовые установки - совмещение газотур­бинных и паротурбинных агрегатов. Они являются высокоманеврен­ными и служат для покрытия пиковых нагрузок в энергосистеме.

Дело в том, что отработанные в ГТУ газы имеют высокую темпера­туру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов так, что в них про­исходит совместное использование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, позволяет на 8-10% повысить в целом экономич­ность установки, получившей название парогазовой, и снизить ее сто­имость на 25%.

Парогазовая установка является бинарной, так как в ней использу­ются два рабочих тела: пар и газ. Принципиальная схема ТЭС с парога­зовой установкой приведена на рис. 4.6а. На ней обозначены: 1 - паро­генератор, 2 - компрессор, 3 - газовая турбина, 4 - генератор, 5 - паровая турбина, 6 - конденсатор, 7 - насос, 8 - экономайзер. Экономайзер по­зволяет отработанные в турбине газы использовать для подогрева пита­тельной воды, что дает возможность уменьшить расход топлива и по­высить КПД до 44%. На рис. 4.66 представлена еще одна возможная

с

пар

пар

Рис. 4.6 б. Схема ТЭС с парогазовой установкой с выбросом отработанных газов в паровой котел.

топливо вода

вода

(конденсат)

хема ТЭС с парогазовой установкой - с выбросом отработанных газов в паровой котел. Здесь 8 - камера сгорания.