Цикл гту с промежуточным охлаждением и регенерацией.
Полезная работа цикла может быть увеличена путем осуществления процесса сжатия воздуха до требуемого давления в двух компрессорах с охлаждением воздуха между ними.
Известно, что расход энергии на сжатие воздуха меньше в многоступенчатом компрессоре, чем в одноступенчатом. В связи с этим в ГТУ широко используют разделение компрессоров на 2 агрегата КВД и КНД с применением промежуточного холодильника.
Принципиальная схема ГТУ с регенерацией и двухступенчатым сжатием воздуха показана на (рис.139а).
Рис. 139 Схема и теоретический цикл ГТУ с регенерацией и двухступенчатым сжатием воздуха
Атмосферный воздух сжимается в КНД (1), после чего поступает в холодильник (2), где охлаждается водой, протекающей по трубкам. После этого воздух сжимается до более высокого давления в КВД (3) и направляется в регенератор (4).
Далее воздух идет в камеру сгорания (6), куда подается топливо. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине (5) и, пройдя регенератор и отдав часть теплоты воздуху, уходят в атмосферу.
Теоретический цикл такой ГТУ представлен на (рис.139б).
Воздух сжимается в КНД по адиабате (аа′1). В холодильнике воздух охлаждается по изобаре (а′1а″).
Далее воздух сжимается в КВД по адиабате (а″с). Подогрев воздуха в регенераторе изображается отрезком изобары (сс′), а сгорание – отрезком (с′z).
Расширение газов в турбине характеризуется адиабатой (ze).
Отнятие теплоты от газов в регенераторе происходит по участку изобары (ea′). Участок изобары (a′a) изображает отдачу теплоты от газов в окружающую среду.
На рис. 6.5 изображены схема такого ГТД и его цикл в диаграмме Т — s. Линии 1 — 2' и 1' — 2 соответствуют процессу сжатия в компрессоре низкого давления К1 и в компрессоре высокого давления К2, линия 2'—1' — процессу отвода теплоты при постоянном давлении в промежуточном воздухоохладителе. Остальные обозначения те же, что и в предыдущем случае.
Общая степень повышения давления πк = р2 /р1 = πк1 πк2.
Рис. 6.5. ГТД с регенерацией и промежуточным охлаждением. Схема и цикл в диаграмме Т — s
КПД цикла зависит не только от общей степени повышения давления, но и от распределения ее между компрессорами.
Применение промежуточного охлаждения повышает КПД цикла (в относительном выражении) примерно на 7% и уменьшает удельный расход воздуха (при оптимальных по КПД значениях π) примерно на 20%. С учетом всех факторов КПД двигателя с регенерацией и промежуточным охлаждением при t3 = 900°С, r = 0,75 составит — 31,5%.
Парогазовая установка с высоконапорным парогенератором (пгу с впг)
Схема установки и ее идеализированный цикл в диаграмме s—Т изображены на рис. 6.15. Компрессор подает воздух в топку высоконапорного парогенератора (ВПГ), где сгорание топлива происходит под повышенным давлением. Газовая турбина работает на продуктах сгорания, уходящих из ВПГ, и помимо компрессора отдает энергию полезной нагрузке.
Рис. 6.15. Парогазовая установка с высоконапорным парогенератором:
а — схема ПГУ с ВПГ; б — идеализированный цикл
ВПГ — высоконапорный парогенератор; ПТ — паровая турбина; X — конденсатор; ДЭ — деаэратор; Э — экономайзер; ГТ — газовая турбина; К — компрессор
Пар, генерируемый в ВПГ, приводит в движение паровую турбину. Газ, образовавшийся в топке при малом значении коэффициента избытка воздуха, имеет высокую температуру Т'3.
По мере передачи теплоты паровому контуру температура газа снижается до значения Т3, определяемого жаропрочностью материалов газовой турбины. После расширения в турбине газ направляется в экономайзер, где подогревает питательную воду.
Подогрев питательной воды происходит также за счет регенеративных отборов пара от паровой турбины.
Для обеспечения экономичности установки в рабочем диапазоне нагрузок необходимо поддерживать постоянную температуру газа перед газовой турбиной. Для этой цели служит дополнительная камера сгорания, установленная параллельно с ВПГ (на рисунке не показана).
Ввиду большого перепада энтальпий в паровой турбине мощность, вырабатываемая паровой частью установки, превышает мощность ГТД в три раза и более.
Малый расход воздуха, небольшая степень повышения давления, умеренная начальная температура газа обуславливают небольшие габариты и длительный срок службы газотурбинной части установки по сравнению с обычной ГТУ.
Проектные разработки парогазовых установок с ВПГ показывают, что экономия топлива в таких установках составляет 5 – 8% по сравнению с ПТУ.