Тепловая схема и рабочий процесс энергетической гту открытого цикла. Конструктивные особенности газовых турбин и газотурбинных установок

Топливо (жидкое или газообразное). При малых капитальных затратах на сооружение они характеризуются высокой маневренностью. ГТУ имеют по сравнению с паровыми турбинами повышенные шумовые характеристики, требующие дополнительной звукоизоляции машинного отделения. Воздушный компрессор потребляет значительную долю (50-60%) внутренней мощности газовой турбины. Большинство ГТУ работает по схеме непрерывного сгорания топлива и выполняется по открытому (разомкнутому) циклу.

Компрессор1 засасывает из атмосферы воздух, сжимает его до заданного давления и подаёт в камеру сгорания 4. Туда же с помощью топливного насоса 3 вспрыскивается через форсунку 5 топливо которое смешивается с воздухом и сгорает. Образовавшиеся газообразные продукты сгорания направляются в газовую турбину 8. 20 – 40 % подаваемого компрессором воздуха вводится в активную зону горения 6 и участвует в процессе сгорания – первичный воздух. Остальные 60 – 80% воздуха смешиваются с продуктами сгорания – вторичный воздух, который понижает температуру газов перед турбиной до заданного значения.

Мощность, развиваемая турбиной 8, частично затрачивается на привод компрессора 1, а оставшаяся часть преобразуется в электроэнергию в генераторе 2. Запуск ГТУ производится пусковым электродвигателем 7, а зажигание топлива происходит электрической свечой.

В ГТУ открытого цикла в качестве топлива используется жидкое малосернистое газотурбинное топливо или природный газ, которые подаются в камеру сгорания. Необходимый для сгорания, топлива воздух очищается в фильтре (Ф) и сжимается в компрессоре (К) до давления Р_кк =0,6-2 МПа. Для получения заданной температуры газов перед газовой турбиной (ГТ) t_нт= 750-1200 ⁰С в камере сгорания (КС) поддерживается нужный избыток воздуха (2,5-5) с учётом теоретической температуры горения топлива, вида топлива, способа его сжигания . Горячие газы являются рабочим телом в газовой турбине, где они расширяются, а затем при температуре t_кт = 450-550 ⁰С выбрасываются в дымовую трубу.

Рабочий процесс ГТУ

Цикл замкнут; осуществляется с постоянным количеством газа с постоянной теплоёмкостью; все процессы в цикле обратимы т.к. нет потерь; сжатие в компрессоре и расширение в турбине – процессы адиабатные.

Отсюда линия 3 – 4^/ - изоэнтропное сжатие воздуха в компрессоре, сопровождается повышением его давления и температуры от начальных р₃ и Т₃ до р₄ и Т₄^/. Реально сжатие сопровождается внутренними потерями в компрессоре, которые сдвигают этот процесс в сторону увеличения энтропии – линия 3 – 4.

Теплота в камере сгорания подводится по изобаре 4 -1, за счёт чего температура возрастает от Т₄ до Т₁. Линия 1 – 2^/ - изоэнтропное расширение рабочего тела в турбине. Реально расширение из-за внутренних потерь в турбине увеличивающих энтропию, происходит по линии 1 – 2. При этом давление снижается до р₂, а температура – Т₂.

Изобара 2^/ - 3 – отвод теплоты. В результате чего температура рабочего тела понижается до Т₃.

Термический к.п.д. цикла

, где

q₁,q₂ – подведённая и отведённая в цикле теплота, кДж/кг;

l₀ – удельная полезная работа цикла, кДж/кг.

Основные преимущества ГТУ заключаются в их мобильности. В зависимости от типа установки, ее время пуска и нагружения составляет 5-20 минут. ГТУ характеризуются более низкой удельной стоимостью (на 50-80%)меньше, чем у базовых энергоблоков), высокой степенью готовности к пуску, отсутствием потребности в охлаждающей воде, возможностью быстрого строительства ТЭС, при малых габаритах электростанции и незначительном загрязнении окружающей среды.

ГТУ имеют невысокий КПД производства электроэнергии (28-30%), заводское изготовление их сложнее, чем паровых турбин, они нуждаются в дорогих и дефицитных видах топлива. Поэтому ГТУ используют в качестве пиковых установок. Важной особенностью ГТУ является зависимость их показателей от параметров наружного воздуха, в первую очередь от температуры. Под ее влиянием изменяется расход воздуха через компрессор.

Повышается тепловая экономичность ГТУ с ростом температуры газов перед газовой турбинойt_нт и с понижением температуры наружного воздуха t_нв.

Р_кт, t_кт

№ 14