11.1.3 Газогенераторы тепловых энергетических установок

Одним из перспективных направлений развития энергетики, обещающих в будущем повышение ее экономичности, является применение неводных паров (обычно газов) в качестве рабочего тела. В данном случае можно увеличить температуру подводимых и снизить температуру отводимых газов, что повысит КПД электростанций. При этом давление рабочего тела может быть значительно более низким, чем в пароводяном цикле, что снижает металлоемкость и повышает безопасность работы оборудования, упрощает его конструкцию. К таким направлениям развития энергетики относятся электростанции с газотурбинными установками (ГТУ) и турбореактивными двигателями (ТРД), парогазовые станции (ПГС). Основным достоинством электростанций с ГТУ и ТРД является их мобильность. Продолжительность их пуска и нагружения в зависимости от типа установки составляет 5–20 мин. Их применение снижает стоимость оборудования (на 50–80%) и размеры здания, сокращает сроки строительства в сравнении с ТЭС.

В современной теплоэнергетике ГТУ занимают небольшое место, что объясняется их недостатками. Они сложнее в заводском изготовлении, требуют высококачественного (жидкого или газообразного) топлива, имеют повышенные шумовые характеристики и мощное вспомогательное оборудование (компрессоры), потребляют на собственные нужды до 50–60 % вырабатываемой энергии. На данном этапе определились наиболее рациональные области использования ГТУ – в качестве пиковых, обычно автономно запускаемых установок с годовой нагрузкой 500–1000 часов. КПД установок составляет 25–33 %, их единичная мощность равна 12–150 МВт.

Простые по конструкции газотурбинные установки типа авиационных турбореактивных двигателей, работающих на жидком или газообразном топливах, целесообразно использовать в пиковой части графика электрической нагрузки. Продолжительность выхода с момента пуска до полной нагрузки у них составляет 2,4–4 минуты, что определяет особую ценность их применения как аварийного резерва энергосистемы.

ТРД работают ограниченное число часов в году, поэтому их КПД может быть невысоким (порядка 26%). Мощность установок равна 25–90 МВт, температура газов на входе в турбину относительно невелика (590–615⁰С), а на выходе снижается до 420–435⁰С. Для уменьшения уровня шума, создаваемого ТРД, в остальных дымовых трубах, куда сбрасываются газы после силовой турбины, устанавливают глушители.

Парогазовые электростанции могут быть представлены парогазовыми установками (ПГУ) и парогазовыми турбинами (ПГТ). Парогазовыми установками называют объединение паровых и газотурбинных установок в общем технологическом цикле. Соединение их в единое целое позволяет снизить потерю теплоты с уходящими газами ГТУ или парового котла. Весьма эффективно использовать отходящие газы ГТУ открытого цикла, содержащие до 16% кислорода в качестве подогретого дутья при сжигании топлива в паровом котле. В этом варианте в контуре ТЭС не требуется дополнительного воздуха и его подогрева для горения топлива. Установки такого типа мощностью 200–500 МВт работают во Франции, ФРГ, США. Применение ПГУ в сегодняшней энергетике – наиболее эффективное средство значительного повышения теплового КПД (до 46–50%) и общей экономической эффективности электростанций на органическом топливе.

В установках ПГТ рабочим телом является парогазовая смесь, которая образуется при объединении потоков нагретого пара и газа. Это позволяет уменьшить температуру смеси перед турбиной до оптимальных значений, резко снизить коэффициент избытка воздуха в камере сгорания по сравнению с ГТУ, который составляет 2,5–5,0 и нужен для обеспечения температуры газов перед турбиной 750–1200⁰С и после турбины она снижается до 450–550⁰С.