close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Классификация ГТУ
1. ГТУ разомкнутого цикла
2. ГТУ замкнутого цикла
ГТУ разомкнутого цикла
а – одновальная ГТУ
б – одновальная ГТУ с регенерацией
в – двухвальная ГТУ с
промежуточным охлаждением (ПО)
циклового воздуха и
промежуточным перегревом газов
(ПП) при их расширении. Возможны
схемы с регенерацией и без нее
г – двухвальная ГТУ с
силовой турбиной
д – двухвальная ГТУ с промежуточным охлаждением и подогревом топлива, с
термохимической рекуперацией топливного газа и впрыском пара
(проект с новыми техническими решениями)
Схема и цикл ГТУ
2
К
1
КС
3
ГТ
4
Идеальный
цикл ГТУ
3
3
Т
2
4
4
Ð
2
1
1
S
V
1-2 – адиабатное (q=0) сжатие в компрессоре атмосферного воздуха
2-3 – изобарный (р2=const) подвод тепла к рабочему телу в камере сгорания
3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в турбине, q=0
4-1- изобарный (р1=const) отвод теплоты от отработавших газов турбины
в окружающую среду. Это условный процесс, поскольку отработавшие газы
выбрасываются в атмосферу, а в компрессор поступает новая порция
воздуха
Работа, затрачиваемая на привод компрессора
lК  h2  h1  С  t2  t1 
В
p
Работа, совершаемая газовой турбиной
lТ  h3  h4  С
Тепло, подведенное в цикле
Тепло, отведенное в цикле
Г
p
t3  t4 
q1  h3  h2
q2  h4  h1
Работа цикла ГТУ
l ГТУ  lТ  lК   h3  h4    h2  h1  
С
Г
p
 t3  t4   С  t2  t1   q1  q2
В
p
Термический КПД цикла
l ГТУ  h3  h4    h2  h1 
t 


q1
h3  h2

С
Г
p
 t3  t4   С  t
В
p
2
В
p 2
 t1 
С t С t
Г
p 3
Упрощенная форма записи термического КПД цикла
q2
c p (T 4  T1)
 T1
T1 T4 T1  1
T
4
1
1

t  1   1 
T2 T3 T2  1
q1
c p (T3  T 2)
T3  T 2
Р2
К 
Р1
Степень повышения давления в компрессоре
Термический КПД цикла
t  1 
1
К
k 1
k
Отсюда видно, что термический КПД ГТУ с подводом теплоты при p=const
зависит от степени повышения давления

в процессе адиабатного
сжатия и показателя адиабаты k продуктов сгорания.
t
t

Т3
Реальный
цикл ГТУ
3
4д
2д
2
Т
1
S
4
Действительная работа компрессора
l  h  h1
Д
К
Д
2
Действительная работа газовой турбины
l  h3  h
Д
Т
Д
4
Внутренний относительный КПД компрессора
lК h2  h1
  Д  Д
lК h2  h1
К
oi
Внутренний относительный КПД газовой турбины
l
h3  h
  
lТ
h3  h4
Т
oi
Д
Т
Д
4
Внутренний КПД ГТУ
Д
ГТУ
Д
1
l
i 
q
h3  h    h  h1 

l l


Д
Д
q1
h3  h2
i 
Д
Т
Д
4
Д
К
h
3
 h4 
Т
oi
h


2
h3  h
Д
2
Д
2
 h1 

К
oi
Внутренний относительный КПД ГТУ

ГТУ
oi
Д
ГТУ
l

l ГТУ

  К
oi

1
Т
oi
lК

lТ
Внутренний КПД ГТУ
Д
ГТУ
Д
1
l
i 
q

l
l ГТУ q1
h3  h2
ГТУ


 Д  oi t 
Д
lГТУ q1 q1
h3  h2
Д
ГТУ

ÃÒÓ
oi

ÃÒÓ
oi

i
T3=1200K
T3=1100K
T3=1000K

Действительная мощность ГТУ
N
Д
ГТУ
 N  N   ВГ  GВ   l  G l
Д
Т
N
Д
ГТУ
0
Д
К
при условии
Д
Т
   
К
oi
Т
oi
Д
В К
Схема ГТУ с регенерацией
6
2
К
1
5
КС
3
ГТ
4
3
Идеальный цикл
ГТУ с регенерацией
q1
qрег
q1
5
4
2
Т
6
S
1
q2
q2
Реальный цикл ГТУ
с регенерацией
3
q1
5
4д
qрег
4
2д
Т
6
2
S
1
q2
Внутренний КПД ГТУ с регенерацией
h
3
i 
 h4 
Т
oi
h


2
 h1 

К
oi
h3  h5
h


5
h
Д
2
h h
Д
4
Д
2
  0,5  0,8  h
5
 ...
Схема ГТУ с многоступенчатым сжатием
и расширением
2
КНД
1
3
4
КВД
КС1
5
6
ТВД
КС2
7
ТНД
8
Цикл ГТУ с
многоступенчатым
сжатием и
расширением
7
5
6д
8д
6
8
4д
Т
2д
4
2
3
S
1
Работа, затрачиваемая на привод компрессоров
l l
Д
К
Д
КНД
l
Д
КВД
  h  h1    h  h3 
Д
2
Д
4
Работа, совершаемая газовыми турбинами
l l
Д
Т
Д
ТВД
l
Д
ТНД
Тепло, подведенное в цикле
Тепло, отведенное в цикле
Работа цикла ГТУ
  h5  h
  h  h 
q  h  h   h  h 
q  h  h   h  h 
Д
6
Д
1
Д
2
l
Д
ГТУ
5
7
Д
4
Д
8
1
l l
Д
К
Д
Т
Д
8
7
Д
2
Д
6
3
Внутренний КПД ГТУ
Д
ГТУ
Д
1
l
i 
q
l l


Д
q1
Д
Т
Д
К
 h5  h6Д    h7  h8Д     h2Д  h1    h4Д  h3 





Д
Д
 h5  h4    h7  h6 
Минимальная работа сжатия достигается при следующей степени
сжатия в каждом компрессоре
К i  Z
Z
РКОН
Р1
- количество ступеней сжатия
РКОН
- конечное давление за компрессорами
Максимальная работа расширения достигается при следующей
степени понижения давления в каждой турбине
Т i  Y
Y
РНАЧ
Р1
- количество ступеней расширения
РНАЧ
- начальное давление перед первой
турбиной (ТВД)
На практике максимальное число ступеней сжатия и расширения - 3
При распределении давлений между компрессорами и турбинами могут
дополнительно учитываться и другие условия.
Например, с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым расширением
может быть выполнена не в одновальном, а в двухвальном варианте,
причем на одном валу будут расположены компрессоры и одна турбина,
на другом - турбина и генератор.
В этом случае точное давление при расширении газа выбирается так,
чтобы мощность турбины на компрессорном валу равнялась мощности
компрессоров.
Реальный цикл ГТУ
с учетом потерь
давления
3
Р2
2д
Р3
Р4
4
2
Т
Ратм=Рвх=Р1
1
S
4д
Классификация ПГУ
РАЗЛИЧАЮТ ПГУ
НИЗКОНАПОРНЫЕ
Генерацию пара осуществляют в КУ
газами, отработавшими в
газовой турбине, а охлаждение
газов для ГТУ осуществляют
воздухом
ВЫСОКОНАПОРНЫЕ
Охлаждение газов для ГТУ ведут в ВПГ
за счет генерации пара высоких
параметров
СБРОСНОГО ТИПА
(утилизационные)
Генерацию пара ведут
за счет газов,
отработавших в ГТУ
С ДОЖИГАНИЕМ
Генерацию пара ведут за
счет отработавших в ГТУ
газов совместно с сжиганием
дополнительно топлива в
парогенераторе
ПГУ с КУ сбросного типа
В такой ПГУ сжигание топлива происходит только в камере сгорания ГТУ, а
котел-утилизатор представляет собой чисто конвективный теплообменный
агрегат.
Он должен иметь большую поверхность нагрева вследствие сравнительно
малой разности температур газов и воды.
С целью достижения высокой экономичности в утилизационных ПГУ
должны применяться высокотемпературные газовые турбины с температурой
уходящих газов на уровне 550-600 (до 640) °С, что позволяет генерировать пар
высоких параметров.
Пока такие ГТУ могут работать либо на природном газе, либо на легком
жидком топливе.
Благодаря своей простоте и высокой экономичности утилизационные ПГУ
являются преобладающими.
Также есть схемы в которых в КУ подается дополнительно топливо для
повышения температуры пара.
Теоретический цикл ПГУ сбросного типа с
низконапорным парогенератором (ННПГ)
Расчет ПГУ сбросного типа с низконапорным
парогенератором (ННПГ)
Эффективный КПД ПГУ


Д
1 КС
Q

ГТУ
е
ПГУ
е
Д
ГТУ
Д
1 КС
N

Q
N
Q
Д
ПТУ
Д
1 КУ

Д
ГТУ
Д
ПТУ


 Q1 КС  1  е   Q1 КУ  е
Д
Д
Q1 КС  Q1 КУ
Степень бинарности цикла ПГУ

Д
1 КС
Q
Д
1 КС
Q
Q
Д
1 КУ
Эффективный КПД ПГУ

ПГУ
е

ПТУ
е
 1  
ПТУ
е
   
ГТУ
е
Из этого выражения следует, что максимальный эффективный КПД
ПГУ получается при степени бинарности равной единице
В этом случае сжигания топлива в
КУ не производится и вся работа
ПТУ осуществляется за счет за
счет использования теплоты
уходящих газов ГТУ
Схема ПГУ с одноконтурным КУ
ПЕ - перегреватель
И - испаритель
ЭК - экономайзер
ГПК – газовый
подогреватель
конденсата
Б – барабан котла
Схема ПГУ с двухконтурным КУ
ПГУ с высоконапорным парогенератором
Парогенератор совмещен с камерой сгорания газового контура, он
устанавливается между компрессором и газовой турбиной.
В ВПГ поступает воздух из компрессора и все топливо сгорает при высоком
давлении. Это значительно интенсифицирует процессы горения и
теплообмена, в результате чего высоконапорный парогенератор оказывается
компактным и имеет высокий КПД.
Ввиду того, что рабочим телом газовой турбины являются газы, уходящие из
парогенератора, работа ПГУ с ВПГ на твердом топливе невозможна, что
является недостатком этих установок.
Приведенная на рис. схема ПГУ реализована в опытно-промышленной
установке на Невинномысской ГРЭС.
5
3
9
1
4
6
2
10
8
7
11
Принципиальная тепловая схема ПГУ-200:
1 – компрессор; 2 – газовая турбина; 3 – парогенератор; 4, 5 – ЦВД и ЦНД
паровой турбины; 6 – конденсатор; 7 – система регенерации паротурбинной
установки; 8 – экономайзер; 9 – дополнительная камера сгорания; 10 –
атмосферный воздух; 11 – отработавшие газы
Теоретический цикл ПГУ с высоконапорным
парогенератором (ВНПГ)
Расчет ПГУ с высоконапорным
парогенератором (ВНПГ)
Эффективный КПД ПГУ

ПГУ
е

N
N
Д
ГТУ
Д
1 ВПГ
Q
Д
ПТУ
Особенности устройства и работы газовых турбин
1. Располагаемый теплоперепад на проточную часть газовой
турбины в 4-5 раз меньше, чем в ПТ ,поэтому меньше количество
ступеней, длина и масса ротора.
2. В газовой турбине размеры входного патрубка соизмеримы
с выходным, а форма проточной части газовой турбины
значительно проще.
От первой ступени к последней высоты лопаток увеличиваются
незначительно, так как удельный объем газа возрастает всего в 5-15
раз.
Для сравнения: в паровых турбинах конденсационного типа по
мере расширения пара удельный объем в ступенях возрастает в 10002500 раз.
3. В газовой турбине отсутствуют отборы газа из
промежуточных ступеней.
Особенности устройства и работы газовых турбин
4. Высокие температуры газа на входе в турбину (900-1200 ° С,
в перспективе до 1500 °С)
Охлаждение деталей газовой турбины снижает полезную работу
ГТУ.
Высокие температуры продуктов сгорания на выходе из
газовой турбины. ( ~ 350550 °С).
5. Малое давление газа на входе в турбину (не выше 1,3-1,7
МПа) обусловливает малую толщину стенки корпуса газовой
турбины и легкость ее прогрева.
6. Специфической особенностью турбин ГТУ является то, что
примерно половина развиваемой мощности (40 %) используется
на привод компрессора.
При этом повышение КПД газовой турбины на 1 % приводит к
увеличению мощности турбины на такую же величину и повышает
полезную мощность приблизительно на 3 %. Поэтому к
конструированию проточной части газовой турбины предъявляются
особо жесткие требования.
Особенности устройства и работы газовых турбин
7. Маневренность.
ГТ способна быстро включаться в работу. Время пуска составляет
30 мин. В то время как время пуска паровой турбины доходит до 24-30
часов.
8. Компактность.
Замкнутая ГТУ
1 – нагреватель
2 – электрогенератор
3 – газовая турбина
4 – охладитель
5 – компрессор
6 – регенератор
В замкнутых ГТУ вместо камеры сгорания устанавливается
нагреватель 1, в котором рабочее тело (газ или воздух) пропускается
внутри трубок. Снаружи эти трубки нагреваются за счет тепла,
выделяющегося при сжигании топлива в топке, которая по принципу
работы схожа с топкой паровых котлов. В нагревателе 1 температура
рабочего газа резко возрастает, а давление, опять-таки за счет
гидравлических потерь, снижается.
С этими параметрами, газ поступает в турбину 3, где, совершая
работу, расширяется до определенного давления; температура его
при этом падает.
Турбина 3 вращает компрессор 5, а избыточную часть своей
мощности отдает на привод электрогенератора 2.
Так как температура отработавшего газа еще достаточно высока, то
после турбины он направляется в регенератор 6, где отдает часть
тепла на подогрев газа, движущегося из компрессора 5 в нагреватель
1. И только после регенератора газ вновь поступает в охладитель 4.
Затем цикл снова повторяется.
Нетрудно заметить, что в замкнутой ГТУ циркулирует одно и то же
весовое количество рабочего тела, если не считать незначительной
по величине утечки газа из контура через различные неплотности,
которая автоматически восполняется.
Преимущества замкнутых ГТУ
1. Благодаря отсутствию в циркулирующем газе веществ, вызывающих
коррозию и эрозию лопаточного аппарата, значительно повышается
надежность и долговечность турбины.
2. Замкнутые ГТУ могут работать на любых видах топлива, в том числе на
твердом и на тяжелых сортах жидкого топлива (мазутах), содержащих
серу, ванадий и другие вредные примеси.
3. Замкнутые ГТУ могут успешно работать на атомной энергии совместно с
газовым атомным реактором.
4. Путем повышения начального давления газа перед компрессором можно в
широких пределах увеличивать его весовой расход в ГТУ. А это дает
возможность либо в соответствующее число раз увеличить единичную
мощность установки, либо же при неизменной мощности значительно
снизить вес ее, прежде всего за счет уменьшения поверхности
теплообменников, размеров газовой турбины и диаметров трубопроводов.
5. В связи с тем что в замкнутых ГТУ мощность регулируется изменением
давления газа в контуре, к.п.д. установки на различных режимах нагрузки в
широком диапазоне остается почти неизменным.
6. В замкнутых ГТУ в качестве рабочего тела кроме воздуха можно
использовать любые газообразные вещества, либо обладающие лучшими
теплофизическими свойствами, либо позволяющие сделать цикл установки
более совершенным и выгодным с термодинамической стороны, либо
имеющие какие-то другие ценные достоинства.
Недостатки замкнутых ГТУ
Большая сложность и громоздкость
Вместо малогабаритной камеры сгорания у них имеется громоздкий
«воздушный котел», соразмерный при одинаковой мощности установок с
паровым котлом.
Кроме того, в ГТУ дополнительно появляется воздухоохладитель, поверхность
охлаждения которого также соразмерна с поверхностью конденсатора
паротурбинной установки.
Вследствие указанных причин замкнутые ГТУ до сих пор не нашли широкого
распространения. Область их применения ограничивается в основном работой
на мазуте и твердом топливе: каменном угле и торфе.
Наиболее известны ГТУ замкнутого типа производства швейцарской фирмы
«Эшер-Висс», которая много лет специализируется в этом направлении.
ПГУ
ПГУ
ПГУ
Газовая турбина
ГТУ
ГТУ
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа