double arrow

Конструкция типовой газотурбинной установки


Рассмотрим конструкцию газотурбинной установки на примере ГТ-100-750 (ЛМЗ) (рис. 1.5.).

Рис. 1.5. Продольный разрез ГТ-100-750

Газотурбинная установка ГТ-100-750 предназначена для работы в энергетических системах для покрытия пиковых нагрузок, может быть использована для несения базовой нагрузки, рассчитана для работы на газообразном и жидком топливе. При температуре наружного воздуха 278 К температура перед турбинами 1023 К, мощность составляет 100 МВт, КПД – 28 %.

ГТ-100-750 выполнена по прямой, двухвальной схеме: состоит из компрессора низкого (1) и высокого (3) давления, воздухоохладителя (2), турбин высокого (5) и низкого (8) давления, камер сгорания высокого (4) и низкого (6) давления и электрогенератора (7). Турбина высокого давления вращает компрессор высокого давления, а турбина низкого давления вращает компрессор низкого давления и электрогенератор. Компрессор, турбины и камеры сгорания имеют общий корпус, образуют блок турбомашин.

Компрессор низкого давления восьмиступенчатый. Корпус сварной конструкции с литым входным патрубком, направляющие лопатки устанавливаются в обоймах. Ротор наборный, состоит из отдельных дисков, насаженных на вал. Проточная часть выполнена с постоянным наружным диаметром 2070 мм. производительность компрессора ~ 435 кг/с. КПД проточной части 88 %. Высота лопаток первой ступени 520 мм, окружная скорость 325 м/с.




Компрессор высокого давления 13-ступенчатый. Корпус сварнолитой конструкции, ротор барабанного типа.

Турбина высокого давления трёхступенчатая, низкого давления – пятиступенчатая. Роторы турбин сборные, состоят из отдельных дисков: ротор турбины высокого давления из трёх, ротор турбины низкого давления – из пяти отдельных дисков, соединённых болтами. Стяжные болты размещены вблизи корневого диаметра лопаток.

В установке широко применено охлаждение воздухом узлов и деталей, подверженных воздействию высоких температур. Охлаждение роторов производится продувкой воздуха через щелевые зазоры между гребнями дисков и хвостовиками лопаток. Воздух на охлаждение (отводится после компрессора) проходит концевые уплотнения турбин и подводится к хвостовому креплению рабочих лопаток. Охлаждение обойм направляющих аппаратов и сегментов производится воздухом, отбираемым для этой цели из компрессора: сначала первых ступеней, а затем и последующих ступеней. Интенсивному охлаждению подвергаются внутренние подшипники, работающие в условиях высоких температур.

Камеры сгорания высокого и низкого давления имеют по двенадцати жаровых труб каждая. В каждой жаровой трубе имеется горелка, рассчитанная на сжигание жидкого и газообразного топлива. Тепло отработавших газов используется для подогрева воды в специальном теплофикационном подогревателе.



Пуск установки производится через редуктор от специальной пусковой турбины, которая может работать на топливном газе или паре.

1.6. Паротурбинная установка и её экономичность

Простейшая паротурбинная установка состоит из питательного насоса (1), котла (2), пароперегревателя (3), паровой турбины (4), конденсатора (5) и электрического генератора (6) (рис. 1.6.).

Рис. 1.6. Принципиальная схема паротурбинной установки:

1 – питательный насос; 2 – котёл; 3 – пароперегреватель; 4 – турбина;

5 – конденсатор; 6 – электрогенератор

Рабочим веществом паротурбинной установки является водяной пар. В паросиловых установках применяется цикл с полной конденсацией отработавшего пара в конденсаторе, называемый циклом Ренкина. Идеальный цикл Ренкина для паросиловой турбинной установки, работающей на перегретом паре, изображён в Т, s-диаграмме на рис. 1.7.

  Рис. 1.7. Идеальный цикл Ренкина для паросиловой турбинной установки, работающей на перегретом паре, в Т, s-диаграмме

На этой диаграмме показаны: а’а – процесс адиабатного сжатия воды в питательном насосе; ab – процесс нагрева воды в котле до температуры кипения; bc – испарение воды в котле; cd – перегрев пара в пароперегревателе; de – изоэнтропное расширение пара в турбине; ea’ – конденсация отработавшего пара в конденсаторе.



Процессы нагрева, испарения и перегрева воды в котле происходят при постоянном давлении. Следовательно, всё количество теплоты q1, переданное 1 кг воды и пара, целиком идёт на повышение энтальпии рабочего вещества от энтальпии питательной воды hп.в до энтальпии свежего пара h0 и равно их разности:

q1 = h0hп.в.

Это количество теплоты в Т, s-диаграмме изображается площадью 1abcd21.

Из турбины пар поступает в конденсатор, где при постоянном давлении конденсируется и отдаёт теплоту q2 охлаждающей воде. Эту теплоту можно определить как разность энтальпий отработавшего пара при изоэнтропном расширении его в турбине hкt и конденсата (в идеальном цикле Ренкина):

q2 = hкt.

Полезная теоретическая работа 1 кг пара равна разности между подведённой и отведённой теплотой:

L = q1q2 = (h0hп.в) – (hкt) = (h0hкt) – (hп.в).

Разность энтальпий h0hкt представляет собой работу 1 кг пара в идеальной турбине. Разность энтальпий hп.весть работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воды в питательном насосе.

Полезная теоретическая работа 1 кг пара эквивалентна заштрихованной площади в Т, s-диаграмме. Отношение этой работы к подведённой теплоте называется абсолютным или термическим КПД идеальной установки:

Вычитая и прибавляя в знаменателе этого выражения величину , получаем:

Если экономичность турбинной установки рассматривать без учёта работы питательного насоса, то абсолютный КПД идеального цикла будет равен:

где величину H0 = h0hкt принято называть располагаемым теплоперепадом турбины.

Значения располагаемого теплоперепада Н0 удобно определять при помощи h, s-диаграммы (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Процесс расширения пара в турбине в h, s-диаграмме

Для этого на ней находится начальная энтальпия h0, соответствующая точке пересечения заданных начальных параметров пара перед турбиной p0 и t0. Из этой точки проводится вертикальная линия изоэнтропного расширения пара в турбине до заданного конечного давления pк. Длина полученного отрезка H0 = h0hкt определяет теоретическую работу 1 кг пара в турбине и является располагаемым теплоперепадом турбины.

Значение Н0 можно определить также расчётным путём. При этом, если расширение заканчивается в области перегретого пара, используется уравнение идеального газа:

где k = 1,3 – показатель изоэнтропы для перегретого пара; р0, рк – начальное и конечное давление пара; v0 – начальный удельный объём пара.

В действительности процесс расширения пара в турбине имеет значительную степень необратимости, так как течение его в проточной части сопровождается заметными потерями работы. Поэтому линия процесса расширения отклоняется от изоэнтропы на диаграммах h, s (рис. 1.8) и Т, s (рис. 1.9) в сторону увеличения энтропии.

Рис. 1.9. Действительный тепловой цикл в T, s-диаграмме

В результате увеличения энтропии отработавшего пара при неизменном давлении энтальпия его повышается, разность начальной и конечной энтальпий, представляющая собой действительную работу, развиваемую 1 кг пара в турбине, соответственно уменьшается и становится равной:

Lт = h0hк = Hi.

Действительную работу, которую развивает 1 кг пара внутри турбины, принято называть используемым теплоперепадом Hi турбины.

Отношение использованного теплоперепада Hi к располагаемому H0 называется относительным внутренним КПД hоi турбины:

hоi = Hi/ H0 .

Отношение использованного теплоперепада Hi к теплоте, подведённой к 1 кг рабочего вещества в котле q1, называется абсолютным внутренним КПД турбоустановки hi :

Абсолютный внутренний КПД можно представить и как отношение внутренней мощности турбины Ni к секундному расходу теплоты Q, подведённой к рабочему веществу в котле:

.

Эффективная мощность Nе, которая может быть передана валу приводимой машины, меньше внутренней мощности Ni на величину механических потерь DNм турбины:

Nе = Ni – DNм .

Отношение эффективной мощности к внутренней называется механическим КПД турбины:

hм = Nе/ Ni .

Теоретическая мощность идеальной турбины, в которой использованный теплоперепад равен располагаемому, определяется уравнением:

N0 = G×H0.

Отношение эффективной мощности к теоретической называется относительным эффективным КПД hое турбины:

Отношение эффективной мощности турбины к расходуемому количеству теплоты, подведённой в котле, называется абсолютным эффективным КПД турбоустановки:

Отношение мощности на зажимах электрического генератора Nэ к эффективной мощности Nе называется КПД электрического генератора hэ.г :

hэ.г = Nэ/ Nе .

Отношение электрической мощности генератора к теоретической мощности идеальной турбины называется относительным электрическим КПД турбоагрегата:

Произведение термического КПД на относительный электрический называется абсолютным электрическим КПД турбоустановки:

hэ = ht×hо.э = ht×hoi×hм×hэ.г.

Существуют два пути повышения экономичности турбоустановки. Первый путь направлен на увеличение термического КПД цикла за счёт повышения разности средней температуры подвода теплоты в котле и температуры, при которой отводится теплота в конденсаторе. Второй путь заключается в совершенствовании конструкции турбины и генератора, главным образом в уменьшении потерь в проточной части турбины, механических потерь и потерь в генераторе.

При оценке эффективности электрической станции в целом необходимо дополнительно учитывать потери теплоты в котле, расход энергии на привод питательных насосов, потери давления и теплоты в паропроводах и др.

Внутренняя мощность турбины, Дж/с, определяется по формуле:

Ni = G×Hi .

Удельный расход пара на выработку 1 кВт×ч электроэнергии равен:

Экономичность конденсационных турбин, как правило, оценивается по удельному расходу теплоты на один выработанный киловатт-час и подсчитывается по формуле:

где h0 – энтальпия свежего пара, кДж/кг; – энтальпия конденсата отработавшего пара, кДж/кг.

Поскольку 1 кВт = 1кДж/с, отношение расхода теплоты, выраженного в килоджоулях в секунду, к 1 кВт является безразмерной величиной:

представляющей собой обратную величину абсолютного электрического КПД.







Сейчас читают про: