Простейшая газотурбинная установка ТЭС

На отечественных ТЭС начинают широко использо­вать газотурбинные установки (ГТУ). В качестве рабо­чего тела в них используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. В ГТУ преобразуется теплота газов в кинетическую энергию вращения ротора турбины.

Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) – это совокупность воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, а также вспомогательных систем, обеспечивающих её работу.

Газотурбинные установки отличаются достаточно большим разнообразием. Далее будем рассматривать наиболее перспективные и наиболее используемые в энергетике ГТУ простого цикла.

Устройствопростейшей ГТУ приведены на рис.4.1.

 

Рис.4.1. Устройство простейшей ГТУ

Воздух из атмосферы поступает на вход воздушного компрессора, который представляет собой роторную турбомашину с проточной частью, состоящей из вращающихся и неподвижных решёток.

Ротор компрессора приводится газовой турбиной. Поток сжатого воздуха подаётся в одну, две или более камер сгорания.

Сгорание топлива, впрыскиваемого через форсунку 1, происходит в зоне горения камеры, ограниченной жаровой трубой 2. В эту зону поступает только такое количество воздуха, которое необходимо для полного и интенсивного сгорания топлива (этот воздух называется первичным).Первичный воздух (20–40 %) участвует в процессе сгорания как окислитель.

 В зоне горения температура газов достигает 1300...2000 °С. По условиям прочности лопаток газовых турбин такая температура недопустима. Поэтому получающиеся в зоне горения камеры горячие газы разбавляются холодным воздухом, который называется вторичным. Вторичный воздух, смешиваясь с газообразными продуктами сгорания, понижает температуру газов перед газовой турбиной до заданного значения. Это необходимо по следующей причине. В активной зоне камеры сгорания температура горения поддерживается на уровне 1500–2000 ⁰С, тогда как допустимая по условиям надежности лопаточного аппарата газовой турбины температура газа на входе в турбину должна быть на уровне 700 … 1100 ⁰С.

Вторичный воздух протекает по кольцевому пространству между жаровой трубкой 2 и корпусом 3. Часть этого воздуха поступает к продуктам сгорания через окна 3, а остальная часть смешивается с горячими глазами после жаровой трубы. Таким образом, компрессор должен подавать в камеру сгорания в несколько раз больше воздуха, чем необходимо для сжигания топлива, а поступающие в турбину продукты сгорания получаются сильно разбавленными воздухом и охлажденными

Внешний вид ГТУ мощностью 140 МВт фирмы ABB с одной выносной камерой сгорания приведен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Внешний вид ГТУ мощностью 140 МВт фирмы ABB с одной выносной камерой сгорания на сборочном стенде завода

Рабочие газы с давлением обычно равным 0,6…1,2 MPa, и температурой до 900^oC (в случае охлаждаемых лопастей до 1600^oC). подаются в проточную часть газовой турбины, принцип действия которой такойже, как и принцип действия паровой турбины (отличие состоит лишь в том, что газовая турбина работает на продуктах сгорания топлива, а не на паре). В газовой турбине рабочие газы расширяются практически до атмосферного давления.

Вследствие расширения газов в газовой турбине, последняя вырабатывает мощность. Весьма значительная её часть (примерно половина) тратиться на привод компрессора, а оставшаяся часть – на привод электрогенератора. Это и есть полезная мощность ГТУ, которая указывается при её маркировке.

Для запуска ГТУ обычно пользуются пусковым (чаще всего электрическим) двигателем.

Экономичность работы газовых турбин примерно такая же, как и двигателей внутреннего сгорания, а при очень высоких температурах рабочего газа экономичность газовых турбин выше. Кроме того, газовые турбины более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощности.

Выхлопной газ турбины обладает настолько высокими температурой (приблизительно до 500^oC) и скоростью, что может эффективно использоваться:

· для подогрева вводимого в турбину сжатого воздуха,

·  для отопления специально предусмотренного для этой цели парового

котла, с направлением получаемого пара в паровую турбину (например, на комбинированных газотурбинно-паротурбинных электростанциях),

·  для нагрева воды в бойлерах (например, на газотурбинных теплоэлектроцентралях),