Элементы технологической схемы ГТУ

Введение

В настоящий период времени топливно-энергетический комплекс страны переживает кризисное состояние. Это связано с общим кризисом, охватившим все сферы экономики страны. Основное проявление кризиса в энергетике заключается в нарушении снабжения отдельных регионов и потребителей топливом, электрической и тепловой энергией. Главной причиной напряженности топливно-энергетического баланса страны является устойчивая, начиная с 1990 года, тенденция снижения объемов добычи нефти и угля. В то же время, добыча природного газа поддерживается на относительно неизменном уровне. В связи с тем, что потребление энергии в коммунально-бытовом и производственном секторах увеличилось , повышение эффективности использования газа при производстве электрической и тепловой энергии является исключительно актуальным.

Газотурбинный двигатель, самый «молодой» в череде тепловых двигателей, сочетает в себе роторный принцип работы со сжиганием топлива в самом агрегате, что роднит его как с паровой турбиной, так и с двигателем внутреннего сгорания. Это делает его компактным и позволяет легко подключать к электрогенераторам ТЭС.

Первая энергетическая газотурбинная установка была создана в 1939 г. на фирме

«Браун-Бовери» (Швейцария).

Энергетическая ГТУ — это компактная, высокотехнологическая система, работающая в автоматическом режиме (рис.).

Популярность энергетических ГТУ объясняется следующими их преимуществами:

- низкой удельной стоимостью (350—400 долл/кВт);

- меньшими выбросами вредных веществ с выхлопными газами по сравнению с

паросиловыми ТЭС;

- высоким КПД по производству электроэнергии, аналогичным КПД паросиловых

ТЭС (36—42 %);

- возможностью быстрого пуска и набора нагрузки;

- минимальным потреблением технической воды;

- возможностью ввода в эксплуатацию в течение короткого срока (большая часть оборудования изготовлена на заводе).

Элементы технологической схемы ГТУ

Осевой компрессор — важнейший элемент ГТУ. Его проточная часть состоит

из ротора с лопаточным аппаратом, включающим в себя рабочие и направляющие

лопатки, входного направляющего аппарата (ВНА), лопатки которого могут поворачиваться с помощью привода и изменять площадь сечения для прохода воздуха в компрессор и его подачу. Число ступеней в ОК достигает 15—20 шт.

Камера сгорания энергетической ГТУ отличается от топки парового котла компактностью, условиями сжигания топлива, назначением. Кроме высокоэффективного сжигания топлива (𝜂_к.с.= 0,985÷0,99) она обеспечивает формирование начальной температуры газов перед ГТ и высокие экологические показатели по выбросам вредных веществ. Камеры сгорания ГТУ могут быть вынесены за пределы корпуса газовой турбины (выносные КС) либо смонтированы в этом корпусе (встроенные кольцевые КС). Последние широко используются в настоящее время во всех современных ГТУ. Камера сгорания рассчитана на сжигание основного (обычно природного газа) и резервного (жидкого газотурбинного) топлива. Переход от одного вида топлива к другому осуществляется в автоматическом режиме.

Газовая турбина в схеме ГТУ преобразует энергию горячих газов в крутящий момент на валу установки. Проточная часть ГТ состоит из ротора с сопловыми и рабочими лопатками, число ступеней может быть различным. Начальными параметрами газов ГТУ называют их температуру и давление на входе в проточную часть газовой турбины. Необходимая температура газов обычно поддерживается постоянным воздействием на топливные клапаны установки. Давление газов — величина переменная, зависящая от характеристик осевого компрессора и давления воздуха р_кк на выходе из него. Чем ниже температура наружного воздуха Т_{н в} , тем выше это давление. В итоге изменяются характер процесса расширения газов в ГТ, срабатываемый теплоперепад и внутренняя мощность турбины.

Особенностью конструкции ГТ является большая удельная мощность турбинной ступени. При равных внутренних мощностях паровой и газовой турбин нагрузка на каждую ступень последней на порядок выше. Следует помнить, что электрическая мощность ГТУ примерно в 3 раза меньше, чем внутренняя мощность собственно ГТ. Газовые турбины характеризуются высокими газодинамическими нагрузками и большими окружными скоростями, достигающими 450 м/с.

На выходе газов из проточной части ГТ устанавливается диффузор. Он обеспечивает снижение скорости газов с 200 до 50 м/с и восстановление давления потока газов, т.е. преобразование кинетической энергии в потенциальную.