Уровень начальной температуры в современных стационарных ГТУ уже достиг 1150-1200 °С. В настоящее время ведутся разработки ГТУ с температурой газа 1250-1300 °С. Коэффициент полезного действия комбинированных установок на базе таких ГТУ составит 50-52 %. Исследования, проведенные в Санкт-Петербургском государственном техническом университете, показали, что значительно более высокие показатели могут быть получены в комбинированных установках с паровой системой охлаждения газовой турбины. Достоинства парового охлаждения уже подробно рассматривались. При температуре газа 1300 °С к.п.д. комбинированной установки с паровым охлаждением только элементов статора газовой турбины составит 55,5-56,0 % по ИСО [1].
Перспективы дальнейшего повышения экономичности комбинированных установок связаны с увеличением начальной температуры газа до 1500-1600 °С. Это может быть достигнуто только путем дальнейшего повышения эффективности систем охлаждения газовых турбин.
В реализованных в настоящее время газовых турбинах использованы преимущественно конвективные и конвективно-пленочные системы охлаждения с интенсификацией теплообмена на отдельных участках тракта охлаждения. При температурах выше 1300 °С широкое применение могут найти элементы пористого охлаждения. И в этих случаях использование пара обеспечит определенные преимущества, связанные с более высокой его эффективностью как охлаждающего агента и с возможностью его глубокой очистки от механических примесей, что особенно важно в пористых системах охлаждения.
С выбором типа системы охлаждения тесно связан вопрос выбора степени повышения давления в компрессоре Пк. Известно, что оптимальное значение Пк для бинарных комбинированных установок с развитым паровым контуром, обеспечивающим минимальную температуру уходящих газов, близко к оптимальному по полезной работе значению Пк в ГТУ. При высоких начальных температурах газа, начиная с 1300 °С и выше, определяющим фактором при выборе Пк является температура газа за газовой турбиной. Ее значение должно позволять генерировать пар с параметрами, обеспечивающими высокую эффективность парового контура. Для высокотемпературных комбинированных установок с промежуточным перегревом пара и паровым контуром двух уровней давления оптимальные начальные параметры пара составляют 13-16 МПа, 510-540 °С. Следует учитывать, что уровень температуры газа за газовой турбиной не должен снижать надежность работы последней ступени турбины и ее выходных элементов. Таким образом, температура газа, соответствующая перечисленным выше требованиям, составляет 550-600 °С.
В зависимости от эффективности системы охлаждения потребуется различный уровень давления перед газовой турбиной для обеспечения необходимой температуры газа за ней. Для выявления этого влияния были выполнены исследования, включающие проектные проработки проточных частей газовых турбин (рис. 1). В диапазоне начальных температур газа 1300-1500°С были рассмотрены газовые турбины с открытой воздушной, закрытой паровой и пористой паровой системами охлаждения. На этом этапе исследований не ставилась задача контроля допустимого теплового состояния всех элементов газовой турбины, а выявлялись интегральные характеристики систем охлаждения. В такой постановке полученные результаты позволяют очертить границы возможных параметров ГТУ с различными системами охлаждения. При комбинированных системах охлаж-дения возможные показатели установок будут находиться внутри этих границ. Из-за отсутствия смешения потоков охладителя и газа в процессе расширения в турбине закрытое паровое
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.