Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 29

Атмосферный воздух сжимается в компрессоре (рис 2.13) низкого давления (КНД) – процесс 1 – 2', а затем охлаждается в водяном теплообменнике (ВО) – процесс 2' – 1'. Далее воздух снова сжимается в компрессоре высокого давления (КВД) – процесс 1' – 2 и поступает в КС высокого давления (КСВ), где происходит изобарный подвод теплоты (2 – 3).

Продукты сгорания в ГТ высокого давления (ТВД) – процесс 3 – 4', подогревается в КС низкого давления (КСН) – процесс 4' – 3', и затем снова расширяется в ТНД – процесс 3' – 4'. Чем больше промежуточных ступеней подогрева и охлаждения, тем ближе цикл ГТУ к циклу Карно и тем выше его КПД.

Применение подобной схемы существенно усложняет конструкцию ГТУ, поэтому в настоящее время в реальных схемах применяются не более одного или двух промежуточных охладителей воздуха и одного промежуточного подогревателя.

Рис. 2.12. Схема ГТУ с промежуточным охлаждением и подогревом рабочего тела	Рис.2.13. Цикл ГТУ в T-s  диаграмме

2.8. Тепловая схема со ступенчатым сгоранием
(промежуточным подогревом газа)

Существенный эффект дает также ступенчатое сгорание топлива. Перед первой частью турбины (или перед первой турбиной) в камере сгорания сжигается часть топлива и для получения допустимых температур газа требуется подавать меньшее количество вторичного воздуха. После работы газа в части высокого давления он поступает во вторую камеру сгорания, где за счет избыточного воздуха в газе сжигается вторая часть топлива и газ поступает во вторую часть турбины (или вторую турбину). Газотурбинная установка может иметь три-четыре ступени сжатия воздуха с промежуточным охлаждением и три–четыре ступени сгорания.

Такие установки требуют меньшего расхода воздуха, поэтому полезная мощность турбины, а следовательно, и КПД газотурбинной установки повышается. KПД в таких газотурбинных установок может составлять 35 – 37 %, мощности их могут быть доведены до 200 – 300 тыс. кВт и более.

На рис. 2.14 показаны соответственно схема и цикл ГТУ с регенерацией и двухступенчатым сжиганием топлива (промежуточным подогревом газа).

Воздух из компрессора К проходит через регенератор Р. и при давлении р₄ и температуре Т₅ поступает в первую камеру сгорания КС₁. Из нее продукты сгорания с температурой Т₁ при давлении р₁ направляются в первую турбину Т1, где они расширяются до . Отработавшие в Т1 газы поступают во вторую камеру сгорания КС₂, в которой за счет дополнительного сжигания топлива их температура повышается до. Вследствие большого коэффициента избытка воздуха в KC₁ топливо в КС₂ сжигается без дополнительной подачи воздуха. Продукты сгорания из КС₂ поступают во вторую турбину Т2, в которой расширяются до р₂ и Т₂ и затем через регенератор Р удаляются в атмосферу.

Рис. 2.14. Схема а) и цикл б) в T-s диаграмме ГТУ
со ступенчатым сгоранием

Цикл установки показан в Т-s диаграмме на рис 2.14, б. Линии изображают: 3 – 4 – сжатие воздуха в компрессоре К; 4 – 5 – подо грев воздуха в регенераторе Р; 5–1 – подвод тепла в первой камере сгорания KC₁; 1–2* – расширение газа в первой турбине Т1; 2*–1*–подвод тепла во второй камере сгорания КС₂; 1*–2–расширение газа во второй турбине Т2; 2–6 –отдача тепла газом в регенераторе Р; 6–3 – отвод тепла с отработавшим газом в атмосферу (условное замыкание цикла).

К недостаткам установки относится необходимость сооружения дорогих и громоздких нагревателя (воздушного котла) и охладителя.

Поверхность нагрева их может быть близка к поверхности нагрева котельного агрегата (при одинаковой электрической мощности, отдаваемой в сеть), а потому и экономичность ГТУ этого типа вследствие увеличения капиталовложений будет понижаться. Температура воздуха в охладителе перед компрессором не может быть понижена до температуры наружного воздуха, поэтому экономичность установки по сравнению с открытой схемой ГТУ будет уменьшаться.

2.9. Топливо для ГТУ. Виды и особенности использования