Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 33

Наибольшее распространение такие газовые турбины нашли в металлургии, в доменном производстве.

Газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), питаемые газом от одной крупной печи, способны развивать мощность 15 – 25 МВт, а выработка электроэнергии при этом составляет от 40 до 200 кВт·ч на 1т выплавляемого чугуна.

В мощных стационарных установках применяют двухвальные агрегаты: одна из последовательно соединенных турбин, работающая с постоянным числом оборотов, приводит генератор, а другая работает на компрессор с переменным числом оборотов. В этом случае при изменении нагрузки можно поддерживать температуру газов перед турбиной примерно постоянной; будут меняться степень повышения давления и количество воздуха, подаваемого компрессором. Применение регенерации, промежуточного подогрева газов и промежуточного охлаждения в компрессоре позволяет значительно увеличить КПД двухвальной газотурбинной установки.

2.12. Сложные и многовальные ГТУ

Для снижения капитальных затрат и эксплутационных расходов на электростанциях существует тенденция к увеличению единичной мощности турбин.

Но если единичная мощность ПТУ доведена до 1000мВт и более, то мощность ГТУ в одном агрегате не превышает 100 МВт.

Это объясняется тем, что срабатываемый в ГТ теплоперепад в 3 – 5 раз меньше, чем в ПТ.

Поэтому для получения одинаковой мощности нужно соответственно увеличить весовой (а при равных давлениях) и объемный расходы газа, что требует большой высоты лопаток, особенно первых ступеней.

Однако с увеличением размеров лопаток в них значительно растут напряжения.

Таким образом, высота лопаток и число оборотов ограничивают единичную мощность турбин.

Наиболее просто вопрос повышения единичной мощности решается в замкнутых ГТУ. В них решение задачи достигается увеличением давления, а следовательно и, весового расхода газа, циркулирующего в замкнутом контуре.

Например, если увеличить давление газа перед компрессором в 10 раз, то при неизменных температурах цикла, степени повышения давления и при тех же самых размерах проточной части турбины и компрессора мощность установки также возрастет примерно в 10 раз.

С целью увеличения мощности и экономичности, открытых ГТУ, в настоящее время применяются сложные и многовальные схемы, в которых осуществляется ступенчатое сжатие воздуха, ступенчатый подогрев газа, регенерация и т. д. Но мощность таких ГТУ лимитируется пропускной способностью компрессора. При ступенчатом сжатии это будет компрессор низкого давления.

Кроме того, такие схемы дают возможность повысить экономичность ГТУ при работе на частичных нагрузках. На рис. 2.16 приведены три кривые для трех типов установок, показывающие изменение относительного КПД ГТУ в зависимости от нагрузки.

Наиболее резко снижается КПД у простейшей одновальной ГТУ открытого типа.

Это объясняется тем, что мощность в ГТУ этого типа регулируется только изменением расхода топлива. В связи с этим на частичных нагрузках снижается начальная температура газа перед турбиной, что уменьшает КПД цикла.

Значительно в меньшей степени снижается КПД у двухвальной установки открытого типа (кривая 2). Регулирование в ГТУ этого типа осуществляется не только путем изменения расхода топлива, но и за счет изменения расхода воздуха, подаваемого компрессором. Все это позволяет значительно меньше снижать температуру газа при работе на частичных нагрузках.

Слабее всего снижается КПД при уменьшении нагрузки у ГТУ замкнутого типа (кривая 3), в которой мощность регулируется изменением весового расхода газа при неизменной температуре его перед турбиной.

Характерным примером сложной многовальной ГТУ может служить мощная установка ГТ – 100 – 750 – 2 ЛМЗ. Эта двухвальная установка предназначена для привода электрогенератора мощностью 100000 кВт. Ее тепловая схема относительно проста. В ней нет регенератора, но использовано двухступенчатое сжатие воздуха с промежуточным его охлаждением. КПД этой установки достигает 28 %. Имеется в схеме теплофикационный подогреватель (для сетевой воды).