Показатели комбинированной установки в значительной степени определяются уровнем начальной температуры перед газовой турбиной, поэтому основное направление совершенствования комбинированных установок связано прежде всего с повышением температуры газа. За рубежом уже эксплуатируются комбинированные установки, созданные на базе газотурбинных установок (ГТУ) с начальной температурой газа до 1154°С. Комбинированные установки на их основе обеспечивают к. п. д. до 51,5—52,0%. В США, Японии и ФРГ испытываются или создаются головные образцы ГТУ на начальную температуру 1260—1280 °С.
Применение ГТУ с двумя ступенями подвода тепла и температурой до 1500°С в комбинированных установках позволит иметь к. п. д. до 58-60% [1, 2].
Освоенный уровень начальной температуры газа в отечественных стационарных ГТУ заметно ниже. Создание высокотемпературной газовой турбины—одна из центральных задач большой энергетики нашей страны. Уже в настоящее время решается проблема создания газовых турбин нового поколения, способных работать при температурах газа 1100—1170°С, а в обозримом будущем намечается повышение температуры газа до 1250 °С. Освоение столь высоких температур будет обеспечено совершенствованием систем охлаждения газовых турбин.
В системах охлаждения современных газовых турбин в качестве хладагента используется цикловой воздух ГТУ. Такие системы охлаждения характеризуются относительной простотой, но отборы воздуха на охлаждение отрицательно сказываются прежде всего на экономичности установки. На уровне современных знаний и технологических возможностей промышленности уровень начальной температуры газа 1260-1280°С близок к предельному для воздушного охлаждения.
Дальнейшее повышение начальной температуры газа и улучшение показателей комбинированной установки можно обеспечить путем применения пара в качестве теплоносителя в системе охлаждения газовой турбины. Идея использования пара для охлаждения газовой турбины была выдвинута и обоснована в ЦКТИ и ЛПИ еще в 60-е годы. Тогда же были предложены и исследованы специализированные высокоэкономичные комбинированные установки, в которых эффективно использовалось тепло, отводимое при охлаждении элементов проточной части газовой турбины [3—6 и др.].
В последние годы повышенный интерес к паровому охлаждению газовой турбины проявляют зарубежные фирмы, а их публикации по этой проблеме по существу повторяют основные результаты наших исследований и разработок. Несмотря на приоритет наших разработок, практическая реализация парового охлаждения, по-видимому, будет принадлежать зарубежным фирмам, которые в настоящее время разрабатывают вопросы применения парового охлаждения газовой турбины и создания на базе таких ГТУ комбинированных установок [7].
Последняя публикация подтверждает актуальность и своевременность разработки перспективной комбинированной установки на базе охлаждаемой паром высокотемпературной газовой турбины, некоторые результаты которой изложены ниже.
Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования охлаждаемых паром лопаточных аппаратов, выполненные авторами настоящей статьи в 60-е годы [8], показали возможность повышения начальной температуры газа в ГТУ на 150—200°С сверх предельно достижимой при воздушном охлаждении. Эти цифры подтверждены в настоящее время и зарубежными исследователями [1]. Таким образом, при замене открытой системы воздушного охлаждения открыто-закрытой системой парового охлаждения достижимая на современном этапе начальная температура газа будет на уровне 1430—1460°С. При этом к. п. д. комбинированной установки может достигать 60%.
Учитывая неизбежное усложнение конструкции при закрытом паровом охлаждении элементов проточной части газовой турбины, целесообразно прежде всего рассмотреть применение такого охлаждения лишь для ее статорных элементов, сохранив охлаждение ротора, в том числе и рабочих лопаток, воздушным. Этими условиями определена принятая далее начальная температура газа в ГТУ—1300°С, достижение которой возможно по мере освоения в ближайшие годы отечественными заводами стационарного газотурбостроения технологии изготовления точным литьем крупногабаритных рабочих лопаток газовых турбин с развитыми внутренними системами охлаждения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.