Газотурбинные и парогазовые установки в России. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок, страница 27

охлаждение, обеспечивающее минимальные термодинамические потери в цикле, требует значительно более высоких значений П_к, чем открытое воздушное, причем разница возрастает по мере увеличения температуры газа. Если при начальной температуре 1300 °С и конечной 580 °С необходимые значения П_к составляют 13-14 при открытом воздушном охлаждении и 17-18 при закрытом паровом, то при температуре 1500 °С эти значения соответственно возрастают до 18-20 и 34-35 (рис. 1). Следует отметить высокие значения к.п.д. и удельной полезной работы при пористом охлаждении турбины. При 1300 °С к.п.д. установки составит 39,0-39,5 %, а при 1500 °С - 45,0-45,5 %. Такая эффективность ГТУ, обусловленная использованием части тепла уходящих газов для получения охлаждающего пара, участвующего в выработке полезной работы, сопоставима, а при температуре 1500 °С заметно превышает эффективность современных паротурбинных блоков. Такие ГТУ фактически являются контактными парогазовыми установками. При этом следует иметь в виду, что комбинированные установки с такими ГТУ будут иметь более низкие показатели, чем с ГТУ, имеющими закрытое паровое охлаждение. Поэтому применение пористого охлаждения целесообразно ограничить наиболее теплонапряженными участками турбины (например, первым венцом рабочих лопаток).

На базе выполненных исследований выбран профиль охлаждаемой ГТУ для комбинированной установки с начальной температурой газа до 1500 °С. Для охлаждения статора турбины использована система закрытого парового охлаждения с частичным (до 10 % расхода охладителя) выпуском пара в проточную часть. Ротор, за исключением первой рабочей лопатки, охлаждается воздухом по открытой схеме, а первая рабочая лопатка имеет пористое паровое охлаждение.

Принципиальная схема такой комбинированной установки приведена на рис. 2. Перегретый пар высокого давления поступает в цилиндр высокого давления (ЦВД) паровой турбины, выполненный по петлевой схеме. Из промежуточной ступени ЦВД предусмотрен отбор пара на охлаждение направляющего аппарата первой ступени газовой турбины. Для охлаждения остальных элементов статора и рабочей лопатки первой ступени предусмотрен отбор пара за ЦВД. Основной поток пара после ЦВД поступает на промежуточный перегрев в парогенератор. Промежуточный перегрев другой части пара осуществляется в системе закрытого охлаждения газовой турбины. После промежуточного перегрева пар из парогенератора подается в цилиндр среднего давления, а в промежуточную ступень этого цилиндра поступает пар из системы закрытого охлаждения в смеси с паром контура низкого давления, перегретым в охладителе воздуха. Из двухпоточного цилиндра низкого давления пар поступает в конденсатор. В схеме предусмотрена камера дожигания топлива, работа которой предполагается только на режимах частичных нагрузок.

При умеренных параметрах парового контура 13 МПа, 510°С и начальной температуре газа 1300 °С к.п.д. комбинированной установки составляет 55,7 %. С ростом начальной температуры газа до 1500 °С к.п.д. установки увеличивается до 58 % (рис. 3). Использование закрытого парового охлаждения для всех элементов газовой турбины позволит повысить к.п.д. до 59,5 % (таблица), что соответствует удельному расходу условного топлива 206,7 г у. т/(кВт-ч). Такое значение в настоящее время достигнуто только в теплофикационных паротурбинных блоках.

Исследование теплового состояния соплового аппарата первой ступени газовой турбины рассматриваемой установки выполнено с учетом неравномерности температурного поля в газовом потоке при входе в турбину. Как показывают статистические данные, эту неравномерность следует ожидать на уровне ±200 °С, поэтому расчет выполнен при температуре газового потока на входе в сопловой аппарат в среднем сечении 1700 °С с учетом ее снижения в периферийном и корневом сечениях до 1550 °С.

Рис. 2. Принципиальная схема газопаровой установки.