Единичный агрегат ГТ ТЭЦ состоит из газотурбинного двигателя , электрогенератора и котла-утилизатора . При работе газовой турбины образующаяся механическая энергия идёт на вращение генератора и выработку электроэнергии, а неиспользованная тепловая - для подогрева теплоносителя в котле. Комплексное использование энергии топлива для электрогенерации и отопления позволяет, как и для всякой ТЭЦ в сравнении с чисто электрической станцией, увеличить суммарный КПД установки примерно с 30 до 90 %.
Оптимальная частота вращения газовой турбины превышает необходимую для непосредственной выработки тока промышленной частоты, поэтому в составе электрогененрирующей части агрегата присутствует либо понижающий механический редуктор , либо статический электронный преобразователь частоты .
В оборудование ГТ ТЭЦ также входят система газоподготовки (осушение, механическая очистка, буферное хранение), электрический распределительный узел, устройства охлаждения генераторов, система автоматического управления и др.
Преимущества и недостатки ГТ ТЭЦ
Преимущества
- В сравнении с паротурбинными тепловыми электростанциями ГТ ТЭЦ требуют меньших суммарных капитальных затрат при возведении, более просты в обслуживании. Они не имеют котлов высокого давления, не требуют специальных охлаждающих устройств для сброса избыточной тепловой энергии, мощность на единицу массы у них значительно выше. В то же время мощность единичного агрегата ГТ ТЭЦ ограничена более тяжёлыми условиями работы турбины. ГТ ТЭЦ не может использовать тяжёлое и твёрдое топливо, возможности оптимизации процесса сгорания на паровой ТЭЦ шире.
- В сравнении с крупными газопоршневыми станциями ГТ ТЭЦ отличается гораздо большим ресурсом, но при этом дороже и требует более квалифицированного обслуживания. Газовая турбина менее требовательна к горючим качествам газа, чем поршневая машина, и более экологически чиста.
Недостатки
- По соотношению вырабатываемой электрической энергии к тепловой ГТ ТЭЦ, как правило, проигрывает другим типам станций.
- К недостаткам ГТ-ТЭЦ можно отнести высокую шумность. Шум вблизи станции может достигать 110 дБ, что сравнимо с шумом от самолёта. В отсутствие шумоизоляции, шум от станции распространяется на расстояние 3 км, с шумоизоляцией около от 1,5 до 2 км.
Область применения
Строительство ГТ ТЭЦ оправдано в случае необходимости быстрого введения локальных генерирующих и отопительных мощностей при минимизации начальных затрат: увеличение мощности или реконструкция сетей масштаба микрорайона, посёлка, небольшого города, основание новых населённых пунктов, особенно в сложных для строительства условиях. Всё, что необходимо для работы станции - лишь наличие стабильного газоснабжения; крайне желателен достаточный спрос на тепловую энергию.
Совершенствование технологии газотурбинных агрегатов удешевляет их производство и эксплуатацию и значительно продляет ресурс. Применение бесконтактных подшипников (магнитных , газодинамических), совершенствование материалов, работающих в пламени, снижение тепловой напряжённости крупных турбин позволяет добиться наработки 60-150 тыс.ч. до замены основных изнашивающихся деталей и межсервисного интервала порядка года. В настоящее время (2010-е) разработаны и серийно выпускаются как мощные тихоходные (6 тыс.об/мин) энергетические турбины для капитальных стационарных ГТ ТЭЦ, так и компактные турбоагрегаты с высокой частотой вращения (около 100 тыс. об/мин) и высокочастотными генераторами в законченном «контейнерном» исполнении, также в той или иной мере пригодные в качестве основного источника энергоснабжения населённого пункта.
Технологическое совершенство современных газотурбинных агрегатов в известной мере снимает барьер, заставивший на заре электроэнергетики ввести в турбогенератор «лишнюю» паровую ступень. Всё это вместе с увеличением спроса на локальные мощности способствует распространению ГТ ТЭЦ из газоносных районов с суровым климатом и сложными условиями строительства во всё более обширные умеренные области, где при дешёвом газоснабжении ощущается возрастающий недостаток электроэнергии, а наращивание мощности централизованных сетей нецелесообразно по экономическим или организационным соображениям.
Пользователи
РТЭС «Курьяново», «Люблино», «Пенягино», «Переделкино», «Тушино», «Павшино» установлены по 2 газо-турбинные установки (ГТУ) по 6 МВт
Проект строительства ГТУ-ТЭЦ в центре города Звенигорода был отвергнут как экологически опасный.
См. также
- Блочно-контейнерная автоматизированная электростанция
Напишите отзыв о статье "Газотурбинная ТЭЦ"
Примечания
Ссылки
- // Турбины и дизели /январь�февраль 2010 58-59
Отрывок, характеризующий Газотурбинная ТЭЦ
«Никому не нужен я! – думал Ростов. – Некому ни помочь, ни пожалеть. А был же и я когда то дома, сильный, веселый, любимый». – Он вздохнул и со вздохом невольно застонал.– Ай болит что? – спросил солдатик, встряхивая свою рубаху над огнем, и, не дожидаясь ответа, крякнув, прибавил: – Мало ли за день народу попортили – страсть!
Ростов не слушал солдата. Он смотрел на порхавшие над огнем снежинки и вспоминал русскую зиму с теплым, светлым домом, пушистою шубой, быстрыми санями, здоровым телом и со всею любовью и заботою семьи. «И зачем я пошел сюда!» думал он.
На другой день французы не возобновляли нападения, и остаток Багратионова отряда присоединился к армии Кутузова.
Князь Василий не обдумывал своих планов. Он еще менее думал сделать людям зло для того, чтобы приобрести выгоду. Он был только светский человек, успевший в свете и сделавший привычку из этого успеха. У него постоянно, смотря по обстоятельствам, по сближениям с людьми, составлялись различные планы и соображения, в которых он сам не отдавал себе хорошенько отчета, но которые составляли весь интерес его жизни. Не один и не два таких плана и соображения бывало у него в ходу, а десятки, из которых одни только начинали представляться ему, другие достигались, третьи уничтожались. Он не говорил себе, например: «Этот человек теперь в силе, я должен приобрести его доверие и дружбу и через него устроить себе выдачу единовременного пособия», или он не говорил себе: «Вот Пьер богат, я должен заманить его жениться на дочери и занять нужные мне 40 тысяч»; но человек в силе встречался ему, и в ту же минуту инстинкт подсказывал ему, что этот человек может быть полезен, и князь Василий сближался с ним и при первой возможности, без приготовления, по инстинкту, льстил, делался фамильярен, говорил о том, о чем нужно было.
Пьер был у него под рукою в Москве, и князь Василий устроил для него назначение в камер юнкеры, что тогда равнялось чину статского советника, и настоял на том, чтобы молодой человек с ним вместе ехал в Петербург и остановился в его доме. Как будто рассеянно и вместе с тем с несомненной уверенностью, что так должно быть, князь Василий делал всё, что было нужно для того, чтобы женить Пьера на своей дочери. Ежели бы князь Василий обдумывал вперед свои планы, он не мог бы иметь такой естественности в обращении и такой простоты и фамильярности в сношении со всеми людьми, выше и ниже себя поставленными. Что то влекло его постоянно к людям сильнее или богаче его, и он одарен был редким искусством ловить именно ту минуту, когда надо и можно было пользоваться людьми.
Пьер, сделавшись неожиданно богачом и графом Безухим, после недавнего одиночества и беззаботности, почувствовал себя до такой степени окруженным, занятым, что ему только в постели удавалось остаться одному с самим собою. Ему нужно было подписывать бумаги, ведаться с присутственными местами, о значении которых он не имел ясного понятия, спрашивать о чем то главного управляющего, ехать в подмосковное имение и принимать множество лиц, которые прежде не хотели и знать о его существовании, а теперь были бы обижены и огорчены, ежели бы он не захотел их видеть. Все эти разнообразные лица – деловые, родственники, знакомые – все были одинаково хорошо, ласково расположены к молодому наследнику; все они, очевидно и несомненно, были убеждены в высоких достоинствах Пьера. Беспрестанно он слышал слова: «С вашей необыкновенной добротой» или «при вашем прекрасном сердце», или «вы сами так чисты, граф…» или «ежели бы он был так умен, как вы» и т. п., так что он искренно начинал верить своей необыкновенной доброте и своему необыкновенному уму, тем более, что и всегда, в глубине души, ему казалось, что он действительно очень добр и очень умен. Даже люди, прежде бывшие злыми и очевидно враждебными, делались с ним нежными и любящими. Столь сердитая старшая из княжен, с длинной талией, с приглаженными, как у куклы, волосами, после похорон пришла в комнату Пьера. Опуская глаза и беспрестанно вспыхивая, она сказала ему, что очень жалеет о бывших между ними недоразумениях и что теперь не чувствует себя вправе ничего просить, разве только позволения, после постигшего ее удара, остаться на несколько недель в доме, который она так любила и где столько принесла жертв. Она не могла удержаться и заплакала при этих словах. Растроганный тем, что эта статуеобразная княжна могла так измениться, Пьер взял ее за руку и просил извинения, сам не зная, за что. С этого дня княжна начала вязать полосатый шарф для Пьера и совершенно изменилась к нему.
– Сделай это для нее, mon cher; всё таки она много пострадала от покойника, – сказал ему князь Василий, давая подписать какую то бумагу в пользу княжны.
Князь Василий решил, что эту кость, вексель в 30 т., надо было всё таки бросить бедной княжне с тем, чтобы ей не могло притти в голову толковать об участии князя Василия в деле мозаикового портфеля. Пьер подписал вексель, и с тех пор княжна стала еще добрее. Младшие сестры стали также ласковы к нему, в особенности самая младшая, хорошенькая, с родинкой, часто смущала Пьера своими улыбками и смущением при виде его.
Пьеру так естественно казалось, что все его любят, так казалось бы неестественно, ежели бы кто нибудь не полюбил его, что он не мог не верить в искренность людей, окружавших его. Притом ему не было времени спрашивать себя об искренности или неискренности этих людей. Ему постоянно было некогда, он постоянно чувствовал себя в состоянии кроткого и веселого опьянения. Он чувствовал себя центром какого то важного общего движения; чувствовал, что от него что то постоянно ожидается; что, не сделай он того, он огорчит многих и лишит их ожидаемого, а сделай то то и то то, всё будет хорошо, – и он делал то, что требовали от него, но это что то хорошее всё оставалось впереди.
Газотурбинные установки (ГТУ) - тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина. Для обеспечения работы и управления в установке присутствует комплекс объединенных между собой вспомогательных систем. ГТУ в совокупности с электрическим генератором называют газотурбинным агрегатом. Вырабатываемая мощность одного устройства составляет от двадцати киловатт до десятков мегаватт. Это классические газотурбинные установки. Производство электроэнергии на электростанции осуществляется при помощи одной или нескольких ГТУ.
Устройство и описание
Газотурбинные установки состоят из двух основных частей, расположенных в одном корпусе, - газогенератора и силовой турбины. В газогенераторе, включающем в себя камеру сгорания и турбокомпрессор, создается поток газа высокой температуры, воздействующего на лопатки силовой турбины. При помощи теплообменника производится утилизация выхлопных газов и одновременное производство тепла через водогрейный или паровой котел. Работа газотурбинных установок предусматривает использование двух видов топлива - газообразного и жидкого.
В обычном режиме ГТУ работает на газе. В аварийном или резервном при прекращении подачи газа осуществляется автоматический переход на жидкое (дизельное) топливо. В оптимальном режиме газотурбинные установки комбинированно производят электрическую и тепловую энергию. По количеству вырабатываемой тепловой энергии ГТУ значительно превосходят газопоршневые устройства. Турбоагрегаты используются на электростанциях как для работы в базовом режиме, так и для компенсирования пиковых нагрузок.
История создания
Идея использовать энергию горячего газового потока была известна еще с древних времен. Первый патент на устройство, в котором были представлены те же основные составляющие, что и в современных ГТУ, был выдан англичанину Джону Барберу в 1791 году. Газотурбинная установка включала в себя компрессоры (воздушный и газовый), камеру сгорания и активное турбинное колесо, но так и не получила практического применения.
В 19-м и начале 20-го века многие ученые и изобретатели всего мира разрабатывали установку, пригодную для практического применения, но все попытки были безуспешными ввиду низкого развития науки и техники тех времен. Полезная мощность, выдаваемая опытными образцами, не превышала 14% при низкой эксплуатационной надежности и конструктивной сложности.
Впервые газотурбинные установки электростанций были использованы в 1939 году в Швейцарии. В эксплуатацию была введена электростанция с турбогенератором, выполненным по простейшей схеме мощностью 5000 кВт. В 50-х годах эта схема была доработана и усложнена, что позволило увеличить КПД и мощность до 25 МВт. Производство газотурбинных установок в промышленно развитых странах сформировалось в единый уровень и направление развития по мощностям и параметрам турбоагрегатов. Суммарная мощность выпущенных в Советском Союзе и России газотурбинных установок исчисляется миллионами кВт.
Принцип работы ГТУ
Атмосферный воздух поступает в компрессор, сжимается и под высоким давлением через воздухоподогреватель и воздухораспределительный клапан направляется в камеру сгорания. Одновременно через форсунки в камеру сгорания подается газ, который сжигается в воздушном потоке. Сгорание газовоздушной смеси образует поток раскаленных газов, который с высокой скоростью воздействует на лопасти газовой турбины, заставляя их вращаться. Тепловая энергия потока горячего газа преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины, который приводит в действие компрессор и электрогенератор. Электроэнергия с клемм генератора через трансформатор направляется в потребительскую электросеть.
Горячие газы через регенератор поступают в водогрейный котел и далее через утилизатор в дымовую трубу. Между водогрейным котлом и центральным тепловым пунктом (ЦТП) при помощи сетевых насосов организована циркуляция воды. Нагретая в котле жидкость поступает в ЦТП, к которому осуществляется подключение потребителей. Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, изобарного подвода теплоты в камере сгорания, адиабатного расширения рабочего тела в газовой турбине, изобарного отвода теплоты.
В качестве топлива для ГТУ используется природный газ - метан. В аварийном режиме, в случае прекращения подачи газа, ГТУ переводится на частичную нагрузку, а в качестве резервного топлива используются дизельное топливо или сжиженные газы (пропан-бутан). Возможные варианты работы газотурбинной установки: отпуск электроэнергии или совмещенный отпуск электричества и тепловой энергии.
Когенерация
Производство электричества с одновременной выработкой сопутствующей тепловой энергии называется когенерацией. Эта технология позволяет значительно повысить экономическую эффективность использования топлива. В зависимости от нужд газотурбинная установка дополнительно может оснащаться водогрейными или паровыми котлами. Это дает возможность получать горячую воду или пар различного давления.
При оптимальном использовании двух видов энергии достигается максимальный экономический эффект когенерации, а коэффициент использования топлива (КИТ) достигает 90%. В этом случае тепло выхлопных газов и тепловая энергия из системы охлаждения агрегатов, вращающих электрогенераторы (по сути, бросовая энергия), используется по назначению. При необходимости утилизируемое тепло может использоваться для производства холода в абсорбционных машинах (тригенерация). Система когенерации состоит из четырех ключевых частей: первичный двигатель (газовая турбина), электрогенератор, система теплоутилизации, система управления и контроля.
Управление
Выделяют два основных режима работы, при которых эксплуатируются газотурбинные установки:
- Стационарный. В этом режиме турбина работает при фиксированной номинальной или неполной нагрузке. До недавнего времени стационарный режим был основным для ГТУ. Остановка турбины проводилась несколько раз в год для плановых ремонтов или в случае неполадок.
- Переменный режим предусматривает возможность изменения мощности ГТУ. Необходимость изменять режим работы турбины может быть вызвана одной из двух причин: если изменилась потребляемая электрогенератором мощность ввиду изменения подключенной к нему нагрузки потребителей, и если изменилось атмосферное давление и температура забираемого компрессором воздуха. К нестационарным режимам, причем наиболее сложным, относится остановка и пуск газотурбинной установки. При последнем машинист газотурбинных установок должен выполнить многочисленные операции перед первым толчком ротора. Перед полноценным пуском установки осуществляется предварительная раскрутка ротора.
Изменение режима работы установки осуществляется регулировкой подачи горючего в камеру сгорания. Главной задачей управления ГТУ является обеспечение нужной мощности. Исключением является газотурбинная энергетическая установка, для которой основная задача управления - постоянство частоты ращения, связанного с турбиной электрического генератора.
Применение в энергетике
В стационарной энергетике применяются ГТУ разного назначения. В качестве основных приводных двигателей электрогенераторов на тепловых электростанциях газотурбинные установки используются в основном в районах с достаточным количеством природного газа. Благодаря возможности быстрого пуска ГТУ широко применяются для покрытия пиковых нагрузок в энергосистемах в периоды максимального потребления энергии. Резервные газотурбинные агрегаты обеспечивают внутренние нужды ТЭС во время остановки основного оборудования.
КПД
В целом электрический КПД газовых турбин ниже, чем у других силовых агрегатов. Но при полной реализации теплового потенциала газотурбинного агрегата значимость этого показателя становится менее актуальной. Для мощных газотурбинных установок существует инженерный подход, предполагающий комбинированное использование двух видов турбин за счет высокой температуры выхлопных газов.
Вырабатываемая тепловая энергия идет на производство пара для паровой турбины, которая используется параллельно с газовой. Это повышает электрический КПД до 59% и существенно увеличивает эффективность использования топлива. Недостатком такого подхода является конструктивное усложнение и удорожание проекта. Соотношение производимой ГТУ электрической и тепловой энергии примерно 1:2, то есть на 10 МВт электроэнергии выдается 20 МВт энергии тепловой.
Достоинства и недостатки
К преимуществам газовых турбин относятся:
- Простота устройства. Ввиду отсутствия котельного блока, сложной системы трубопроводов и множества вспомогательных механизмов металлозатраты на единицу мощности у газотурбинных установок значительно меньше.
- Минимальный расход воды, которая в ГТУ требуется только для охлаждения подаваемого к подшипникам масла.
- Быстрый ввод в работу. Для газовых турбоагрегатов время пуска из холодного состояния до принятия нагрузки не превышает 20 минут. Для паросиловой установки ТЭС пуск занимает несколько часов.
Недостатки:
- В работе газовых турбоагрегатов используется газ с весьма высокой начальной температурой - более 550 градусов. Это вызывает трудности при практическом исполнении газовых турбин, так как требуются специальные жаростойкие материалы и особые системы охлаждения для наиболее нагреваемых частей.
- Около половины развиваемой турбиной мощности расходуется на привод компрессора.
- ГТУ ограничены по топливу, используется природный газ или качественное жидкое топливо.
- Мощность одной газотурбинной установки ограничена 150 МВт.
Экология
Позитивным фактором использования ГТУ является минимальное содержание вредных веществ в выбросах. По этому критерию газовые турбины опережают ближайшего конкурента - поршневые электростанции. Благодаря своей экологичности газотурбинные агрегаты без проблем можно размещать в непосредственной близости от мест проживания людей. Низкое содержание вредных выбросов при эксплуатации ГТУ позволяет экономить средства при строительстве дымовых труб и приобретении катализаторов.
Экономика ГТУ
На первый взгляд, цены на газотурбинные установки довольно высоки, но при объективной оценке возможностей этого энергетического оборудования все аспекты встают на свои места. Высокие капиталовложения на старте энергетического проекта полностью компенсируются незначительными расходами при последующей эксплуатации. Кроме того, значительно снижаются экологические платежи, уменьшаются затраты на покупку электрической и тепловой энергии, снижается влияние на окружающую среду и население. Вследствие перечисленных причин ежегодно приобретаются и устанавливаются сотни новых газотурбинных установок.
Строительство ГТУ-30 МВт на Калужской ТЭЦ является частью масштабной инвестиционной программы ОАО «Квадра», реализуемой в рамках договоров присоединения мощности.
В рамках инвестиционной программы ОАО «Квадра» до 2015 г. планирует построить объекты генерации общей установленной мощностью 1092 МВт.
В ходе строительства нового энергоблока на Калужской ТЭЦ (в соответствии с проектом) был возведен новый комплекс, состоящий непосредственно из газотурбинной установки производства General Electric (США), парового котла-утилизатора производства ООО «НПО «Барнаульский завод котельного оборудования» и дожимной компрессорной станции. Стоимость проекта составила 1,7 млрд руб. При выборе газовой турбины учитывали опыт эксплуатации аналогичного генерирующего оборудования на других станциях, в частности на Белгородской ГТУ-ТЭЦ «Луч», работающей с 2005 г
Немаловажным фактором явилось то, что фирма-производитель газовых турбин на время капитального ремонта своей продукции предоставляет аналогичный газотурбинный агрегат, что исключает возможные простои в работе всей станции.
Стоит отметить, что нами было реализовано интересное и энергоэффективное решение включения нового газотурбинного энергоблока в существующую схему генерации энергии на Калужской ТЭЦ с учетом уже действующего оборудования. Принципиальная схема этого решения представлена на рис. 1, особенностью которого является получение пара в котле-утилизаторе (за счет охлаждения выхлопных газов газовой турбины) с его последующей подачей на действующие две паровые турбины типа Р и П. То есть с вводом в эксплуатацию газотурбинной установки фактически получили парогазовую ТЭЦ. Коэффициент использования топлива (КИТ) станции составит около 86%.
Рис. 1
Газовые турбины производства фирмы General Electric являются современной разработкой и отвечают последним мировым достижениям в этой области.
Концентрация окислов азота и углерода в отработанных газах имеет крайне низкие значения (на уровне наилучших мировых стандартов). Эти величины отвечают требованиям действующего ГОСТ 29328-92: содержание оксидов азота в отработанных газах ГТУ не более 51 мг/нм 3 .
Реконструкция Калужской ТЭЦ позволит значительно сократить выбросы вредных веществ в атмосферу. После ввода современной ГТУ на Калужской ТЭЦ концентрация выбросов окислов азота снизится с 255 до 55 мг/нм 3 .
Газотурбинная установка полностью автоматизирована, управление ГТУ производится из диспетчерской станции.
Ввод в эксплуатацию современного газотурбинного оборудования на Калужской ТЭЦ позволит увеличить установленную электрическую мощность станции с 12 до 42 МВт, выработка электроэнергии на Калужской ТЭЦ, по оценкам, увеличится в 6,5 раза (будет дополнительно вырабатываться до 2 млн кВт.ч электроэнергии в год). Это сократит дефицит электроэнергии в Калужской области и тем самым повысит надежность работы регионального энергоузла.
Что касается выработки тепловой энергии, то существующие два котла теперь будут работать в пиково-резервном режиме, а большая часть тепловой нагрузки в течение года будет покрываться за счет пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе (максимальная производительность - 40 т/ч).
Пуск ГТУ позволяет улучшить технико-экономические показатели работы станции, повысить надежность энергоснабжения потребителей, а также обеспечить конкурентоспособность ТЭЦ на рынке электроэнергии и мощности.
После ввода ГТУ удельные расходы топлива снизятся:
¦ на отпуск электроэнергии - с 632,3 до 265 г/кВт.ч;
¦ на отпуск тепловой энергии - с 215,5 до 175 кг/Гкал.
В 2010 г. обучение и переподготовку для работы на ГТУ прошли 18 сотрудников Калужской ТЭЦ, в 2011 г. планируется обучить еще 10 чел.
В заключение стоит отметить, что проектом реконструкции Калужской ТЭЦ предусматривалось не только строительство ГТУ-30 МВт, но и дополнительная загрузка станции по тепловой мощности за счет переключения тепловых нагрузок, в частности, в районе ул. Чичерина, Социалистическая и Телевизионная (г. Калуга) с закрытием низкоэффективных котельных.
До района ул. Чичерина, Социалистическая и Телевизионная на данный момент теплотрасса практически «дотянута», общая протяженность которой 3 км в двухтрубном исчислении, диаметром 300 мм, бесканальная прокладка. В этом случае нами было принято решение об использовании труб в пенополимерминеральной (ППМ) изоляции с системой оперативного дистанционного контроля.
С завершением работ по строительству теплосети, в районе планируется закрыть четыре низкоэффективные котельные.
В 2007 г. для «переброса» тепловой нагрузки с трех котельных (две ведомственные и одна муниципальная) в Силикатном районе на Калужскую ТЭЦ от станции до района была проложена теплосеть протяженностью 3,5 км в двухтрубном исчислении наружной прокладки из труб в пенополиуретановой (ППУ) изоляции диаметром 325 мм с антивандальным покрытием. установка пар газотурбинный тепловой
Правда, за время эксплуатации данного трубопровода возникла проблема многочисленных поджогов теплоизоляции со стороны жителей. Сегодня Силикатный район полностью получает тепловую энергию от Калужской ТЭЦ.
Область применения:
1) Для выработки электрической и тепловой энергии.
2) Транспортные (двигатели самолетов, судов, железнодорожных локомотивов, танков).
3) Приводные ГТУ: для привода мощных нагнетателей воздуха (компрессоры, воздуходувки, насосы, на газоперекачке).
4) Энерготехнологические ГТУ: используются в технологических схемах крупных предприятий для приводов компрессоров, обеспечивающих рабочий процесс и работающих за счет расширения газов, образующихся в сомом технологическом процессе.
ПТУ сложнее и дороже
ГТУ – маневреннее, быстрее пуск. Пуск ГТУ осуществляется за несколько минут, паросиловой установки – до нескольких часов).
1. ГТУ используют для снятия пиковых нагрузок (КПД низкий).
2. Благодаря низкой стоимости на газ, в последнее время повышен интерес у конечных потребителей энергии к созданию ГТУ (собственных) для обеспечения предприятий энергоресурсами.
3. Использование ГТУ (замкнутых), работающих в паре с атомными реакторами (для охлаждения применяют гелий).
Принципиальная схема гту.
Цикл ГТУ.
2 д , 4 д потери в проточной части.
12 сжатие воздуха в компрессоре (адиабатное);
23 изобарный подвод теплоты в камере сгорания;
34 адиабатное расширение продуктов сгорания в ГТ;
41 изобарное охлаждение продуктов сгорания в атмосфере.
степень повышения
давления в компрессоре.
Р 1 давление окружающей среды только для разомкнутых схем.
Чем π выше, тем выше η t . .
Температура Т 3 ограничена пределом жаростойкости металла ГТ (1400°С – для авиационной турбины, или 900°С – в среднем).
Замкнутая схема.
Недостаток схемы : большое количество элементов, работающих при высокой температуре, что повышает стоимость установки (дорогие материалы).
Т 4 > Т 1 ≡ Т ос Т 4 =400÷450°С
В открытой схеме выбрасываемые газы имеют высокий тепловой потенциал.
Из-за потерь при определенной степени сжатия π работа компрессора может быть больше работы ГТ.
В реальной установке наибольшая эффективность достигается при определенной (оптимальной) степени повышенного давления в компрессоре π опт .
Значение π опт определяется температурой рабочего тела на выходе из камеры сгорания и относительными внутренними КПД компрессора и турбины.
Методы повышения КПД ГТУ.
1) Использование теплоты уходящих газов.
Регенеративный подогрев сжатого воздуха продуктами сгорания ГТ.
Т 4 > Т 1
температура
воздуха на выходе из РП
Уменьшается количество подводимой теплоты в КС; уменьшается количество теплоты, выбрасываемое в окружающую среду, следовательно, эффективность возрастает.
Т 6 =Т 2
,
Р
4
=Р
1
,
Р
2
=Р
3
π > 1, следовательно, чем ниже π , тем больше выгода от регенерации теплоты.
При увеличении π
:
и
;
с увеличением Т
3
:
;
при определенной
π:
2) Промежуточное охлаждение воздуха в компрессоре.
уменьшение работы
на сжатие воздуха компрессором при
промежуточном охлаждении воздуха,
сжимаемого компрессором.
(адиабатный)
изоэнтропный (относительный) КПД
компрессора.
полезная работа
компрессора ГТУ с промежуточным
охлаждением воздеха.
>
3) Промежуточный подогрев газов в ГТ
η t –относительный КПД турбины (адиабатный)
Р 3 = Р 2 ; Р 4 = Р 1
увеличение
работы расширения продуктов сгорания
в турбине за счет промышленного перегрева
этих газов.
ПОВ – промежуточный охладитель воздуха;
ПП промежуточный подогреватель продуктов сгорания.
Т 1 =300К
Т 3 =973К
увеличилась в 1,8
раз (на 80%).
Если
и
увеличить на 2%, то
увеличится на 14%.
Полезная мощность
расход газа
через турбину;
расход газа
через компрессор.
–расход теплоты с
топливом в КС.
N эл = N пол ·η эм
Условия отпуска теплоты от газотурбинной ТЭЦ имеют следующие особенности:
Продолжительность сгорания на выходе из ГТУ составляют t=400-500°С,то достаточно для нагрева теплоносителей, в т.ч. пару, для отпуска тепловой энергии внешним потребителям.
Выработка тепловой энергии в виде пара или горячей воды производится за счет теплоты полностью отработавших в ГТ продуктов сгорания, поэтому:
Температурный уровень отпускаемой теплоты не влияет на тепловую экономичность ГТ.
Мощность газотурбинного двигателя ГТУ при любой величине отпуска тепловой энергии остается постоянным (электрическая и тепловая нагрузка не связаны).
