Газотурбинные паротурбинные установки и двигатели что это такое

Паровая и газовая турбины: преимущества и недостатки агрегатов

Смотрите также

Блог об энергетике

На днях Василий рассказал о статье, в которой подробно и простыми словами описан цикл ПГУ-450. Статья действительно очень легко усваивается. Я же хочу рассказать о теории. Коротко, но по-делу.

Материал я позаимствовал из учебного пособия «Введение в теплоэнергетику». Авторы этого пособия — И. З. Полещук, Н. М. Цирельман. Пособие предлагается студентам УГАТУ (Уфимский государственный авиационный технический университет) для изучения одноименной дисциплины.

Газотурбинная установка (ГТУ) представляет собой тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется сначала в теплоту, а затем в механическую энергию на вращающемся валу.

Простейшая ГТУ состоит из компрессора, в котором сжимается атмосферный воздух, камеры сгорания, где в среде этого воздуха сжигается топливо, и турбины, в которой расширяются продукты сгорания. Так как средняя температура газов при расширении существенно выше, чем воздуха при сжатии, мощность, развиваемая турбиной, оказывается больше мощности, необходимой для вращения компрессора. Их разность представляет собой полезную мощность ГТУ.

На рис. 1 показаны схема, термодинамический цикл и тепловой баланс такой установки. Процесс (цикл) работающей таким образом ГТУ называется разомкнутым или открытым. Рабочее тело (воздух, продукты сгорания) постоянно возобновляется — забирается из атмосферы и сбрасывается в нее. КПД ГТУ, как и любого теплового двигателя, представляет собой отношение полезной мощности N_ГТУ к расходу теплоты, полученной при сжигании топлива:

Из баланса энергии следует, что N_ГТУ = Q_T — ΣQ_П, где ΣQ_П — общее количество отведенной из цикла ГТУ теплоты, равное сумме внешних потерь.

Основную часть потерь теплоты ГТУ простого цикла составляют потери с уходящими газами:

ΔQух ≈ Qух — Qв; ΔQух — Qв ≈ 65…80%.

Доля остальных потерь значительно меньше:

а) потери от недожога в камере сгорания ΔQкс / Qт ≤ 3%;

б) потери из-за утечек рабочего тела ; ΔQут / Qт ≤ 2%;

в) механические потери (эквивалентная им теплота отводится из цикла с маслом, охлаждающим подшипники) ΔNмех / Qт ≤ 1%;

г) потери в электрическом генераторе ΔNэг / Qт ≤ 1…2%;

д) потери теплоты конвекцией или излучением в окружающую среду ΔQокр / Qт ≤ 3%

Теплота, которая отводится из цикла ГТУ с отработавшими газами, может быть частично использована вне цикла ГТУ, в частности, в паросиловом цикле.

Принципиальные схемы парогазовых установок различных типов приведены на рис. 2.

В общем случае КПД ПГУ:

Здесь — Qгту количество теплоты, подведенной к рабочему телу ГТУ;

Qпсу — количество теплоты, подведенной к паровой среде в котле.

Рис. 1. Принцип действия простейшей ГТУ

а — принципиальная схема: 1 — компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — турбина; 4 — электрогенератор;
б — термодинамический цикл ГТУ в ТS-диаграмме;
в — баланс энергии.

В простейшей бинарной парогазовой установке по схеме, показанной на рис. 2 а, весь пар вырабатывается в котле-утилизаторе: η_УПГ = 0,6…0,8 (в зависимости, главным образом, от температуры уходящих газов).

При Т_Г = 1400…1500 К η_ГТУ ≈ 0,35, и тогда КПД бинарной ПГУ может дос-тигать 50-55 %.

Температура отработавших в турбине ГТУ газов высока (400-450оС), следовательно, велики потери теплоты с уходящими газами и КПД газотурбинных электростанций составляет 38 % , т. е. он практически такой же, как КПД современных паротурбинных электростанций.

Газотурбинные установки работают на газовом топливе, которое существенно дешевле мазута. Единичная мощность современных ГТУ достигает 250 МВт, что приближается к мощности паротурбинных установок. К преимуществам ГТУ по сравнению с паротурбинными установками относятся:

1. незначительная потребность в охлаждающей воде;
2. меньшая масса и меньшие капитальные затраты на единицу мощности;
3. возможность быстрого пуска и форсирования нагрузки.

Рис. 2. Принципиальные схемы различных парогазовых установок:

а — ПГУ с парогенератором утилизационного типа;
б — ПГУ со сбросом газов в топку котла (НПГ);
в — ПГУ на парогазовой смеси;
1 — воздух из атмосферы; 2 — топливо; 3 — отработавшие в турбине газы; 4 — уходящие газы; 5 — вода из сети на охлаждение; 6 — отвод охлаждающей воды; 7 — свежий пар; 8 — питательная вода; 9 – промежуточный перегрев пара; 10 — регенеративные отбросы пара; 11 — пар, поступающий после турбины в камеру сгорания.
К — компрессор; Т — турбина; ПТ — паровая турбина;
ГВ, ГН — газоводяные подогреватели высокого и низкого давления;
ПВД, ПНД — регенеративные подогреватели питательной воды высокого и низкого давления; НПГ, УПГ — низконапорный, утилизационный парогенераторы; КС — камера сгорания.

Объединяя паротурбинную и газотурбинную установки общим технологическим циклом, получают парогазовую установку (ПГУ), КПД который существенно выше, чем КПД отдельно взятых паротурбинной и газотурбинной установок.

КПД парогазовой электростанции на 17-20 % больше, чем обычной паротурбинной электростанции. В варианте простейшей ГТУ с утилизацией тепла уходящих газов коэффициент использования тепла топлива достигает 82-85%.

Типы газотурбинных двигателей

Воздушно-реактивный двигатель — газовый двигатель, оптимизированный для получения тяги от выхлопных газов или от туннельного вентилятора, присоединенного к газовой турбине. [источник не указан 404 дня] Реактивные двигатели, которые производят тягу, главным образом, от прямого импульса выхлопных газов, часто называются турбореактивными, в то время, как те, которые создают тягу от туннельного вентилятора, часто называются турбовентиляторными. [источник не указан 404 дня]

Сравнение паротурбинных и парогазовых установок

В парогазовых установках, базирующихся на ГТУ, ближайшей и реальной перспективой стало получение КПД 65 % и более. В то же время для паротурбинных установок (развиваемых в СССР), только в случае успешного решения ряда сложных научных проблем, связанных с генерацией и использованием пара сверхкритических параметров, можно надеяться на КПД не более 46-49 %. Таким образом, по экономичности паротурбинные системы безнадежно проигрывают парогазовым.

Существенно уступают паротурбинные электростанции также по стоимости и срокам строительства. В 2005 году на мировом энергетическом рынке цена 1 кВт на ПГУ мощностью 200 МВт и более составляла 500-600 $/кВт. Для ПГУ меньших мощностей стоимость была в пределах 600-900 $/кВт. Мощные газотурбинные установки соответствуют значениям 200-250 $/кВт. С уменьшением единичной мощности их цена растет, но не превышает обычно 500 $/кВт. Эти значения в разы меньше стоимости киловатта электроэнергии паротурбинных систем. Например, цена установленного киловатта у конденсационных паротурбинных электростанций колеблется в пределах 2000-3000 $/кВт.

Принцип работы ГТЭС

Газотурбинная электростанция работает следующим образом: топливо (газ или дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Газ, смешанный с воздухом, образует топливную смесь, которая под давлением нагнетается в компрессор и воспламеняется.

Из сопла вырывается под высоким давлением струя раскалённого газа, попадает на установленные в несколько рядов лопатки турбины и начинает её вращать. Вал турбины передает крутящий момент на ротор генератора, ответственного за выработку электроэнергии, которая, проходя через трансформатор, передается потребителю энергии.

Отработанные газы уходят через выхлопную трубу в атмосферу или, если предусмотрена их утилизация, поступают в теплообменник или котел утилизатор и используются для обогрева помещений.

Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке:

Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами:
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина; С — генератор;
Т — трансформатор; М — пусковой двигатель.

Заказать обратный звонок

Откроем 2 секрета, как выбрать институт

Чтобы уберечь Вас, мы поделимся 2мя ключевыми секретами при выборе института:

Если вы выбрали для себя дистанционную форму обучения, ищите институты, которые специализируются СТРОГО на ней. Институт, получающий основную прибыль с очной формы обучения, экономически не будет уделять столько же внимания качеству дистанционного образования. Ключевая деятельность бизнеса забирает на себя ключевые ресурсы и внимание — факт!

При выборе института ищите баланс между количеством реальных часов, которые Вам уделят и их прибыльности для института. Вы же не ждете от смартфона за 3 т.р. топовую начинку. Оценить качество образрования через себестоимость курса можно всего за 3 шага.

Допустим институт «А» продает Вам полугодовой курс в 512 часов за 10 т.р.

Шаг 1. вычитаем минимум 50% на прибыль и накладные расходы, остается 5 т.р. на себестоимость, большая часть из которой пойдет на зарплату преподавателям, проводящим вебинары!

Шаг 2. Выясняем у менеджера по продажам, сколько будет вебинаров и какова их продолжительность. Допустим за 6 месяцев будет 12 вебинаров по 1 часу. Итого институт потратит на Вас 12*1=12 часов! из, например, 512ч. программы.

Шаг 3.1. Сравните курсы в разных институтах по отношению реальных часов вебинаров к общим часам программы. Т.е. 12*1/512. Там, где это отношение больше, там лично Вашему обучению уделят больше внимания!

Шаг 3.2. Сравните прибыльность часа вебинара исходя из того, что на нем в среднем присутствует 10 слушателей. 5 т.р.*10 чел./12 часов = 4,2 т.р. в час заработает преподаватель. Среднерыночная стоимость часа к.т.н. в Москве составляет около 1500 руб., но никак не в 3 раза больше (4,2 т.р.).

Вывод – институт «А», демпингуя по цене, получает сверх прибыли со слушателей, которых привлекла низкая цена, оказывая им минимальное количество реального учебного времени. Вам это надо? Не дайте себя обмануть! Выбирайте тот институт, который выделит Вам БОЛЬШЕ реальных часов преподавателей, при адекватной рыночной стоимости.

«Единый Центр Подготовки Кадров» предлагает пройти курс переподготовки «Газотурбинные и паротурбинные установки и двигатели». Участники курса могут выбрать нужную программу обучения в зависимости от специфики своей деятельности. Слушателям высылаются лекционные материалы по электронной почте. Специалисты учебного центра готовы ответить на все вопросы слушателей как во время обучения, так и в течение двух недель после завершения курса. Итоговая проверка проходит в виде тестирования.

Данная программа переподготовки включает:

• основы проектирования деталей машин различного назначения;
• технологии сервисного обслуживания;
• особенности монтажа и наладки оборудования в зависимости от типа производства;
• нормативные показатели корректной работы, частотные поломки и виды ремонтных процедур.

Обучение рассчитано на специалистов с базовым техническим образованием. Слушатели в рамках курса получают теоретические знания в сфере разработки проектов газотурбинных и паротурбинных агрегатов и особенностях их работы.

Они научатся проводить монтаж и наладку оборудования, проводить его сервисное обслуживание и ремонт, оформлять документацию, а также проводить регулярный мониторинг показателей работы установок и двигателей и эффективно их корректировать.

По результатам итогового экзаменационного теста, который слушатели проходят удаленно, мы выдаем диплом о профессиональной переподготовке установленного образца.