Газотурбинные установки парогазовых установок и атомных электростанций



Все об электростанциях


 


Газотурбинные установки парогазовых установок и атомных электростанций


Газотурбинные установки (ГТУ) парогазовых установок (ПГУ) и атомных электростанций (АЭС)


Использование газотурбинной установки совместно с паротурбинной (ПТУ) уменьшает удельный расход теплоты на выработку энергии по сравнению с отдельно работающими ГТУ и ПТУ. Такие установки называются комбинированными парогазовыми (ПГУ). Наиболее перспективны следующие схемы парогазовых установок: с низконапорным и высоконапорным котлами (НПГУ и ВПГУ), а также с подогревом питательной воды выхлопными газами.


Схема парогазовой установки с низконапорным котлом

Рис.1. Схема парогазовой установки с низконапорным котлом:
1 - генератор ГТУ, 2 - компрессор, 3 - камера сгорания,
4,7 - газовая и паровая турбины, 5 - топливоподача,
6 - котел, 8 - генератор паровой турбины, 9 - конденсатор,
10,11 - конденсатный и питательный насосы


Схема парогазовой установки с низконапорным котлом показана на рис.1. Паротурбинная установка почти не отличается от обычной. Газы из турбины ГТУ поступают в топку котла ПТУ, куда одновременно подается, топливо для их подогрева. Так как в этом случае в топку котла подаются газы повышенной температуры, расход топлива для их подогрева уменьшается, что увеличивает кпд всей установки.

Обычно мощность ГТУ парогазовой установки составляет 12-15% от мощности паровой турбины. Удельный расход теплоты НПГУ по сравнению с ПТУ меньше на 3-5%.



Схема парогазовой установки с высоконапорным котлом

Рис.2. Схема парогазовой установки с высоконапорным котлом:
1,4 — газовая и паровая турбины, 2 — топливоподача, 3 — котел,
5,8 — генераторы паровой турбины и ГТУ, 6 — конденсатор,
7 — экономайзер, 9 — компрессор


Схема парогазовой установки с высоконапорным котлом показана на рис.2. Компрессор 9 подает в топку воздух под давлением 0,4—0,6 МПа. Температура газов, поступающих из топки в газовую турбину, равна 750°С. Из турбины газы поступают в экономайзер. За экономайзером их температура на 150—250°С ниже, чем после отдельной ГТУ. Средняя температура газов в котле повышается из-за наличия ГТУ в схеме паротурбинной установки (по сравнению с отдельной ПТУ). В результате кпд парогазовой установки по сравнению с отдельными ПТУ и ГТУ увеличивается; при этом на 5—8% снижается удельный расход топлива. Вследствие увеличения давления в котле его размеры уменьшаются и снижаются затраты на сооружение станции.

Одним из недостатков ПГУ является некоторое снижение надежности станции из-за усложнения тепловой схемы. Кроме того, в ПГУ с высоконапорным котлом можно применять только жидкое или газообразное топливо, так как при работе на твердых топливах негорючие частицы, содержащиеся в продуктах сгорания, вызывают эрозию лопаток газовой турбины.


Схема паротурбинной установки с подогревом питательной воды выхлопными газами ГТУ

Рис.3. Схема паротурбинной установки с подогревом
питательной воды выхлопными газами ГТУ:

1 — компрессор, 2 — камера сгорания, 3 — газовая турбина,
4,5 — подогреватели питательной воды, 6 — котел,
7 — паровая турбина, 8,11 — генераторы,
9 — конденсатор, 10 — питательный насос


Кроме того, ГТУ используют для подогрева питательной воды в паротурбинных установках (рис.3), отключая в часы пик регенеративные отборы паровой турбины и подогревая воду выхлопными газами газовой турбины. Выхлопные газы ГТУ поступают в подогреватель 4, через который пропускают питательную воду. В результате отключения регенерации мощность, вырабатываемая паровой турбиной, увеличивается. Дополнительную мощность вырабатывает также ГТУ. Эту схему применяют для увеличения мощности уже действующей станции без замены котла.


Схема замкнутой ГТУ

Рис.4. Схема замкнутой ГТУ:
1 — аккумулятор, 2 — регулятор, 3 — регенератор,
4 — атомный реактор, 5 — турбина,
6,8,12 — компрессоры низкого и высокого давления и подкачивающий,
7 — промежуточный охладитель, 9,11 — генераторы, 10 — охладитель


На атомных электростанциях (АЭС) применяют замкнутые ГТУ (рис.4). Рабочее тело сжимается в компрессоре низкого давления 6, охлаждается в промежуточном охладителе 7, сжимается в компрессоре высокого давления 8, а затем поступает в регенератор 3 и атомный реактор 4. Нагретое в атомном реакторе рабочее тело поступает в турбину 5, оттуда — в регенератор 3, а затем — в водяной охладитель 10.

Утечки восполняются подкачивающим компрессором 12, нагнетающим рабочее тело в аккумулятор 1. Через управляемый регулятор 2 рабочее тело при необходимости может подаваться в тракт ГТУ. Турбина и компрессор замкнутой ГТУ имеют небольшие размеры, так как давление в тракте ГТУ может быть значительно выше атмосферного. Однако в результате появления дополнительных агрегатов (промежуточного охладителя) замкнутые ГТУ больше по массе и размерам, чем ГТУ открытого цикла.

Достоинством замкнутых ГТУ является небольшое изменение экономичности при изменении мощности, а также отсутствие эрозии или отложений пыли в проточной части. Замкнутые ГТУ потребляют много воды для охлаждения рабочего тела в охладителе 10. Предполагается использовать замкнутые ГТУ на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, в которых гелий служит в качестве рабочего тела.