1. Повышение эффективности ГТУ (повышение КПД, уменьшение расхода топливного газа, уменьшение безвозвратных потерь масла).
2. Повышение эксплуатационной надежности узлов и деталей ГТУ (увеличение наработки на отказ), увеличение общего ресурса ГТУ, увеличение межремонтного ресурса.
3. Уменьшение содержания токсичных веществ в выхлопных газах (NO).
Достижение этих целей возможно за счёт:
1. Повышения параметров рабочего цикла (температурой перед турбиной, степени сжатия ОК, что в свою очередь позволяет использовать жаропрочные материалы для лопаток ГТ; покрытием лопаток или за счёт специальных конструкций лопаток, обеспечивающих их охлаждение).
2. Разработка ГТУ по схеме с многоступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха в ОК.
3. Утилизация тепла отходящих газов (применение регенеративных циклов, парогазового цикла, использование утилизационных аппаратов).
4. Применение схем ГТУ (впрыск воды в КС ГТУ).
5. Создание автоматизированных систем контроля технического состояния ГТУ, диагностики и прогнозирования дефектов на ранних стадиях их развития.
6. Совершенствование камеры сгорания для оптимизации процессов горения и обеспечение равномерного температурного поля перед ГТ.
Повышение эффективности использования продуктов сгорания
КПД ГТУ, применяемых в газовой промышленности, колеблется от 20 до 32%. Большая часть теплоты теряется с выхлопными газами. Использование теплоты продуктов сгорания возможно в следующих направлениях:
- подогрев циклового воздуха сжатого в ОК до подачи в КС (регенерация);
- нагрев воды в системе теплоснабжения и горячего водоснабжения (утилизация);
- нагрев воды до состояния перегретого пара в котле-утилизаторе для совершения им механической работы на паровой турбине (парогазовой установки);
- регенерация тепла в ГТУ – повышает КПД на 3-4 %.
Использование тепла уходящих газов (регенерация)
Регенерация тепла в ГТУ повышает КПД ГТУ на 3-4 %. В качестве теплообменных аппаратов используются воздухоподогреватели (регенераторы) пластинчатого или трубчатого типа.
Теплообменная поверхность воздухонагревателя I-го типа выполнена из профилированных листов, II-го типа – из пучков трубок.
Степень регенерации (рис. 101) характеризует полноту отдачи тепла цикловому воздуху отходящими газами 0, 7-0, 85. Она вычисляется по формуле:
Рис. 101. Степень регенерации
T1 – атмосферная; T2 – после осевого компрессора; T3 – перед турбиной;
T4 – выхлопные газы; T5 – перед камерой сгорания
Увеличение степени регенерации возможно за счёт увеличения поверхности теплопередачи, что приведёт к значительной металлоёмкости и массы воздуха подогревателя.
Нагрев воды систем отопления теплом выходящих газов широко применяются на КС.
Влияние впрыска воды на ГТД с регенерацией тепла.
При вводе жидкости в тракт высокого давления ГТД с регенерацией тепла (между компрессором и выходом из камеры сгорания) возрастает удельная мощность и снижается удельный расход топлива при поддержании и степени регенерации цикла. При вводе 3 % воды в сечении за компрессором передаваемое тепло возрастет на 8 %, а при впрыске 4, 46 % жидкости на 12 %. При вводе воды в камеру сгорания необходимое увеличение передаваемого тепла ещё больше: соответственно на 12 % и 17 %.
При подаче за компрессор 4, 46 % воды габариты теплообменника можно уменьшить на 3, 8 % или получить степень регенерации 0, 828 и удельный расход 0, 22 кг/кВ·ч, что на 9, 5 % ниже варианта без добавки жидкости.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие существуют пути совершенствования ГТУ?
2. Какие существуют способы совершенствования ГТУ?
3. Как достичь повышения эффективности использования продуктов сгорания?
4. Где возможно использование тепла уходящих газов?
5. Как влияет впрыск воды на ГТД с регенерацией тепла?
