Газотурбинные установки. Термодинамический цикл с регенерацией (и схемы ГТУ-ТЭЦ/ПГУ)

1. Газотурбинные установки

Трещёва Милана Алексеевна
milana.treshcheva@gmail.com
molodkina_ma@spbstu.ru
8-911-083-16-06

2. 3. ГТУ с регенерацией

3. Эффективность работы теплоэнергетической установки

конфигурация
термодинамического
цикла
параметры
термодинамического
цикла
свойства рабочего тела
и теплоносителя
степенью
совершенства
отдельных процессов

4. Эффективность газотурбинных установок

Классификация ГТУ по
сложности
термодинамического
цикла
простого цикла
регенеративного цикла
многоступенчатые
Рис. 1. Термодинамический цикл ГТУ

5. Потери теплоты в ГТУ с уходящими газами

Основные способы снижения потерь
теплоты в ГТУ с уходящими газами
нагрев рабочего тела
(воздуха) после компрессора
теплоснабжение внешнего
потребителя
получения пара в котлахутилизаторах для ПТУ
сброс уходящих газов после
ГТУ в топку парового котла
получения пара для ПТУ

6. ГТУ-ТЭЦ

К – компрессор,
КС – камера сгорания,
ГТ – газовая турбина,
ЭГ – электрический генератор,
ПСВ – подогреватель сетевой воды,
СН – сетевой насос
Рис. 2. Принципиальная схема ГТУ-ТЭЦ

7. ПГУ утилизационного типа

К – компрессор,
КС – камера сгорания,
ГТ – газовая турбина,
ЭГ – электрический генератор,
КУ – котел утилизатор,
ПТ – паровая турбина,
КН – конденсатор,
ПН – питательный насос
Рис. 3. Принципиальная схема ПГУ утилизационного типа

8. ПГУ сбросного типа

К – компрессор,
КС – камера сгорания,
ГТ – газовая турбина,
ЭГ – электрический генератор,
ПК – паровой котел,
ПТ – паровая турбина,
КН – конденсатор,
ПН – питательный насос
Рис. 4. Принципиальная схема ПГУ сбросного типа

9. ГТУ с регенерацией

К – компрессор,
КС – камера сгорания,
ГТ – газовая турбина,
ЭГ – электрический генератор,
Р – регенератор,
В – воздух,
Т – топливо,
ПС – продукты сгорания,
УГ – уходящие газы,
1, 2, 5, 3, 4 и 6 – соответствуют
параметрам рабочего тела в
характерных точках цикла
Рис. 5. Принципиальная схема ГТУ открытого типа с регенерацией:

10. Термодинамический цикл газотурбинной установки с регенерацией

Процесс 1-2 необратимое адиабатическое
повышение давления рабочего тела в
компрессоре.
Процесс 2-5 изобарный подвод сбросной теплоты
qр, к рабочему телу в регенеративном
теплообменнике.
Процесс 5-3 изобарный подвод теплоты топлива
q1 к рабочему телу в нагревательном устройстве.
Процесс 3-4 необратимое адиабатическое
расширение рабочего тела в газовой турбине.
Процесс 4-6 изобарный отвод сбросной теплоты
qр в регенераторе от уходящих газов.
Рис. 6. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме
Процесс 6-1 изобарный отвод теплоты q2 от
рабочего тела в окружающую среду.

11. Термодинамический цикл газотурбинной установки с регенерацией

Фактически регенерированная теплота в ГТУ
Количество сбросной теплоты,
отведенное от рабочего тела после
газовой турбины:
q р h4 h6
Количество теплоты, подведенное к
рабочему телу после компрессора:
q р h5 h2
Рис. 7. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

12. Термодинамический цикл газотурбинной установки с регенерацией

Предельно возможное количество
теплоты, которое может быть
передано в регенераторе при
охлаждении уходящих газов до
температуры рабочего тела на
выходе из компрессора.
q рмах h4 h2 c p T4 T2
Рис. 8. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

13. Термодинамический цикл газотурбинной установки с регенерацией

Степень регенерации
h5 h2 h4 h6
мах
qр
h4 h2 h4 h2
qр
T5 T2 T4 T6
мах
qр
T4 T2 T4 T2
qр
0<δ<1
Рис. 9. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

14. Термодинамический цикл газотурбинной установки с регенерацией

Параметры горячего рабочего тела на
выходе из регенератора:
Т 5 Т 2 Т 4 Т 2
Параметры холодного рабочего тела на
выходе из регенератора:
Т 6 Т 4 Т 4 Т 2
Рис. 10. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме
T6 T2
.
T5 T4

15. Параметры цикла газотурбинной установки с регенерацией

Точка 1
Параметры состояния рабочего тела
перед компрессором относятся к
исходным данным расчета тепловой
схемы ГТУ.
Точка 2
p2 = p1 к
T2t T1 к
Т 2 Т1
Рис. 11. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме
k 1
k
Т 2 t Т1
oiк

16. Параметры цикла газотурбинной установки с регенерацией

Точка 5
p5 = p2 p рхс
Т 5 Т 2 Т 4 Т 2
Точка 3
p3 = p5 pну
T3 T1
Рис. 12. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

17. Параметры цикла газотурбинной установки с регенерацией

Точка 4
p4 =p1 + pох + p гср
T4t T3 т
k 1
k
T1 т
Т 4 Т3 Т3 Т 4t oiт
Точка 6
p6 =p1 + pох
Рис. 13. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме
Т 6 Т 4 Т 4 Т 2
k 1
k

18. Энергетические потоки газотурбинной установки с регенерацией

Процесс 1-2
lк h2 h1
Процесс 2-5
q р h5 h2
Процесс 2-3
q1 h3 h5
Рис. 14. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

19. Энергетические потоки газотурбинной установки с регенерацией

Процесс 3-4
lT h3 h4
Процесс 4-6
q р h4 h6
Процесс 6-1
q2 h6 h1
Рис. 15. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме

20. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Полезная работа ГТУ
lц lT lк h3 h4 h2 h1
Абсолютный внутренний КПД ГТУ
i
р
Рис. 16. Реальный цикл простой газотурбинной установки с
регенерацией в T-S диаграмме
lц
q1
h3 h4 h2 h1
h3 h5

21. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Рис. 17. Влияние степени
регенерации на основные
энергетические потоки
газотурбинной установки

22. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Рис. 18. Влияние степени
регенерации на эффективность
газотурбинной установки (при
изменении температуры рабочего
тела перед компрессором)

23. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Рис. 19. Влияние степени
регенерации на
эффективность газотурбинной
установки (при изменении
температуры рабочего тела
перед газовой турбиной)

24. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Рис. 20. Влияние степени
регенерации на эффективность
газотурбинной установки (при
изменении степени повышения
давления в компрессоре)

25. Показатели эффективности газотурбинной установки с регенерацией

Рис. 21. Влияние степени
регенерации на эффективность
газотурбинной установки
(установки (при изменении степени
повышения давления в
компрессоре)

26. ГАЗОТУРБИННАЯ СТАНЦИЯ «ГТ ЭНЕРГО»

1. Компрессор
2. Турбина
3. Электрогенератор
4. Камера сгорания
5. Комплексное воздухо-очистительное
устройство (КВОУ)
6. Рекуперативный
воздухоподогреватель (РВП)
7. Котёл-утилизатор водогрейный (КУВ)
8. Котёл водогрейный газовый (КВГ)
9. Насосы сетевой воды
10. Водоподготовительная установка
(ВПУ)
11. Сетевые теплообменники
12. Дымовая труба
13. Дутьевой вентилятор
14. Воздухораспределительный
Рис. 22. Принципиальная схема ГТУ-ТЭЦ на базе ГТ-009М(МЭ) клапан

27. ГТ-009М(МЭ)

28. Рекуперативный воздухоподогреватель РВП-2200-04

29. Требования к регенераторам в ГТУ

прочность
надежность
герметичность
маневренность
компактность
эффективность
коррозионная стойкость
простота обслуживания
дешевизна