Цикл газотурбинной установки с регенерацией
Термический КПД ГТУ со сгоранием топлива при p=const растёт с увеличением степени повышения давлений . Однако с ростом увеличивается и температура газов в конце сгорания топлива Т3 в результате чего быстро разрушаются лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждение которых затруднительно. Чтобы увеличить КПД ГТУ, частично изменили условия их работы. В установках стали применять регенерацию теплоты, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре, многоступенчатое сгорание и т.д. Это дало значительный эффект и повысило в установках степень совершенства превращения работы в теплоту.
Сжатый воздух из турбокомпрессора 4 направляется регенератор 8 где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7, а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1.
Идеальный цикл такой установки на диаграммах:
1-2 адиабатическое сжатие воздуха в компрессоре;
2-5 изобарный подвод теплоты в регенераторе;
5-3 подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания;
3-4 адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины;
4-6 изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе;
6-1 изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприёмнику.
Если предположить что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него, т.е. отТ4 до Т6=Т2 то регенерация полная.
Термический КПД цикла при полной регенерации, когда Т4-Т6=Т5-Т2 находится:
где
а
тогда
Температуры в основных точках цикла:
КПД цикла
Удельные расходы пара и тепла в паросиловых установках
При расчётах паротурбинных установок и отдельных элементов в ней требуется знание удельного расхода пара, обозначаемого d.
Теоретический удельный расход пара и тепла в килограммах на 1 МДж :
Где i1 и i2 –энтальпия, кДЖ/кг.
Теоретический удельный расход пара и тепла в килограммах на 1 кВт·ч :
Повторный перегрев пара
Исследование работы паротурбинной установки показывает, что повышение начального давления и уменьшение конечного давления ведёт к увеличению КПД цикла. Однако одно повышение начального давления увеличивает конечную влажность пара. Для уменьшения влажности пара в конце расширения повышают начальную температуру его. Одним из способов повышения степени сухости пара на выходе из турбины является вторичный его перегрев. Перегретый пар из котла с начальным давлением и температурой поступает в первый цилиндр турбины, состоящий из нескольких ступеней, где расширяется по адиабате до некоторого давления p1. Образовавшийся пар отводят в специальный перегреватель, где он подвергается вторичному перегреву при постоянном давлении. Затем его снова возвращают в турбину, где пар продолжает расширяться до давления в конденсаторе.
Точка 1 соответствует начальному состоянию пара; точка 2 – конечному состоянию пара за турбиной после вторичного перегрева. Конечная степень сухости в результате введения промежуточного перегрева повышается от x2 до x1. Кроме того вторичный перегрев пара даёт некоторый экономический эффект (2-3%), если средняя температура подвода теплоты в дополнительном цикле 7-2-2’-6-7 будет выше средней температуры подвода теплоты в цикле с однократным перегревом, и эффект будет тем больше, чем выше температура в начальной и конечной точках промежуточного перегрева. При давлениях близких к критическому и сверхкритическому, иногда применяют два промежуточных перегрева и более. Тогда термический КПД цикла
Где –адиабатное теплопадение в первом и втором цилиндрах турбины;
– количество теплоты, подведённое в котле и первом перегревателе;
- количество теплоты, подведённое во втором перегревателе.
Удельный расход пара