Газотурбинный привод с биагентным рабочим телом

С целью повышения к.п.д. и межремонтного периода работы ГТУ, а также с целью снижения её стоимости, предлагается использовать в рабочем цикле установки биагентное рабочее тело.

Принципиальная схема газотурбинной установки, в которой используется биагентное рабочее тело, представлена на рис. 13

СО₂

Т₃ Р₃ 2

Т_В2 Р_В1 Н₂О

6 7

Т₅ Р₅

Т₄ Р₄ Т_А1 Р_А1 Т_Т1 Р_Т1 Т_В1 Р_В1 10

5 1 3 4 8

9

N

Т₃ Р₃ Т_А0 Р_А0 Т_Т0 Р_Т0 Т_В0 Р_В0

Рис. 13. Газотурбинный привод с биагентным рабочим телом

1 – компрессор 2 – камера сгорания 3 – топливный нагнетатель (насос, компрессор) 4 – водяной насос 5 – турбина 6 – рекуперативный теплообменник (регенератор) 7 – сепаратор 8 – потребитель (электрогенератор) 9 – пусковой двигатель 10 – аппарат воздушного охлаждения

В осевой компрессор 1 поступает атмосферный воздух, который сжимается и подается в камеру сгорания 2. Топливом для данной установки служит углеводородный газ или углеводородная жидкость. Топливо поступает в камеру сгорания 2.. В камеру сгорания 2 насосом 4 дополнительно нагнетается вода.

В результате сгорания топлива при постоянном давлении образуются газы, которые перемешиваются с водой. При этом возникает смесь, состоящая из перегретого водяного пара, продуктов сгорания топлива и остаточного воздуха. Это биагентное (парогазовое) рабочее тело поступает на турбину 5.

Отработавшее биагентное рабочее тело после турбины 5 направляется в рекуперативный теплообменник 6, в котором происходит передача тепла воде, поступающей в камеру сгорания 2.

После теплообменника 6 биагентное рабочее тело приобретает температуру, при которой происходит конденсация воды. Образовавшийся водный конденсат отделяется от газовой фазы в сепараторе 7. Газ из сепаратора 7 удаляется в атмосферу, а вода направляется на вход насоса 4.

Вода, подаваемая в сепаратор 7 противоточно удаляемому газу, предварительно охлаждается в аппарате 10 воздушного охлаждения. Вода подается с целью, снижения до минимума вредных выбросов (СО, NO, NO₃ и пр.) в атмосферу.

Турбина 5 имеет общий вал с генератором электрического тока 8. Мощность, развиваемая турбиной, частично затрачивается на привод 1, 3 и насоса 4, а остальная часть передается электрогенератору 8. Пуск установки производится электродвигателем 9.

Работа установки описывается следующей системой уравнений.

Материального баланса

(83)

- массовые расходы, соответственно: биагентного рабочего тела; воды; топлива; воздуха, необходимого для горения топлива; избыточного воздуха; кг/с;

или

(84)

- массовые доли, соответственно: воды, подаваемой в камеру сгорания; топлива; воздуха, необходимого для сгорания топлива; избыточного воздуха, подаваемого в камеру сгорания;

При коэффициенте избытка воздуха , массовая доля воздуха, необходимого для сжигания топлива, выражается

(85)

- Удельной работы турбины, совершаемой одним килограммом биагентного рабочего тела,

(86)

или (87)

теплоемкости при постоянном давлении, соответственно: биагентного рабочего тела при температурах ; воды при 290 – 373⁰К ;

- энтальпии биагентного рабочего тела до и после турбины; кДж/кг;

- показатель адиабаты биагентного рабочего тела перед турбиной;

- Удельной работы компрессора, сжимающего воздух,

(88)

- Удельной работы компрессора, сжимающего газообразное топливо,

(89)

теплоемкости при постоянном давлении, соответственно: воздуха, топлива;

- показатели адиабаты, соответственно: воздуха; топлива;

- Удельной работы насоса, нагнетающего воду

(90)

плотность воды, кг/м³

- Полезной удельной работы установки

(91)

- Коэффициента полезного действия газотурбинного привода

(92)

- Электрического коэффициента полезного действия установки

(93)

- Удельный расход энергии

(94)

- Массовой доли расхода топлива

(95)

- Массовой доли остаточного воздуха

(96)

- Коэффициента эксэргии