Газотурбинные установки за рубежом - Газотурбинные установки замкнутого цикла

По лицензии фирмы "Эшер Висс" выпуск ЗГТУ нового типа начинает ряд фирм ФРГ, Англии и Японии (табл. 11). На всех ГТУ достигнут уровень мощности и к.п.д., близкий к проектному. Отмечается высокая долговечность и надежность ГТУ.
У ГТУ мощностью 12 МВт, работающей при температуре 700°С перед турбиной, после 16 тыс.ч работы прогиб ротора в средней части составлял 0,02 мм.
Коэффициенты полезного действия турбомашин в выполненных ГТУ находятся на уровне 80% для центробежных компрессоров ( 2-6 МВт), ~85% для осевых компрессоров и 88-90% для турбин.

Таблица 11

 
Продолжение табл. 11

Можно отметить следующие достоинства ГТУ замкнутого цикла:

1. возможность регулирования мощности изменением давления газа в контуре при постоянной температуре газа перед турбиной и постоянном числе оборотов ротора. При этом мощность установки практически пропорциональна давлению рабочего тела в контуре;
2. практически постоянный и высокий к.п.д. установки во всем диапазоне мощностей (вплоть до N эл.=0,2 N эл. ном, ГТУ≥0,9 ГТУ ном);
3. возможность работы с теплофикацией без существенного снижения электрического к.п.д. При удельной выработке тепла 1 Гкал/ч на 1 МВт ГТУ≈ ГТУмакс, коэффициент использования тепла топлива т.т ≈ 65%; при увеличении удельной выработки тепла примерно до 2 Гкал/ч на 1 МВт ГТУ снижается на 13-18%, а т.т возрастает до 80-86%;
4. постоянная температура газа перед турбиной на всех нагрузках и малые термические напряжения;
5. относительно малые размеры турбомашин;
6. свобода выбора рабочего тела - воздух, гелий, углекислый газ;
7. чистота газа в контуре и отсутствие опасности загрязнения лопаток;
8. возможности работы установки на любых топливах, в том числе и на твердом;
9. возможность получения высокой единичной мощности.

На основе опыта эксплуатации ЗГТУ фирмой "Эшер Висс" спроектирована установка мощностью 25(30)МВт; основные технические характеристики ее приведены в табл. 11.
Первая промышленная пылеугольная газотурбинная установка замкнутого цикла в Равенсбурге в конце июля 1967 г. была остановлена для очередной ревизии.
Весь период эксплуатации установки в течение 63 тыс.ч воздухоподогреватель надежно работал, постоянно поддерживая требуемую температуру горячего воздуха 660°С на входе в турбину.
За время эксплуатации из-за высокотемпературной коррозии при сжигании угля пришлось заменить часть труб топочной камеры, изготовленных из аустенитной стали. Внутренняя поверхность труб была гладкой, без признаков коррозии. Замененные в 1963 г. после 40 тыс.ч эксплуатации крепления труб топочной камеры работают надежно. Неэкранированный подвесной свод радиационной шахты был заменен один раз после 34 тыс.ч работы. Во время работы на жидком топливе величина топливной составляющей эксплуатационных расходов была на 8-9% ниже, чем при работе на угольной пыли.
Коэффициент готовности ГТУ в Равенсбурге за последние годы составлял 90-93%.
Пусковые характеристики установки показаны на фиг. 4. Перед пуском давление в цикле поднимается до 1,3 ата. Пусковой двигатель мощностью 80 кВт разгоняет турбину до 10-20% от номинального числа оборотов. Зажигается растопочная форсунка воздушного котла, воздух нагревается со скоростью 300 - 350 град/ч. При температуре воздуха перед турбиной Т=420°С скорость вращения генератора достигает 1300 об/мин. В этот момент пусковой двигатель развивает полную мощность, и турбогруппа быстро набирает номинальное число оборотов.

Фиг. 4. График пуска ГТУ в Равенсбурге: мощности пускового мотора и генератора соответственно; Рη.т, Тη.т - давление и температура рабочего тела перед турбиной, η - число оборотов генератора

Фиг. 5. Схема ЗГТУ:
1 - пусковой электродвигатель; 2 - генератор; 3 - редуктор; 4 - турбина; 5 - компрессор ВД; 6 - компрессор НД; 7 воздушный котел; 8 - регенератор; 9 - байпасный клапан; 10 - промежуточный охладитель; 11 - предвключенный охладитель; 12 - охлаждающая вода; 13 - сетевая вода; 14 - вспомогательный компрессор

Фирма "Тутенхофнунгсхютте штеркраде" изготовила замкнутую ГТУ мощностью 17,25 МВт, которая введена в строй весной 1967 г. на металлургическом заводе в Гельзенкирхене. ЗГТУ работает на доменном газе с Q≈850 ккал/нм³ и снабжает заводских потребителей электрической энергией и теплом. Схема установки приведена на фиг. 5. По сравнению с ЗГТУ Оберхаузен мощностью 12,5/13,8 МВт, также установленной в ФРГ, выбрана меньшая степень расширения в турбине, что привело к повышению к.п.д. Повышение мощности достигнуто путем увеличения массового расхода воздуха. Однако вследствие одновременного увеличения уровня давления в контуре ЗГТУ габариты регенератора и охладителей воздуха изменились мало и облопачивание обеих турбин удалось выполнить одинаковым.