Тепловая схема замкнутой ГТУ
В замкнутой ГТУ (ЗГТУ) вместо камеры сгорания устанавливается нагреватель 1, в котором рабочее тело (газ или воздух) нагреваются за счет теплоты, выделяющейся при сжигании топлива (рис. 13.5) [88]. Из нагревателя 1 газ с параметрами Ть ра поступает в турбину 3, где, совершая работу, расширяется до давления р2, температура его при этом падает до Т2. Отработавший в турбине 3 газ после регенератора 8 не удаляется в атмосферу, как в ГТУ открытого типа, а направляется в охладитель 4, который выполняет роль теплообменника. В охладителе газ охлаждается до начальной температуры Г4. Охлажденный газ поступает в компрессор 5, где сжимается от давления р4 до р5, температура его повышается с Г4 до Т5. После компрессора 5 газ направляется в регенератор 8, в котором подогревается до температуры Г6; давление его снижается от р5 до р6 вследствие гидравлических потерь.
Таким образом, в ЗГТУ циркулирует одно и то же массовое количество рабочего тела, если не считать утечки газа из контура через
Рис. 13.5. Принципиальная схема замкнутой ГТУ:
1 — нагреватель; 2 — электрогенератор; 3 — газовая турбина; 4 — охладитель; 5 — турбокомпрессор; б, 7 — аккумулятор высокого и низкого давления; 8 — регенератор неплотности. Утечки автоматически восполняются из аккумулятора высокого давления 6, который пополняется газом из аккумулятора низкого давления 7 с помощью вспомогательного компрессора.
По сравнению с установками открытого типа ЗГТУ более сложны, при одинаковой мощности имеют большие габариты, металлоемкость и стоимость и не нашли широкого распространения. Их применяют на электростанциях небольшой мощности, работающих в основном на местных низкосортных топливах.
Одним из преимуществ ЗГТУ по сравнению с ГТУ открытого типа является возможность использования в качестве рабочего тела газа, имеющего высокие теплофизические свойства.
Среди газов наиболее высокие теплофизические свойства имеет гелий (Не). Например, теплоемкость гелия примерно в 4,5 раза больше теплоемкости воздуха, а теплопроводность примерно в 6 раз больше теплопроводности воздуха, что позволяет при одинаковой разности температур обеспечивать больший располагаемый теплоперепад, а также значительно уменьшить размеры (массу) всех теплообменных аппаратов за счет увеличения коэффициента теплопередачи. Важно то, что скорость звука в гелии в 3 раза выше, чем в воздухе, поэтому окружная скорость лопаток компрессоров и турбин может быть увеличена, и при этом не будут возникать скачки уплотнения.
Использование гелия в качестве рабочего тела особенно перспективно в атомных ЗГТУ, так как гелий практически не становится радиоактивным после облучения в атомном реакторе. Гелиевые ЗГТУ для АЭС могут быть выполнены одноконтурными, что значительно упрощает их конструкцию. Единичная мощность атомной ЗГТУ может составлять 1200... 1500 МВт, а КПД — 46.. .49% при относительно невысокой начальной температуре газа (Г!« 1073 К) [88].
Основным недостатком гелия является его большая текучесть, что требует разработки специальных мероприятий по обеспечению герметичности турбины и всего оборудования ЗГТУ.
