Техника - молодёжи 1960-11, страница 6

БЕЗ КОТЛОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН

С. МИРЕНБУРГ и Ю. ФЛАКС1РМАН, ииж«н«ры

I

В блестящем созвездии гигантских электростанций у нвс преобладают крупные тепловые станции: они вырабатывают до 80% всей влектроанергии На этих станциях работают паровые турбины мощностью 100—200 тыс. квт, а в недалеком будущем мощность одной турбины достигнет 800 тыс. квт. Одновременно внергетики ведут упорную борьбу за повышение коэффициента полезного действия (кпд).

Путь к этому найден: надо повышать давление и температуру пара, который приводит в движение рабочее колесо турбины. Однако высокой температуры «не переносят* лопатки турбины, так как уже с 400—450° прочность металлов начинает катастрофически уменьшаться. Возникшее препятствие частично устранили металлурги: они создали высококачественные, теплоустойчивые сорта стали. Современная паровая турбина мощностью 200 тыс. квт уже работает при давлении пара 130 атмосфер и температуре 565°, более мощные турбины — 300 тыс. квт, которые в ближайшее время войдут в строй, рассчитаны на давление пара 240 атмосфер и температуру 580°. Кпд ее повысится до 39%. Принципиальная схема паротурбинной установки показана на вкладке вверху, слева.

Не так давно у паровой турбины появился конкурент — газовая турбина. Она работает по тому же принципу, что и паровая. Только в ней рабочее колесо приводится в движение не паром, а горячими газами — продуктом сгорания различных видов топлива. Это очень выгодно, так как отпадает надобность в огромных паровых котлах. Объем здания электростанции уменьшается в два раза, расход воды, которая требуется для конденсации пара, сокращается в четыре раза.

Однако у газовой турбины есть и присущие ей недостатки. Горячие газы перед турбиной имеют температуру около 2000°. Но лопатки турбины даже из жаропрочной стали могут работать при температуре не свыше 750°. Поэтому для охлаждения газов в камеру сгорания компрессор подает большое количество сжатого воздуха. А на работу компрессора расходуется до 75—80% мощности турбины. К тому же много тепла еще выбрасывается в атмосферу вместе с отработавшими газами, и кпд установки оказывается небольшим — 15—20%.

Чтобы повысить кпд газовой турбины, установили подогреватель (регенератор), в котором отработавшие газы отдают часть тепла для подогрева сжатого воздуха, поступающего ив компрессора в камеру сгорания. Кроме того, в цикле современных газовых турбин осуществлены промежуточный подогрев газов и охлаждение воздуха в процессе его сжатия в компрессоре. Это позволило повысить кпд установки до 36— 3/%. Такая газовая турбина уже не уступает паровой. Металлический завод в Ленинграде начнет строить самую большую в нашей стране газовую турбину, мощностью 100 тыс. квт.

Схема простейшей газовой турбины показана на цветной вкладке вверху, справа.

А нельзя ли соединить положительные качества паровой и газовой турбин? Решением втой задачи занялись ученые и конструкторы. Они создали комбинированную паро-газовую установку, которая сейчас успешно работает. Схема ее — на вкладке в середине. Слева — паровая установка, справа — газовая, в центре — парогенератор, где топливо сжигается под давлением б атмосфер. Топка одновременно служит камерой сгорания газовой турбины. Горячие газы нагревают воду в парогенераторе, охлаждаются до 700— 750° и поступают в газовую турбину. Преимущество такой установки заключается в том. что паровая и газовая турбины вместе вырабатывают больше анергии, чем при раздельной работе. Расход сжатого воздуха здесь меньше, чем в газовой турбине, а повтому компрессор потребляет и меньше энергии. Снижаются потери тепла в воздухо-охладителях компрессора за счет подогрева в них воды парогенераторов. Парогенераторы компактны, их можно разместить в машинном зале.

Наши конструкторы добились высокого кпд, более 40% для влектростанций, работающих по такой схеме, а также вконо-мии топлива около 8% по сравнению с паротурбинной установкой такой же мощности.

На атом борьба за повышение вкономичности тепловых установок не закончилась, она все еще продолжается. Ведь если повысить кпд тепловой электростанции мощностью 1 200 тыс. квт на один процент, то ежегодная вкономия угля будет равна 30 тыс. т. В конце семилетки прирост мощности тепловых электростанций составит 50—55 млн. квт. и при повышении кпд их на один процент общая экономия угля составит больше 2 млн. т. в год.

На очереди — создание более экономичной паро-гаэовой установки без котлов и паровых турбин.

Русский инженер П. Д. Кузьминский еще в 1897 году спроектировал, а затем изготовил паро-газовую турбину, топливом для которой служил керосин. Но такая установка маломощна, у нее небольшой кпд, и она не нашла широкого применения.

Коллектив ученых Сибирского отделения Академии наук СССР под руководством академика С. А. Христиановича в содружестве с инженерами Ленинградского металлического завода и института «Теплоэлектропроект» разработали схему паро-гаэовой турбины, работающей на смеси горячих газов и пара. Для нее не нужны котел и паровые турбины. Схема работы такой установки дана на вкладке внизу.

В камере сгорания перед турбиной под давлением около 70 атмосфер сжигается топливо. Одновременно в ату камеру поступает н пар, который охлаждает продукты сгорания — газы—до 700—75(Г и сам перегревается до той же температуры. Образуется паро-газовая смесь, которая поступает в турбину, а из нее — в регенератор, где охлаждается водой (идущей на питание испарителей) до 80—110° и выбрасывается в атмосферу.

Пар для турбины вырабатывается не в котлах, а в регенераторе и испарителях, установленных возле турбины. Небольшое количество пара получается также за счет вкранирования стенок камеры сгорания. В атой установке мощность компрессоров значительно меньше, чем в обычных газовых турбинах, так как воздух подается только для поддержания горения.

Сейчас начата разработка проекта паро-гаэовой установки, которая будет представлять собою сложный двухвальный агрегат. На основном, генераторном, валу расположены паро-га-зовые турбины среднего и низкого давления, которые приводят в действие влектрический генератор и компрессор низкого давления. На втором валу установлен компрессор высокого давления с приводом от паро-гаэовой турбины высокого давления.

Предварительные оасчеты показывают, что кпд такой установки мощностью 200 тыс. квт при работе на природном газе достигнет 40,1%, то есть будет выше, чем в паровых турбинах. Объем главного здания электростанции сократится вдвое, а стоимость сооружения ее уменьшится в полтора раза за счет отсутствия котлов и зданий для них, а также гидротехнических сооружений. Себестоимость влектроанергии снизится на 20—25%. Уменьшение объема строительных и монтажных работ позволит сократить сроки сооружения паро-га-зотурбинных влектростанций. быстрее вводить новые мощности.

Однако внергетики продолжают работать над проблемой создания еще более совершенных тепловых установок. Оказывается. можно построить влектростанцию без вращающихся

Г'оров дорогостоящих турбин и без электрогенераторов.

них тепловая анергия преобразуется в влектрическую маг-нитогидродинамическим способом. Он состоит в том, что газовая струя, будучи сильно перегретой — свыше 2000", ионизируется. Ёсли такую струю пропустить через сопло, окруженное обмоткой возбуждения, то в обмотке будет генерироваться влектрический ток, который отводится специальными токоснимателями в влектрическую сеть. Этот процесс подобен генерированию тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Газовая струя здесь выполняет роль проводника.

Решение втой задачи дает в перспективе блестящие возможности повышения кпд тепловых установок до 55—60%. Экономичность их намного превзойдет показатели современных электростанций с паровыми и газовыми турбинами.

А