spis treści

Energetyczne turbiny gazowe oraz układy z ich wykorzystaniem
SPIS TREŚCI
1. WIADOMOŚCI WSTĘPNE......................................................................... 11
1.1. Wprowadzenie ...................................................................................... 11
1.2. Podział turbin gazowych ....................................................................... 20
1.3. Paliwa stosowane w turbinach gazowych ............................................. 20
2. ANALIZA OBIEGU PROSTEGO TURBINY GAZOWEJ ........................ 24
2.1. Proces cieplny turbiny gazowej ............................................................ 25
2.2. Moc jednostkowa .................................................................................. 29
2.3. Sprawność cieplna................................................................................. 33
2.4. Wskaźnik mocy ..................................................................................... 35
2.5. Wpływ temperatur T1 i T3, sprawności zespołów oraz oporów
przepływu na osiągi turbiny gazowej .................................................... 36
2.6. Stosowane w praktyce parametry obiegu prostego ............................... 39
2.7. Wpływ warunków otoczenia na osiągi turbiny gazowej ....................... 44
3. OBIEGI ZŁOŻONE TURBINY GAZOWEJ ............................................... 53
3.1. Obieg z regeneracją ciepła .................................................................... 53
3.2. Obiegi z międzystopniowym chłodzeniem i międzystopniowym
podgrzewem czynnika........................................................................... 59
4. UKŁADY O ZAMKNIĘTYM, PÓŁZAMKNIĘTYM
I ODWRÓCONYM OBIEGU. UKŁAD GAZOGENERATOROWY ....... 65
4.1. Obwód zamknięty ................................................................................. 65
4.2. Obwód półzamknięty ............................................................................ 69
4.3. Układ gazogeneratorowy ...................................................................... 70
4.4. Turbina gazowa o „odwróconym” obiegu ............................................ 72
5. UKŁADY TURBINY GAZOWEJ Z INNYMI SILNIKAMI
CIEPLNYMI................................................................................................. 74
5.1. Układ Brayton-Brayton ......................................................................... 75
5.2. Układ Brayton-Diesel ........................................................................... 80
5.3. Kombinacje z innymi silnikami cieplnymi ........................................... 82
5.3.1. Układ „Brayton-Kalina” ................................................................ 82
5.3.2. Układ Brayton-Stirling .................................................................. 84
6. UKŁADY TURBINY GAZOWEJ Z OGNIWAMI PALIWOWYMI ........ 85
6.1. Układy z ogniwami SOFC .................................................................... 87
6.2. Układy z ogniwami MCFC ................................................................... 92
6.3. Podsumowanie ...................................................................................... 95
7. UKŁADY Z TURBINĄ WODOROWĄ ...................................................... 97
7.1. Przegląd koncepcji układów WE-NET z turbiną wodorową ................ 98
7.2. Analiza osiągów układów WE-NET z turbiną wodorową .................. 103
7.3. Analiza osiągów układu HYDET........................................................ 107
7.4. Układ ze szczytową turbiną wodorową............................................... 115
7.5. Podsumowanie .................................................................................... 119
8. MATERIAŁY ŻAROODPORNE .............................................................. 120
8.1. Uwagi ogólne ...................................................................................... 120
3
4
Krzysztof Badyda, Andrzej Miller
8.2. Żarotrwałość materiałów..................................................................... 121
8.3. Żarowytrzymałość materiałów ............................................................ 124
8.4. Przegląd materiałów ............................................................................ 132
8.5. Kierunki rozwoju w zakresie materiałów żaroodpornych................... 144
9. CHŁODZENIE TURBIN GAZOWYCH ................................................... 147
9.1. Uwagi ogólne ...................................................................................... 147
9.2. Straty w chłodzonej turbinie ............................................................... 150
9.3. Charakterystyki turbin gazowych z chłodzeniem ............................... 155
9.4. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych ............................................... 159
9.5. Pokrycia ochronne............................................................................... 167
9.6. Chłodzenie powietrza chłodzącego ..................................................... 170
10. MODELOWANIE WŁASNOŚCI CZYNNIKA ROBOCZEGO............... 173
10.1. Powietrze oraz spaliny ....................................................................... 174
10.2. Woda i para wodna ............................................................................ 181
11. KLASYFIKACJA UKŁADÓW GAZOWO-PAROWYCH ...................... 188
11.1. Koncepcja układu gazowo-parowego ................................................ 188
11.2. Sposoby sprzęgania części parowej i gazowej układu ....................... 190
11.3. Dobór parametrów części parowej układów z kotłem
odzysknicowym .................................................................................. 196
11.4. Układ jednoprężny bez dopalania spalin ........................................... 202
11.5. Układ jednoprężny z dopalaniem spalin ............................................ 212
11.6. Możliwości poprawy sprawności układu jednoprężnego .................. 215
11.7. Układy wieloprężne ........................................................................... 217
11.8. Stosowane w praktyce parametry układów gazowo-parowych ......... 227
11.9. Stosowane w praktyce rozwiązania konstrukcyjne kotłów
odzysknicowych .................................................................................. 228
11.10. Forsowanie mocy turbiny gazowej drogą wtrysku wody lub pary .. 233
11.11. Podsumowanie ................................................................................. 237
12. RELACJA POMIĘDZY MOCĄ CIEPŁOWNICZĄ
A ELEKTRYCZNĄ W UKŁADZIE KOGENERACYJNYM
Z TURBINAMI GAZOWYMI ................................................................... 238
12.1. Wprowadzenie ................................................................................... 238
12.2. Obiekt rozważań, założenia ............................................................... 239
12.3. Układ z przeciwprężną turbiną parową ............................................. 242
12.4. Układ z turbiną przeciwprężną i podgrzewaczem sieciowym
w kotle ................................................................................................. 244
12.5. Układ z turbiną upustowo-kondensacyjną i podgrzewaczem
sieciowym ........................................................................................... 246
12.6. Układ dwuprężny z turbiną przeciwprężną, inne możliwości ........... 250
12.7. Podsumowanie ................................................................................... 251
13. ENERGETYCZNE TURBINY GAZOWE DO POKRYWANIA
OBCIĄŻEŃ SZCZYTOWYCH ................................................................. 255
13.1. Wprowadzenie ................................................................................... 255
13.2. Siłownie szczytowe z wykorzystaniem silników lotniczych ............. 255
Energetyczne turbiny gazowe oraz układy z ich wykorzystaniem
13.3. Turbiny energetyczne budowane na bazie konstrukcji lotniczych
(lotniczopochodne).............................................................................. 257
13.4. Turbozespoły gazowe w układach magazynowania sprężonego
powietrza (CAES) ............................................................................... 259
13.5. Elektrownia Huntorf, opis obiektu..................................................... 262
13.6. Analiza termodynamiczna osiągów układu CAES ............................ 264
13.7. Inne układy z magazynowaniem powietrza ....................................... 267
14. UKŁADY GAZOWO-PAROWE NA PALIWO STAŁE .......................... 271
14.1. Układy gazowo-parowe z ciśnieniowym kotłem fluidalnym ............ 271
14.2. Układy gazowo-parowe ze zgazowaniem węgla ............................... 280
14.3. Układy hybrydowe z mieszaniem czynników roboczych .................. 292
14.4. Układy gazowo-parowe na paliwo stałe II generacji ......................... 293
14.5. Układ gazowo-parowy z zewnętrznym spalaniem ............................ 297
15. CHARAKTERYSTYKI ZESPOŁÓW TURBINY GAZOWEJ................. 303
15.1. Uwagi ogólne o charakterystykach cieplnych maszyn
wirnikowych........................................................................................ 303
15.2. Charakterystyki grup stopni turbinowych.......................................... 304
15.3. Charakterystyki grup stopni sprężarkowych...................................... 309
15.4. Charakterystyki innych elementów układu........................................ 314
16. UKŁADY KONSTRUKCYJNE TURBINY GAZOWEJ .......................... 316
16.1. Przegląd układów............................................................................... 316
16.2. Więzy i ograniczenia współpracy zespołów ...................................... 318
16.2.1. Związki określone przez schemat mechaniczny układu .............. 319
16.2.2. Związki określone przez schemat przepływowy układu ............. 320
16.2.3. Charakterystyki sprężarek i turbin............................................... 320
16.2.4. Charakterystyki innych elementów układu ................................. 320
16.3. Układ jednowałowy ........................................................................... 321
16.4. Układ dwuwałowy z niezależną turbiną ............................................ 323
16.5. Uwagi ogólne o działaniu turbiny gazowej w zmienionych
warunkach. Rozruchy i odstawienia ................................................... 325
17. OGRANICZANIE EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ
ATMOSFERYCZNYCH W TURBINACH GAZOWYCH ...................... 332
17.1. Uwagi ogólne ..................................................................................... 332
17.2. Ograniczenia emisyjne dla turbin gazowych
i bloków gazowo-parowych ................................................................ 333
17.3. Rozwiązania konstrukcyjne komór spalania turbin gazowych .......... 336
17.4. Sposoby ograniczania emisji w turbinach gazowych ........................ 341
17.4.1. Zastosowanie niskoemisyjnych palników i komór spalania........ 342
17.4.2. Recyrkulacja spalin ..................................................................... 348
17.4.3. Katalityczne komory spalania ..................................................... 349
17.4.4. Układy hybrydowe z turbinami gazowymi i źródłami
odnawialnymi .............................................................................. 352
18. ZAKOŃCZENIE ........................................................................................ 354
LITERATURA ................................................................................................ 357
5