504 2

13. ELEKTROWNIE Z TURBINAMI GAZOWYMI

13.1. OBIEG Z TURBINĄ GAZOWĄ I JEGO SPRAWNOŚĆ

Podstawowym obiegiem, w którym jest realizowane przetwarzanie energii chemicznej paliwa na energię elektryczną z wykorzystaniem turbiny gazowej, jest obieg Braytona-Joule’a. W obiegu tym spalanie paliwa odbywa się w sposób ciągły przy stałym ciśnieniu. Najprostszy układ pracujący w otwartym obiegu Braytona-Joule 'a przedstawiono na rysunku 13.1. Zasadniczymi elementami układu są: sprężarka powietrza 1, komora spalania 4, turbina gazowa 2 i prądnica 5. W turbinie gazowej o konstrukcji podobnej do turbiny parowej następuje przemiana energii wewnętrznej gazów z komory spalania w energię mechaniczną. Powietrze atmosferyczne o ciśnieniu p\ i temperaturze 7j (punkt 1 na rys. 13. Ib) zasysane z otoczenia jest sprężane w sprężarce osiowej do ciśnienia p₂ i temperatury T₂ (w obiegu idealnym jest to przemiana izentropowa). Powietrze to służy do izobarycznego spalania paliwa gazowego lub ciekłego, dostarczanego w sposób ciągły do komory spalania. Gazy spalinowe, wraz z dostarczanym w dużej ilości przed wlotem do turbiny sprężonym powietrzem (łączny współczynnik nadmiaru powietrza X « 4) o parametrach p₂, T₃, wpływają do turbiny. W turbinie następuje rozprężanie izentropowe mieszaniny gazów spalinowych i powietrza do parametrów p₄, Tą, przy których następuje odprowadzenie gazu na zewnątrz. Zaniknięcie omówionego obiegu otwartego odbywa się niejako przez otaczającą atmosferę.

Możliwa jest praca turbiny gazowej w układzie zamkniętym, w którym krąży stała ilość czynnika roboczego, podlegającego omówionym przemianom termodynamicznym. W nagrzewnicy jest przekazywane czynnikowi roboczemu przez powierzchnię ogrzewalną ciepło ze spalania paliwa (może być nim także paliwo stałe) lub z reakcji jądrowych. Po rozprężeniu w turbinie czynnik oddaje ciepło w chłodnicy. Czynnikiem roboczym może być teoretycznie dowolny gaz, w dotychczasowych rozwiązaniach jest stosowane jednak najczęściej powietrze. Podejmuje się próby zastosowania gazów szlachetnych (hel, argon). Zasadniczą zaletą obiegów zamkniętych jest możliwość stosowania paliw stałych, istotną wadą natomiast jest konieczność stosowania dwóch wymienników ciepła o bardzo dużych

504