ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 17
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Парогазовые установки
Парогазовая установка (ПГУ) – это установка, объединяющая в себе две ранее рассмотренных установки – газотурбинную, с высокой начальной температурой газов и паротурбинную, с низкой температурной отвода теплоты к холодному источнику. Такая комбинация позволяет снизить потери теплоты с уходящими газами газовых турбин, передав часть этой теплоты низкотемпературному циклу паротурбиной установки. Таким образом, мы получаем установку с высокой начальной температурой рабочего тела и низкой температурной отвода теплоты. Такая комбинация двух циклов позволяет получить КПД парогазовой установки порядка 60-61%.
Принцип работы и устройство ПГУ
Парогазовая установка состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива.
Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (например мазут, дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток.
Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к наружному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500°C позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.
Существуют парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае устанавливается только один генератор. Также часто пар с двух блоков ГТУ—котёл-утилизатор направляется в одну общую паросиловую установку.
Иногда парогазовые установки создают на базе существующих старых паросиловых установок. В этом случае уходящие газы из новой газовой турбины сбрасываются в существующий паровой котел, который соответствующим образом модернизируется. КПД таких установок, как правило, ниже, чем у новых парогазовых установок, спроектированных и построенных «с нуля».
На установках небольшой мощности поршневая паровая машина обычно эффективнее, чем лопаточная радиальная или осевая паровая турбина, и есть предложение применять современные паровые машины в составе ПГУ.
Наиболее перспективная и широко распространенная в энергетике парогазовая установка – это ПГУ с котлом-утилизатором (КУ), которая 28 отличается простотой и высокой эффективностью производства электрической энергии. Эти ПГУ – единственные в мире энергетические установки, которые при работе в конденсационном режиме отпускают потребителям электроэнергию с КПД 55–60 %. Простейшая тепловая схема ПГУ с КУ представлена на рис. 1, а термодинамический цикл Брайтона-Ренкина изображен на рис. 2. Выходные газы энергетической ГТУ поступают в КУ, где большая часть их теплоты (процесс 4-5) передается пароводяному рабочему телу. Генерируемый в КУ пар направляется в ПТУ, где вырабатывается дополнительное количество электроэнергии. Отработавший в паровой турбине пар конденсируется в конденсаторе ПТУ, конденсат с помощью насоса подается в КУ.
Рис. 1. Простейшая тепловая схема ПГУ с КУ:
ОК – осевой компрессор; ГТ – газовая турбина; КС – камера сгорания; ЭГ – электрогенератор; ГТУ – газотурбинная установка; КУ – котел-утилизатор; ПТУ – паротурбинная установка; КД – конденсатор; Н – насос; Nэг,Nэп – электрические мощности ГТУ и ПТУ; – теплота сжигаемого в ГТУ топлива
Потеря теплоты с выходными газами ограничивается только площадью 1¢-1-5-5¢. Для максимальной утилизации теплоты этих газов в КУ поддерживают минимальные значения температурных напоров Θ1 и Θ2.
Рис. 1.12. Термодинамический цикл Брайтона-Ренкина в ТS-диаграмме:
Θ1, Θ2 – недогревы среды;
q1 и q2 – удельное количество подводимой в ГТУ теплоты; – удельное количество отводимой теплоты соответственно в конденсаторе с паром и в атмосферу с газами
Тепловая схема генерации пара в КУ с использованием теплового потенциала выходных газов ГТУ представлена на рис.3 вместе с QT-диаграммой передачи теплоты от газов к пароводяному рабочему телу. Для КУ принимают минимальные значения температурного напора Θ (pinch point – «пинч пойнт») на холодном конце испарителя, используют в качестве поверхностей нагрева трубы с наружным оребрением и обеспечивают глубокое охлаждение выходных газов ГТУ до уровня 80–130 °С, что значительно повышает экономичность ПГУ.
Уменьшение потерь теплоты с уходящими газами КУ q1г и в конденсаторе ПТУ q2г повышает экономичность ПГУ.
Р
ис. 3. QТ-диаграмма теплообмена в котле-утилизаторе: ПЕ – пароперегреватель; И – испаритель; ЭК – экономайзер; Б – барабан
Схема тепловых потоков ПГУ с КУ приведена на рис. 4, где выделены отдельные ее элементы и существующие технологические связи.
Рис. 1.14. Схема тепловых потоков ПГУ с КУ
Анализ термодинамического цикла Брайтона-Ренкина позволяет получить выражение для внутреннего КПД ПГУ с КУ [1]
где NПГУ– внутренняя мощность ГТУ; Q гс– теплота сжигаемого в КС ГТУ топлива
