Цикл ПГУ с высоконапорным парогенератором

В данной схеме ПГУ камера сгорания ГТУ одновременно выполняет функции парового котла (рис. 9.7 и 9.8). Поскольку давление газов в паровом котле намного больше атмосферного (до 10 бар и более), такой котел назвали высоконапорным парогенератором (ВПГ).

Температура уходящих газов из газовой турбины имеет большое значение (до 500 ^оС), поэтому теплоту уходящих газов ГТУ используют для нагрева воды ПТУ в газоводяном подогревателе (ГВП), который выполняет функции экономайзера парового котла.

Соотношение расходов газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме определяется тепловым балансом ВПГ и ГВП:

. (9.14)

Расчет величины удельного расхода газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ в соответствии с выражением (9.14) выполняется по уравнению

. (9.15)

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с НПГ соответствует процессу в ВПГ 2-5, она рассчитывается как

. (9.16)

Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 6-1 (для газа) и вс (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма

, (9.17)

где q_2г и q_2п – удельные потери теплоты в газовом и паровом контурах соответственно.

Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ

. (9.18)

Внутренний абсолютный КПД ПГУ с НПГ определяется обычным образом:

.

КПД ПГУ с ВПГ близок по значению к КПД ПГУ с НПГ, он достигает 50 % и более. В таких установках также может использоваться серийное паротурбинное оборудование с температурой t_o=550 ^оС и регенерацией. Преимущество таких схем ПГУ по сравнению с ПГУ с НПГ заключается в малых размерах ВПГ. Это обусловленно высокой интенсивностью теплообмена между продуктами сгорания топлива и водяным рабочим телом благодаря большому давлению и скорости газов в ВПГ.

Полузависимая ПГУ

Название такой ПГУ характеризует возможность независимой работы ГТУ и ПТУ. Совместная работа ГТУ и ПТУ предполагает использование теплоты уходящих газов ГТУ для нагрева воды ПТУ

вместо ее регенеративных подогревателей (рис. 9.9 и 9.10).

Соотношение рабочих тел ГТУ и ПТУ в этой схеме не имеет строго обязательного значения. Необходимым условием ее работоспособности является выполнения теплового баланса газоводяного подогревателя, в котором вода должна нагреваться до состояния насыщения при давлении Р₁ и отключенном отборе пара на регенеративный подогреватель ПТУ

. (9.19)

Нагрев воды в ГВП до такой же температуры, как и в регенеративном подогревателе ПТУ, позволяет отключить регенеративный подогреватель без изменения режима работы парового котла. В такой схеме возможна автономная и совместная работа ГТУ и ПТУ.

Теплота, подведенная к рабочим телам в ПГУ (без учета потерь в паровом котле), определяется как

. (9.20)

Отведенная теплота от рабочих тел ПГУ рассчитывается как

. (9.21)

Мощность ПГУ определяется выражением

. (9.22)

КПД ПГУ рассчитывается традиционно:

.

Численное значение КПД такой ПГУ невелико (до 42 %), оно меньше, чем КПД автономно работающей ПТУ (около 43 – 45 %). Однако целесообразность в использовании таких ПГУ есть. Это объясняется тем, что ГТУ в энергетике выполняют роль пиковых мощностей. Они работают не более 4 ч в сутки при прохождении максимумов электрической нагрузки в энергосистеме.

КПД автономно работающей ГТУ невелик, он составляет не более 35 %. При подключении ГТУ к ПТУ по полузависимой схеме (рис.9.9) в ПТУ возрастает мощность на величину

. (9.23)

Увеличение мощности в ПТУ обусловлено тем, что пар, который ранее использовался для регенеративного подогревателя (D₁), в режиме ПГУ вырабатывает электрическую мощность. Поэтому если режим ПГУ рассматривать как режим выработки пиковой мощности, то экономичность выработки пиковой мощности необходимо оценивать пиковым КПД, который имеет вид

. (9.24)

Из выражения (9.24) видно, что пиковый КПД ПГУ больше КПД автономно работающей ГТУ. При этом прирост пиковой мощности (DW_пик) может достигать 30 % от мощности ГТУ, что свидетельствует о целесообразности практического использования таких ПГУ в качестве пиковых энергетических установок.

Вопросы для самоподготовки к главе 9

1. Поясните целесообразность объединения циклов ГТУ и ПТУ в единый парогазовый цикл.

2. Какой элемент схемы ПГУ с КУ определяет величину соотношения расходов рабочих тел d и как эта величина рассчитывается ?

3. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с КУ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q₁ и q₂.

4. Приведет ли к увеличению КПД ПГУ с КУ введение регенерации в паровом контуре ?

5. Какой основной недостаток у схемы ПГУ с КУ ?

6. Какой элемент схемы ПГУ с НПГ определяет величину соотношения расходов рабочих тел d и как эта величина рассчитывается ?

7. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с НПГ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q₁ и q₂.

8. Какие преимущества и недостатки у ПГУ с НПГ по сравнению с ПГУ с КУ ?

9. Какие элементы схемы ПГУ с ВПГ определяют величину соотношения расходов рабочих тел d и как эта величина рассчитывается ?

10. Покажите в Т,s- диаграмме для ПГУ с ВПГ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q₁ и q₂.

11. Какие преимущества и недостатки у ПГУ с ВПГ по сравнению с ПГУ с НПГ ?

12. Покажите в Т,s- диаграмме для полузависимой ПГУ процессы подвода и отвода теплоты от рабочих тел q₁ и q₂.

13. Может ли быть КПД полузависимой ПГУ меньше, чем КПД паротурбинной установки, входящей в ее состав ?

14. В каких режимах работы наиболее целесообразно использовать полузависимую схему ПГУ ?