ЦИКЛЫ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК
Идея объединения газотурбинного и паротурбинного циклов в единый парогазовый цикл (ПГУ) возникла из анализа достоинств и недостатков циклов ГТУ и ПТУ. Плюсы и минусы циклов ГТУ и ПТУ можно наглядно показать в T,s- диаграмме, преобразовав их в эквивалентные циклы Карно (рис. 9.1 и 9.2).
 |
Из рис. 9.1. видно, что достоинство ГТУ – в высоком температурном уровне подвода теплоты к рабочему телу и недостаток – в высокой температуре отвода теплоты от рабочего тела. В ПТУ наоборот, достоинство – в низкой температуре отвода теплоты от рабочего тела, близкой к температуре окружающей среды, и недостаток – в низкой температуре подвода теплоты к рабочему телу.
Из данного анализа очевидна целесообразность использования теплоты уходящих газов ГТУ в качестве источника теплоты для ПТУ (рис. 9.2). В результате такого объединения циклов ГТУ и ПТУ их минусы взаимно уничтожаются, а плюсы остаются.
Циклы, использующие ГТУ и ПТУ в едином комплексе, получили название парогазовых циклов (ПГУ). Существует множество разновидностей циклов ПГУ. Рассмотрим основные их виды.
Цикл ПГУ с котлом-утилизатором
 |
Простейшим из циклов ПГУ является цикл с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ). Схема и цикл в T,s- диаграмме ПГУ с КУ представлены на рис. 9.3 и 9.4.
Газы, выходящие из газовой турбины ГТУ, поступают в котел-утилизатор ПТУ, где за счет их изобарного охлаждения нагревается вода и получается пар для паровой турбины. В КУ нет сжигания топлива, топливо сжигается только в камере сгорания ГТУ.
Соотношение расходов газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме находится в строгом соответствии, определяемым тепловым балансом котла-утилизатора
. (9.1)
В выражении (9.1) повышение энтальпии в насосе ПТУ не учитывается.
Для расчета таких схем в удельных величинах вводится удельный расход газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ
. (9.2)
Цикл ПГУ с КУ в T,s- диаграмме строится в соответствии с величиной d, т.е. для 1 кг водяного рабочего тела и dг кг газового рабочего тела (рис.9.4). При этом размерность удельной энтропии данной диаграммы будет измеряться в Джоулях на килограмм пара и на Кельвин.
Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с КУ соответствует процессу 2-3 и рассчитывается как
. (9.3)
Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 5-1 (для газа) и вс (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма
, (9.4)
где q2г и q2п – удельные потери теплоты в газовом и паровом контурах соответственно.
Удельная работа газового цикла определяется как
, (9.5)
где liк и liгт – удельные работы компрессора и газовой турбины.
Удельная работа парового цикла (без учета работы насоса) определяется как
. (9.6)
Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ
. (9.7)
Внутренний абсолютный КПД ПГУ с КУ определяется обычным образом:
. (9.8)
КПД ПГУ с КУ может достигать 55 %. Основным недостатком данной схемы является ограничение температуры пара на входе в паровую турбину (То) температурой уходящих газов ГТУ (Т4). В связи с этим температура tо не превышает 450 оС.
Особенностью ПГУ с КУ является нецелесообразность регенерации как в газовом, так и в паровом контурах. Регенерация в газовом контуре приведет к снижению температуры tо в паровом контуре, а регенерация в паровом контуре приведет к повышению температуры уходящих газов ГТУ Т5. Оба эти фактора вызовут снижение КПД ПГУ с КУ.
Второй особенностью ПГУ с КУ является отличие оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре (nоптПГУ) от nопт простого цикла ГТУ. Величина nоптПГУ > nопт, нахождение ее численного значения требует оптимизационных расчетов с учетом практически всех параметров ПГУ.
