Парогазовый чикл

Газообразные продукты горения топлив и водяной пар, применяемые в качестве рабочих тел соответственно в газотурбинных (ГТУ) и паротурбинных (ПТУ) установках, используются в различных пределах начальных и конечных температур. Так, если газы поступают в газовую турбину при начальных температурах 900…1200°С, то температура перегретого водяного пара не превышает 600°С при давлениях, достигающих 30 МПа. Однако в газовой турбине газы расширяются до атмосферного давления и покидают ее при конечных температурах 450…500°С, в то время как водяной пар расширяется в паровой турбине до давления значительно ниже атмосферного и покидает ее при температурах 25…30°С. Как известно, термический К.П.Д. увеличивается с повышением начальной температуры и понижением конечной температуры рабочего тела.

Так как ни одно из применяемых рабочих тел не может использоваться при указанных максимальных и минимальных температурах, то возникла идея создать комбинированные установки с использованием обоих рабочих тел. Циклы комбинированных установок с двумя рабочими телами называются бинарными циклами; одним из них является парогазовый цикл.

Парогазовый цикл – это бинарный цикл, в котором в области высоких температур используются газы – продукты горения жидких и газообразных топлив, а в области низких температур – водяной пар. В настоящее время разработано большое количество парогазовых циклов, отличающихся как в пароводяной, так и в газовой частях. Рассмотрим одну из наиболее перспективных схем ПГУ с высоконапорным парогенератором (ВПГ) и раздельным использованием рабочих тел.

Принципиальная схема установки показана на рисунке 13.14, работа ее протекает следующим образом. Наружный воздух поступает в турбокомпрессор l, сжимается до 0,4…0,5 МПа и подается в топку ВПГ 2, куда поступает также жидкое или газообразное топливо, которое сгорает там при постоянном давлении. Теплота сгорания топлива частично расходуется на получение перегретого пара и частично на подогрев продуктов сгорания, которые при температуре примерно 900°С и при давлении около 0,4 МПапокидают ВПГ и поступают в газовую турбину 3.

После расширения в ней до атмосферного давления газы направляются в теплообменник 4, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу. Выработанный в ВПГ перегретый пар поступает в паровую турбину 5, расширяется и совершает полезную работу. Отработанный пар поступает в конденсатор 6, где полностью конденсируется. Насосом 7 конденсат прокачивается через газовый теплообменник 4, нагревается до температуры насыщения и в виде питательной воды подается снова в парогенератор.

Рисунок 13.14 – Принципиальная схема парогазовой установки с высоконапорным парогенератором (ВПГ)

На рисунке 13.15 в Т-s – координатах изображен теоретический цикл такой установки.

Рисунок 13.15 – Бинарный цикл парогазовой установки с ВПГ

Как видно, он состоит из цикла ГТУ (1-2-3-4)и цикла ПТУ (5-6-7-8-9). Необходимо указать, что циклы строятся для 1 кг продуктов сгорания и m кг водяного пара. Величина mпоказывает, сколько килограммов пара приходится на 1 кг продуктов сгорания, и называется относительным расходом пара

.

Подогрев воды по изобаре 5-6происходит за счет теплоты отработавших газов газовой турбины, охлаждение которых происходит по изобаре 4-1 в газоводяном подогревателе. Тепловой баланс подогревателя выражается уравнением

,

откуда

.

Термический К.П.Д. рассматриваемого парогазового цикла определяется из выражения

. (13.32)

Полезная работа газового цикла

, (а)

для парового цикла (без учета работы насоса)

(б)

Теплота, затраченная в процессе 2-3на газовый цикл,

(в)

Теплота, сообщенная в изобарном процессе 6-7-8 парового цикла,

(г)

Подставляя в уравнение (13.32) выражения (а), (б), (в), (г) получаем

. (13.33)

Термический К.П.Д. установки, работающей по парогазовому циклу, больше, чем для чисто газовых или чисто паровых циклов и составляет 55…60%.