ПГУ. Их классификация. Достоинства и недостатки.

1) По назначению ПГУ подразделяют на:

- конденсационные;

- теплофикационные.

Первые вырабатывают только электрическую энергию, вторые – служат для нагрева сетевой воды в подогревателях, подключаемых к паровой турбине.

2) По количеству рабочих тел, используемых в ПГУ, их делят на:

- бинарные;

- монарные.

В бинарных установках рабочие тела газотурбинного цикла (воздух и продукты сгорания топлива) и паротурбинной установки (воды и водяной пар) разделены.

В монарных установках рабочим телом турбины является смесь продуктов сгорания и водяные пары.

Рисунок 4.11.1. Схема монарной ПГУ: 1 – компрессор, 2 – камера сгорания, 3 – парогазовая турбина, 4 – котел – утилизатор, 5 – насос, 6 – подогреватель воды.

Рисунок 4.11.2. Схема бинарной ПГУ.

Достоинства:

1) ПГУ – самый экономичный двигатель, используемый для получения электрической энергии.

2) ПГУ – самый экологически чистый двигатель.

3) ПГУ – очень маневренный двигатель, с которым в маневренности может сравниться только автономная ГТУ.

4) Потребление охлажденной воды ПГУ примерно втрое меньше, чем на паросиловой установке при одинаковой мощности.

5) ПГУ имеют меньший строительный цикл, чем ПТУ.

Недостатки:

Практически не имеют, скорее следует говорить об определенных ограничениях и требованиях к оборудованию и топливу.

Большинство ПГУ относится к ПГУ бинарного типа. Существующие бинарные ПГУ можно разделить на пять типов:

Утилизационные ПГУ. В этих установках тепло уходящих газов ГТУ утилизируется в котлах-утилизаторах с получением пара высоких параметров, используемого в паротурбинном цикле. Главными преимуществами утилизационных ПГУ по сравнению с ПТУ являются высокая экономичность (в ближайшие годы их КПД превысит 60 %), существенно меньшие капиталовложения, меньшая потребность в охлаждающей воде, малые вредные выбросы, высокая маневренность. Как показано выше, утилизационные ПГУ требуют высокоэкономичных высокотемпературных газовых турбин с высокой температурой уходящих газов для генерирования пара высоких параметров для паротурбинной установки (ПТУ). Современные ГТУ, отвечающие этим требованиям, пока могут работать либо на природном газе, либо на легких сортах жидкого топлива.

ПГУ со сбросом выходных газов ГТУ в энергетический котел. Часто такие ПГУ называют кратко «сбросными», или ПГУ с низконапорным парогенератором (рис. 4.11.3). В них тепло уходящих газов ГТУ, содержащих достаточное количество кислорода, направляется в энергетический котел, замещая в нем воздух, подаваемый дутьевыми вентиляторами котла из атмосферы. При этом отпадает необходимость в воздухоподогревателе котла, так как уходящие газы ГТУ имеют высокую температуру. Главным преимуществом сбросной схемы является возможность использования в паро­турбинном цикле недорогих энергетических твердых топлив.

Рисунок 4.11.3. Схема сбросной ПГУ

В сбросной ПГУ топливо направляется не только в камеру сгорания ГТУ, но и в энергетический котел (рис. 4.11.3), причем ГТУ работает на легком топливе (газ или дизельное топливо), а энергетический котел — на любом топливе. В сбросной ПГУ реализуется два термодинамических цикла. Теплота, поступившая в камеру сгорания ГТУ вместе с топливом, преобразуется в электроэнергию так же, как и в утилизационной ПГУ, т.е. с КПД на уровне 50 %, а теплота, поступившая в энергетический котел — как в обычном паротурбинном цикле, т.е. с КПД на уровне 40 %. Однако достаточно высокое содержание кислорода в уходящих газах ГТУ, а также необходимость иметь за энергетическим котлом малый коэффициент избытка воздуха приводят к тому, что доля мощности паротурбинного цикла составляет примерно 2/3, а доля мощности ГТУ — 1/3 (в отличие от утилизационной ПГУ, где это соотношение обратное). Поэтому КПД сбросной ПГУ составляет примерно

(4.11.1)

т.е. существенно меньше, чем у утилизационной ПГУ. Ориентировочно можно считать, что в сравнении с обычным паротурбинным циклом экономия топлива при использовании сбросной ПГУ примерно вдвое меньше, чем экономия топлива в утилизационной ПГУ.

Кроме того, схема сбросной ПГУ оказывается очень сложной, так как необходимо обеспечить автономную работу паротурбинной части (при выходе из строя ГТУ), а поскольку воздухоподогреватель в котле отсутствует (ведь в энергетический котел при работе ПГУ поступают горячие газы из ГТУ), то необходима установка специальных калориферов, нагревающих воздух перед подачей его в энергетический котел.