Цикл парогазовых установок
В настоящее время практически исчерпаны возможности повышения тепловой экономичности циклов паротурбинных установок. Возможное повышение экономичности электрических станций связывают с применением установок с комбинированными циклами, в которых паротурбинный цикл сочетается с различными высокотемпературными циклами (ГТУ, МГД - установками и др.). Пока практическое применение в энергетике находят лишь парогазовые установки, на которых реализуется парогазовый цикл. Он представляет собой цикл с двумя рабочими телами: в области высоких температур рабочим телом являются продукты сгорания топлива, в области низких температур - вода.
| а) | б) |
Рис. 2.5. Схема (а) и цикл (б) парогазовой установки
На рис. 2.5,а приведена принципиальная схема парогазовой установки. Компрессор 1 повышает давление воздуха и подает его в камеру сгорания высоконапорного генератора 2. Продукты сгорания отдают часть своей теплоты воде, которая превращается в парогазогенераторе 2 в пар, поступающий в пароперегреватель, а затем в паровую турбину 5, механически связанную с электрическим генератором 7. После турбины пар поступает в конденсатор 6, где полностью конденсируется. Конденсат подается в теплообменник 4, а затем поступает в высоконапорный парогазогенератор.
Продукты сгорания, охлажденные до необходимой температуры в парогазогенераторе 2, поступают в газовую турбину 3, совершают там работу и далее через теплообменник 4 выбрасываются в атмосферу.
Парогазовый цикл установки (рис. 2.5,б) состоит из двух контуров: 0-1-3-4-5-0 – газовый цикл; 6-7-8-9-10-11-6 – пароводяной цикл. Газовый цикл состоит из следующих процессов: 0-1 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 1-2 – подвод теплоты в камере сгорания при р = const; 3-4 – адиабатное расширение рабочего тела в газовой турбине; 4-5 – изобарный отвод теплоты в теплообменнике 4; 5-0 – отвод теплоты в окружающую среду.
Пароводяной цикл включает следующие процессы: 10-11 – адиабатное расширение пара в турбине; 11-6 – конденсацию пара в конденсаторе; 6-7 подвод теплоты к воде в теплообменнике; 7-8-9 – нагрев и парообразование воды в парогазогенераторе; 9-10 – перегрев пара в пароперегревателе.
Цикл построен для 1 кг воды. В цикле газотурбинной установки подводимая теплота равна площади 3-а-b-1-3, а в цикле паротурбинной установки - площади 6-8-9-10-d-с-6. Полезная работа установки определяется суммой работ газового цикла lг и парового цикла lп, пропорциональных соответственно площадям 01340 и 101168910.
Теплота, выделяющаяся при охлаждении отработавших в газовой турбине газов, по линии 4-5 используется для подогрева питательной воды по линии 6-7 – в теплообменнике 4. Количество теплоты, затраченной на получение пара в высоконапорном парогазогенераторе 2, уменьшится на величину, равную площади 7-е-с-6-7, а эффективность комбинированного цикла возрастает.
Работу парового и газового циклов можно определить из выражения
(2.7)
где m, кг – количество продуктов сгорания топлива.
Количество подведенной в цикле теплоты
(2.8)
Термический КПД цикла парогазовой установки
(2.9)
Выполненные по сложным схемам со ступенчатым сгоранием и компрессией парогазовые установки могут иметь термический КПД до 40…50 %.