Тема 14 Парогазові цикли

У газових турбінних установках робоче тіло має достатньо високу початкову темпе-ратуру в межах . Незважаючи на це, ККД цих установок порівняно неве-ликий через те, що висока температура від-працьованих газів порядка . Але по-чаткова температура у них порівняно неви-сока, що також приводить до зниження ККД. Найбільш ефективним є комбінова-ний цикл, в якому температура набли-жається до максимальної в газовій турбіні, а температура відведення теплоти – до тем-ператури парового циклу, тобото, до тем-ператури навколишнього середовища. Та-кий цикл є бінарним, тобто, цикл, у якому приймають участь два робочих тіла: газ і пара. Розглянемо схему такого цикла.

1 – компресор;

2 – паливний насос;

3 – камера згоряння;

4 – газова турбіна;

5 – електричний генератор;

6 – парова турбіна;

7 – конденсатор;

8 – насос;

9 і 10 – регенеративний підігрівник – паровий котел.

Повітря стискується в компресорі і по-дається в камеру згоряння 3. Туди ж від паливного насоса 2 подається паливо, яке згоряє, і утворюються продукти згоряння, які охолоджуються шляхом підігріву реге-неративного підігрівника до температури . З камери згоряння продукти згоряння подаються в газову турбіну 4, з валом якої зв’язаний електричний генера-тор 5. Відпрацьовані гази з газової турбіни поступають під час достатньо високої тем-ператури в регенеративний теплообмінник 9, де охолоджуються.

Паровий цикл працює так:

Відпрацьована пара з парової турбіни 6 поступає в конденсатор 7. Конденсат подає-ться насосом 8 в регенеративний підігрів-ник 9. Там конденсат підгрівається до тем-ператури насичення під час тиску в кмері згоряння і поступає в камеру згоряння, де пара перегрівається, і з камери згоряння перегріта пара надходить в парову турбіну 6.

Лекція 22. 25.12..

Цикл парогазової установки складаєть-ся з парового циклу 1-2-3-4-5-6-1 і газового циклу 7-8-9-10. Адіабатно стиснуте в комп-ресорі повітря (лінія 9-10) надтодить у ка-меру згоряння, де йому в ізобарних умовах передається теплота згоряння палива (лі-нія 10-7). Продукти згоряння адіабатно ро-зширюються (лінія 7-8) в газовій турбіні. Розширення відбувається практично до ти-ску навколишнього середовища. Після тур-біни гази надходять у регенеративний піді-грівник, де здійснюється підігрів жи-вильної води ПСУ (лінія 8-8`). Подальше охолодження продуктів згоряння відбуває-ться в атмосфері (лінія 8`-9)*. Ефективність такого циклу залежить від різниці темпе-ратур відпрацьованих газів і живильної во-ди. Чим менше різниці температур та , тим ближче ізоба-ра процесу нагріву води 4-5 до ізобари охо-лодження газу 8-8`. І тим ближче вони бу-дуть до еквідистантних кривих. Враховую-чи, що теплоємності води і газів різні, для здійснення ізобарних процесів 4-5 і 8-8` на-грівання води і охолодження газів не обхід-но подавати різні кількості робочих тіл. Співвідношення між масою газу і води мо-жна записати у вигляді теплового балансу:

(1)

Тут – витрата живильної води, ;

і – теплоємності відповідно води і газів;

– масова витрата відпрацьованих газів, .

Оскільки процес теплообміну в регене-ративному підігрівнику ізобарний, то це рі-вняння (1) для випадку, коли мо-жна переписати через ентальпії:

;

(2)

Звідси знайдемо масу газу, яка прихо-диться на 1 кг води:

(3)

Термічний ККД парогазового циклу знаходиться за загальною формулою:

,

де – робота всього циклу;

– теплота, яка підводиться у циклі.

;

,

– робота, яка виконується в па-ровій турбіні;

– робота, яка витрачена на робо-ту насосу.

,

де – робота, яка виконується га-зовою турбіною;

– робота, яка витрачена на стис-нення повітря в компресорі.

Теплота: ;

; T m

.

Остаточно:

З цього рівняння видно, що термічний ККД такого циклу залежить від парамет-рів робочих тіл. Під час роботи на оптима-льних параметрах економія палива в циклі порівняно з паровим циклом може склада-ти 8..12%. Пояснюється це тим, що ліва час-тина парового циклу 3-4-5 являє собою бі-нарне достроювання до газового циклу 9-10-7-8. Втрати теплоти в газовому циклі зведені до мінімуму завдяки глибокому охолодженню газів у регенеративному піді-грівнику. Економія палива також досягає-ться завдяки тому, що паротурбінна части-на таких установок не має власних втрат теплоти з відпрацьованою парою.