5. Регенеративный цикл паротурбинной установки.

В результате эксергетического анализа паротурбинной установки было показано, что для повышения еѐ экономичности важную роль играет уменьшение внешней необратимости цикла, обусловленной большой разностью температур при передаче теплоты от горячих продуктов сгорания топлива к рабочему телу. Для этого следует повышать среднюю температуру воды и пара Т1ср в процессе подвода теплоты от верхнего теплового источника. В то же время, в цикле Ренкина имеется участок, где теплота от горячих газов передается воде при низких температурах -от температуры в конденсаторе, близкой к температуре окружающей среды, до температуры насыщения в котле, что существенно снижает Т1ср. Избежать этого можно, если нагревание воды в этом интервале температур осуществлять не за счет подвода теплоты от верхнего теплового источника (горячих газов), а за счет теплоты, отводимой от того же рабочего тела (пара) на другом участке цикла. Такой процесс называется регенерацией теплоты, а цикл, в котором он используется –регенеративным циклом.

6. Теплофикационные циклы.

Как было показано при энергетическом анализе цикла, большое количество подведенной в нем к рабочему телу теплоты отводится нижнему тепловому источнику, что является неизбежным условием выполнения второго закона термодинамики. В конденсационной паротурбинной установке эта теплота отводится к охлаждающей конденсатор воде и сбрасывается в окружающую среду. В то же время существует огромная потребность в теплоте для отопления зданий и для осуществления ряда производственных процессов. Ясно, что для этих целей не может быть использована охлаждающая конденсатор вода, так как конденсация происходит при давлении 3÷4 кПа, что соответствует температурам 24÷29°С, т.е. очень близким к температуре окружающей среды. Для того, чтобы теплоту конденсирующегося пара можно было использовать для целей отопления, давление его повышают до 0,12÷0,25 МПа, что позволяет нагреть циркулирующую в тепловой сети воду до температуры 100÷125ºС, а если этот пар используется для производственных нужд, то и до более высоких давлений. Турбину в этом случае называют теплофикационной турбиной с противодавлением Схема паротурбинной установки с такой турбиной представлена, а ее цикл в T,s диаграмме. В этой установке приготовленный в паровом котле ПК пар поступает в турбину Т, где при адиабатном расширении производит работу l, а затем, конденсируясь, отдает теплоту qT тепловому потребителю ТП. Полученный конденсат насосом Н подается в котел (работу насоса в данном случае не учитываем), где в изобарном процессе 3-4-1 при подводе теплоты q1 снова получается пар состояния 1.

7. Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств (пусковое устройство, компрессор, теплообменный аппарат или котёл-утилизатор для подогрева сетевой воды для промышленного снабжения). Газотурбинная установка состоит из двух основных частей: силовая турбина и электрический генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки. ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе^[1]: в обычном рабочем режиме — на газе, а в резервном (аварийном) — автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок. В настоящее время газотурбинные установки начали широко применяться в малой энергетике. ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования.

Блочно-модульное исполнение ГТУ обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, дистанционно.

Цикл газотурбинной установки со сгоранием при постоянном давлении.

Газотурбинная установка представляет собой двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно в рабочем теле цикла, осуществляемого в потоке газа. Принципиальная схема газотурбинной установки (ГТУ), в которой сгорание топлива происходит при постоянном давлении, осуществляемый в ней обратимый цикл представлен в p,v и в T,s –диаграмме. В этой установке атмосферный воздух из окружающей среды, имеющий давление р1 и температуру Т1, поступает на вход компрессора К, вращающегося на одном валу с газовой турбиной Т. В компрессоре воздух адиабатно сжимается до давления р2, при котором подается в камеру сгорания КС, куда поступает и газообразное или жидкое топливо. Здесь при постоянном давлении происходит сгорание топлива, вследствие чего температура получившихся газообразных продуктов сгорания повышается до значения Т3, достигающего у современных установок 1200÷1500 К. При этой температуре и давлении р3 =р2 газ поступает в турбину, где при адиабатном расширении до атмосферного давления совершает работу, одна часть которой затрачивается на привод компрессора, а другая –на привод генератора Г, вырабатывающего электроэнергию. Из турбины газ при давлении р4 =р1 выбрасывается в окружающую атмосферу, а в компрессор забирается из атмосферы новый чистый воздух. Таким образом, для данной порции воздуха процесс фактически является незамкнутым, но при построении термодинамического цикла охлаждение отработавшего газа в атмосфере рассматривается как изобарный процесс отвода теплоты от рабочего тела холодному источнику.