3.2.2. Схемы утилизации теплоты продуктов сгорания гту с применением тепловых насосов

Выхлопные газы ГТУ имеют высокую температуру, порядка 300…500 °С. Их теплота утилизируется в котле-утилизаторе, где температура уходящих газов снижается до 120…130°С. И хотя это тепло является бросовым, его также можно использовать, например, по схеме, приведенной на рис. 10.9.

Источником тепла для ТН в данном случае является теплота уже частично остывших выхлопных газов. Здесь также используется принцип каскадирования теплоты, т. е. ее ступенчатое использование. В ходовой части котла – утилизатора тепло последовательно снимается в экономайзере, подогревателе и испарителе. Кроме этого, технология позволяет снимать тепло с дымовых газов еще дважды:

- водой в утилизационном теплообменнике УТ;

- рабочим телом – хладагентом - в испарителе И теплового насоса.

Обратная вода по данной схеме также нагревается дважды: в утилизационном теплообменнике и в конденсаторе теплового насоса.

Срок окупаемости подобной и хорошо показавшей себя установки со схемой утилизации теплоты дымовых газов парового котла с помощью теплового насоса оказался равным 2,3 года. При этом вода из системы горячего водоснабжения нагревалась в теплообменнике за счет охлаждения дымовых газов и догревалась до необходимой температуры в конденсаторе теплового насоса. На испаритель поступала вода, предварительно нагретая в теплообменнике за счет охлаждения дымовых газов.

Рисунок 10.9 – Схема утилизации теплоты уходящих газов с применением теплового насоса

В этих технологиях применяется ступенчатый съем или отдача тепла, с последующим его использованием в технологических процессах, который называется каскадированием теплоты. Так как тепловые насосы повышают температуру, передавая тепло с низкого на более высокий уровень, то, в отличие от утилизационных теплообменников, они позволяют организовывать каскад с повышением температуры.

Несомненно, что это качество тепловых насосов расширяет возможности использования теплоутилизационного оборудования и будет все больше и больше использоваться в утилизационных схемах, т. к. подъем температуры рабочего тела позволяет получить не только более высокие значения коэффициентов КОП и КПЭ, но и качественно другой вид энергии: механическую или электрическую.

3.2.3. Тепловые насосы в схеме улавливания и возврата водяных паров в цикл пгу смешения. Принцип когенерации

Современные парогазовые технологии позволяют частично утилизировать тепло, которое теряется безвозвратно на компрессорных станциях МГ. Но тем не менее, уходящие газы имеют все еще достаточно большой потенциал для того, чтобы заниматься проблемой утилизации и этого тепла.

Путем увеличения глубины утилизации бросового тепла самих ПГУ с помощью тепловых насосов ТН, можно расширить пределы применимости ПГУ и улучшить теплоэнергетические показатели таких комбинированных установок.

На рис. 10.11 представлена схема утилизации тепла, отводимого из контура контактного конденсатора комбинированной газопаротурбинной установки с регенерацией воды в цикле.

Рисунок 10.11 – Контур двухступенчатой ТНУ (рабочее тело – вода) с предвключенным теплообменником сетевой воды:

→ - сетевая вода; → - циркуляционная вода контактного конденсатора; → - пар; 1 – предвключенный подогреватель; 2 – испаритель ТНУ; 3 – компрессоры ТНУ; 4 – электродвигатель; 5 – конденсатор ТНУ; 6 – насос; ГПСВ – газовый подогреватель сетевой воды.

Потенциальная возможность применения теплонасосной установки ТНУ в данном случае обеспечивается уровнем температуры циркулирующей в контуре контактного конденсатора (КК) воды, не превышающей 60 °С.

При наличии возможности масштабной утилизации низкопотенциального тепла конденсации водяных паров, например, для теплофикационных нужд (вполне возможно и для выработки механической или электрической энергии), может быть реализована комбинированная схема (рис. 8.15). Эффект утилизации будет достигаться в этом случае не только за счет улавливания водяных паров, но и за счет увеличения коэффициента использования бросового тепла, до 88…92 %.

В 2001 г. комплексная парогазовая установка с впрыском пара и теплонасосной установкой была создана и находилась в стадии монтажа на ТЭЦ – 28 Мосэнерго. На рис.10.12 приведена только теплофикационная часть ПГУ – STIG.

Рисунок 10.12 - Теплофикационная часть ПГУ-STIG-60 с ТНУ.

1 — контактный конденсатор; 2 — выходная секция котла-утилизатора; 3 — теплонасосная установка; 4 — предвключенный теплообменник; 5 — основной подогреватель (бойлер) сетевой воды; 6 — пиковый подогреватель (бойлер) сетевой воды

При разработке данной схемы утилизации тепла, сбрасываемого в контактном конденсаторе, в качестве рабочего тела тепловых насосов была выбрана питательная вода.

Бинарные ПГУ, также как и ПГУ смешения, в сочетании с ТНУ могут образовать теплофикационную ПГУ и работать в режиме когенерации, обеспечивая базовую часть сезонного графика тепловой нагрузки.