18 Схемы парогазовых установок параллельной и последовательной схем на газовом и твердом топливах. Преимущества и недостатки таких схем.
Парогазовые и газопаровые установки
Известны схемы ПГУ, в которых каждый энергетеческий комплекс как паротурбинный, так и газотурбинный дает значительную долю суммарной мощности ПГУ. Такие ПГУ можно условно разделить в зависимости от схемы подвода теплоты к рабочим телам на установки с параллельной, последовательной и с параллельно-последовательной схемой. Различия первых двух групп ПГУ проявляются в принципиальном различии термодинамических свойств (экономичности) и конструкционных параметров (размеров и массы) комбинированных установок. Реальные ПГУ выполняются обычно по параллельно-последовательным схемам, совмещающие положительные и отрицательные свойства первых двух групп.
Простейшая ПГУ, работающая по параллельной схеме, рис. , состоит из ПГУ, включающей в себя паровую турбину ПТ с нагрузкой, парогенератор ПГ, конденсатор Кд и питательный насос Пн, а также ГТУ, содержащую компрессор К, газовую турбину Т и камеру сгорания, совмещенную с топкой парогенератора. В такой схеме ГТУ можно рассматривать как наддувный агрегат для создания в парогенераторе высокого давления греющей среды. Мощность ГТУ определяется расходом воздуха, необходимого для сжигания топлива в парогенераторе ПТУ, и составляет обычно 15 - 25 % от мощности ПТУ. Параметры циклов, осуществляемые в обеих установках, по существу не связаны один с другим.
Рис.15. ПГУ параллельной схемы.
Отметим основные положительные качества ПГУ по сравнению с ПТУ.
Меньший объем и в связи с этим более низкая стоимость парогененратора. Повышение давления греющего газа в парогенераторе увеличивает коэффициент теплоотдачи к теплопередающей поверхности парогенератора, площадь которой уменьшается приблизительно пропорционально увеличению давления газа, так как коэффициент теплоотдачи от стенок к воде и пару весьма высок. Парогенератор становится компактным, его конструкция существенно отличается от конструкции парового котла, требует применения большего числа металлических узлов, в результате по сравнению с паровым котлом стоимость парогенератора снижается не так сильно, как его размеры и масса.
Быстрый пуск установки, малая металлоемкость и относительная малая масса воды.
Получение дополнительной полезной мощности от генератора ГТУ при относительно небольших дополнительных капиталовложениях в ГТУ.
Недостатки ПГУ по сравнению с ПТУ:
использование дорогостоящего топлива в связи с работой продуктов сгорания в турбине ГТУ;
снижение экономичности ГТУ при уменьшении нагрузки ПТУ, что связано с понижением температуры газа за парогенератором.
ПГУ с последовательной схемой подвода теплоты, рис. , состоит из аналогичных предидущей схеме ГТУ и ПТУ, в которой паровой котел ПК утилизирует теплоту продуктов сгорания, уходящих из ГТУ.
Рис.16. ПГУ последовательной схемы.
Основные положительные свойства этой схемы: повышенная экономичность установки, получение дополнительной полезной мощности, а недостатки как и у предыдущей – необходимость применения дорогостоящего топлива, большая металлоемкость, слабая маневренность.
Для того чтобы исключить первый недостаток, можно применить схему ПГУ, допускающую использование дешевого (любого) топлива, с большим количеством золы и вредных примесей, рис. .
Рис.17. ПГУ параллельной схемы на любом топливе.
В этой ПГУ компрессор и турбина ГТУ работают на воздухе, температура которого повышается в подогревателе Пг. Воздушный подогреватель может быть совмещен с котлом (как показано на схеме), а может быть отделен от него. Воздух, необходимый для сжигания топлива, поступает в топку котла при относительно высокой температуре после расширения его в турбине.
Положительным свойством установки является возможность применения дешевого топлива, а ее недостатком, как всякой замкнутой ГТУ, является ограничение температуры перед турбиной, жаропрочностью элементов воздухоподогревателя и обусловленный этим относительно низкий КПД.
19 Схема параллельно-последовательной парогазовой установки. Достоинство схемы.
Реальные проекты или построенные ПГУ для одновременного уменьшения металлоемкости и повышения экономичности выполняют обычно по параллельно-последовательным схемам, рис. , содержащим элементы как параллельной, так и последовательной схем.
Рис. 18. ПГУ последовательно-параллельной схемы.
Для уменьшения объема ПГУ в установку включен парогенератор ПГ с большим давлением греющего газа, который сжимается компрессором К ГТУ. Высокая экономичность установки обеспечивается увеличением КПД каждой составляющей части ГТУ и ПТУ, а также использования последовательной схемы, применение экономайзера Э для подогрева питательной воды, поступающей в парогенератор, за счет теплоты уходящих из ГТУ газов. Для повышения экономичности ПТУ в схему между паровыми турбинами ПТ1 и ПТ2 включен промежуточный перегрев пара. Для увеличения экономичности ГТУ схема дополнена регенератором Р.