20 Слайд
Рассмотрим газопаровые установки, контактного типа.
На рисунке, а представлена принципиальная схема контактной газопаровой установки (ГПУ) при вводе воды(а) или пара(б), для генерации которого предусмотрен котел-утилизатор, работающий на отходящей теплоте газовой турбины. Испарительная камера может быть расположена как перед камерой сгорания, так и за ней. Ввод пароводяного рабочего тела целесообразен в тракт высокого давления, при котором затраты работы на сжатие минимальны. Ввод воды или пара увеличивает расход рабочего тела через турбину, а, следовательно, и её работу. Так как требования к чистоте вводимой среды достаточно высокие, в схеме предусмотрена химическая очистка поступающей воды.
21 Слайд
Рассмотрим контактный парогазовый цикл в T-s диаграмме.
Для наглядности изображения работы контактной установки и для упрощения ее термодинамического анализа общий процесс, совершаемый смесью газа и пара, условно заменим двумя процессами, которые определяются каждым из компонентов рабочего тела. В соответствии с этим допущением идеальный цикл контактной установки представлен на рисунке. Площадь l—2t—3—4t представляет собою газовый цикл, точки а — b — с — d — et — k — паровой цикл. Процесс расширения пара заканчивается в точке е, а затем следует охлаждение отрабатываемого перегретого пара в котле-утилизаторе до температуры в точке m, соответствующей температуре уходящих газов, и в окружающем воздухе до полной его конденсации. Теплоту высокого потенциала (теплоту сгорания топлива) qтоп разделим на две части: одна (qгтоп) подводится к газу, другая (qптоп) — к пароводяному рабочему телу. Часть отходящей теплоты обоих компонентов используется в утилизационном теплообменнике. При этом от газового цикла утилизируется теплота qгyт, эквивалентная площади 4t—4t'—5'—5, а от парового цикла — теплота qпyт, эквивалентная площади et —e't —m' —m. Чем больше теплота утилизации qyт = qпyт + qгyт, тем меньше затраты теплоты сгорания топлива в паровой части qптоп при заданном расходе пара, или больше расход пара при заданном расходе топлива.
При отсутствии утилизации отходящей теплоты затраты qптоп возрастают, и её количество зависит от температуры вводимой воды (точка а).
Максимальные значения КПД контактной установки определяются введенными ограничениями на работу котла-утилизатора. При принятом уровне температур уходящих из котла-утилизатора газов порядка 120–160 °С КПД установки при степени сжатия 18 достигает 43%, что на 9–10 % превышает КПД ГТУ при тех же параметрах газа.
22 Слайд
Недостатком газопаровых установок открытого цикла является потеря химически подготовленной питательной воды с уходящими газами. При этом непрерывный выброс большого количества водяного пара в окружающую среду существенно влияет на экологическую обстановку окружающей среды. Проблема эта была решена созданием газопаровой установки закрытого цикла типа «Водолей». На выходе ГТД устанавливается утилизационный котел(2), производящий водяной пар, подаваемый в камеру сгорания ГТУ. Поток парогазовой смеси, покидающий котел-утилизатор, поступает в контактный конденсатор(3), где с помощью впрыскиваемой против потока газа охлаждающей воды достигается конденсация водяного пара. Смесь охлаждающей воды и конденсата отводится из контактного конденсатора в бак-накопитель(4), откуда предварительно очищенная вода поступает в котел-утилизатор, а также через охладитель – в контактный конденсатор. Пар, подаваемый в камеру сгорания ГТД, состоит из двух частей: большей части (около 90%) – так называемый энергетический впрыск пара, подаваемого непосредственно в камеру сгорания и «ответственного» за увеличение мощности турбины, и меньшей части (порядка 10%) – так называемый экологический впрыск пара, подаваемого в топливные форсунки с целью уменьшения вредных выбросов в продуктах сгорания за счет снижения температуры горения.
Газопаровые установки типа «Водолей» наиболее перспективны для применения в маловодных регионах или в местах, где есть затруднения в подготовке большого количества котловой воды.