Цикл парогазовой установки

Парогазовый цикл – это бинарный цикл, в котором в области высоких температур используются газы – продукты горения жидких и газообразных топлив, а в области низких температур – водяной пар. В газовом цикле температура газов на входе в турбину 900-1000^оС, а на выходе 350^оС и более. В паросиловых установках температура перегретого пара достигает 600-650^оС, но зато температура воды в конденсаторе будет всего лишь 25-30^оС. Таким образом, в бинарном цикле можно осуществить перепад температур значительно больший, чем в каждом из отдельных циклов.

Рис. 19.15. TS-диаграмма

Изменение температурного перепада приведёт к увеличению _t цикла.

В идеальной парогазовой установке:

1-2 – изотермический подвод теплоты к газу от горячего источника;

2-3 – адиабатное расширение газа;

3-6 – изобарный отвод теплоты от газа;

6-1 – сжатие газа;

3-4 – адиабатное расширение пара;

4-5 – изотермический отвод теплоты в холодный источник от водяного пара;

5-6 – адиабатное сжатие воды;

6-3 – изобарный подвод теплоты к пару.

Практическая реализация изотермического подвода теплоты в газовом цикле 1-2-3-6-1 может быть осуществлена в результате многоступенчатого подвода теплоты, а изотермический отвод теплоты в паровом цикле 3-4-5-6-3 может быть осуществлён в процессе конденсации водяного пара (4-5). Передача теплоты от продуктов сгорания к водяному пару осуществляется в теплообменнике. Газовый цикл в такой схеме является открытым (продукты сгорания удаляются в атмосферу), а паровой – закрытым.

Рабочим телом в закрытом цикле может быть не только вода, но и углекислота и другие вещества, утилизирующие теплоту газового цикла.

Газовый цикл осуществляется и в виде цикла ГТУ с подводом теплоты при p=const.

Газовый и паровой циклы могут быть объединены в газопаровом цикле (рабочим телом такого цикла является парогазовая смесь, состоящая из продуктов сгорания и водяного пара). В парогазовых установках впрыск воды перед турбиной приводит к снижению температуры газов и одновременно к увеличению энтальпии ТРТ, т.к. удельная энтальпия воды больше, чем у продуктов сгорания. Такой цикл был предложен академиком С.А. Христиановичем.

_t установки, работающей по парогазовому циклу, больше, чем для чисто газовых или чисто паровых циклов и составляет 55-60%, что определяет их успешное внедрение в энергетику.

Теплофикационный цикл

В тех случаях, когда прилегающие к тепловым электростанциям районы должны потреблять большие количества тепла, целесообразнее прибегать к комбинированной выработке тепла и электроэнергии, чем снабжать эти районы теплом от специальных котельных, а электроэнергией – от конденсационных электростанций. Такие установки называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), они работают по так называемому теплофикационному циклу.

Рис. 19.16. TS-диаграмма

В TS-диаграмме изображены 2 цикла: конденсационный 123451 и теплофикационный 167451. В обоих циклах конечные параметры одни и те же, конечное давление в теплофикационном цикле выше, чем в конденсационном, и изображается линией 6-7. Видно, что работа 1 кг пара в теплофикационном цикле l_ц (пл.167451) меньше, чем в конденсационном цикле (пл.123451). Однако в конденсационном цикле теплота q₂ отработанного пара (пл. 9328) отдаётся охлаждающей воде и не используется из-за низких температур. В теплофикационном цикле отработавший пар имеет более высокую температуру, теплота его q₂=пл.10768 будет больше, чем в конденсационном цикле, и теоретически полностью используется. Таким образом, при повышении конечного давления уменьшается работа 1 кг пара в турбине и _t теплофикационного цикла понижается, однако в этом цикле основная потеря теплоты q₂ отсутствует. Экономичность такой установки характеризуется коэффициентом использования тепла К, который представляет собой отношение суммарной теплоты, пошедшей на работу l_ц и использованной тепловыми потребителями q₂, к теплоте q₁, сообщённой пару в паронагревателе: К=(l_ц+q₂)/q₁.

Теоретически в теплофикационных установках К=1, в конденсационных установках К равен _t и поэтому в этом огромное преимущество теплофикационных установок.

Величина К тем ближе к единице, чем совершеннее установка, т.е. чем меньше потери тепла в котлоагрегате и паропроводе, механические потери в турбине с отбором пара из 2 мест, в которых поддерживается необходимое давление. Из верхнего отбора с давлением 0,7-1,2 МПа пар поступает на различные технологические нужды предприятий, из нижнего отбора при давлении 0,12-0,25 МПа – для бытовых нужд населения.

На ТЭЦ устанавливаются также турбины с противодавлением. Они не имеют конденсатора, т.к. пар после совершения работы выходит с давлением выше атмосферного. После турбины весь отработанный пар направляется к потребителю. Применяются редко, ибо выработка электроэнергии зависит от теплового потребителя. При отключении потребителей теплоты такую установку необходимо останавливать.

При определённых условиях давление в конденсаторе можно поднять до 0,06-0,09 МПа и тогда отработанный пар будет поступать из турбины в конденсатор при температурах 86-97^оС. В этом случае охлаждающая вода будет нагреваться до 75-90^оС и может использоваться для различных бытовых нужд. Такие турбины называются турбинами с ухудшенным вакуумом. Если не требуется тепло для теплофикации, то такие турбины работают как конденсационные при принятых низких давлениях.