1.2. Теплові схеми і показники пгу з котлом-утилізатором
Парогазова установка з котлом - утилізатором ( ПГУ з КУ ) - найбільш перспективна і широко поширена в енергетиці парогазова установка, що відрізняється простотою і високою ефективністю виробництва електричної енергії. Ці ПГУ - єдині в світі енергетичні установки, які при роботі в конденсаційному режимі відпускають споживачам електроенергію з ККД 55-60%.
Експлуатаційні витрати потужної сучасної ПГУ вдвічі нижче в порівнянні з витратами на пиловугільній ТЕС. Терміни будівництва ПГУ з КУ , особливо при поетапному введенні в експлуатацію, набагато коротший, ніж строки будівництва потужних теплових електростанцій інших типів.
Однією з головних причин перспективності ПГУ є використання природного газу - палива, світові запаси якого дуже великі. Газ - це найкраще паливо для енергетичних ГТУ - основного елемента установки. Природний газ добре транспортується на далекі відстані по магістральних газопроводах . Його можна поставляти і в рідкому вигляді, як зріджений природний газ ( LNG- Liquefied Natural Gas ). Таким паливом, наприклад, користуються для ПГУ в Японії і Південній Кореї.
Парогазові установки можуть також працювати при використанні в ГТУ важкого нафтового палива, сирої нафти, побічних продуктів переробки нафти, синтетичного газу, одержуваного при газифікації вугілля.
Найпростіша теплова схема ПГУ представлена на рис. 1.1., а термодинамічний цикл Брайтона - Ренкіна зображений на рис. 1.2. Вихідні гази енергетичної ГТУ надходять в КУ, де більша частина їх теплоти передається пароводяному робочому тілу. Генерований в КУ пар направляється в паротурбінну установку (ПТУ), де виробляється додаткова кількість електроенергії. Опрацьований в паровій турбіні (ПТ) пар конденсується в конденсаторі ПТУ , конденсат за допомогою насоса подається в КУ .
Теплова схема генерації пари в КУ з використанням теплового потенціалу вихідних газів ГТУ представлена на Q , Т - діаграмою передачі теплоти від газів до пароводяному робочому тілу. Для КУ приймають мінімальні значення температурного на холодному кінці випарника, використовують в якості поверхонь нагріву труби із зовнішнім оребренням і забезпечують глибоке охолодження вихідних газів ГТУ до рівня 80-130 °С, що значно підвищує економічність ПГУ.
Рис.1.1. Найпростіша теплова схема ПГУ з КУ Рис. 1.2. Термодинамічний цикл
ЄГ – електрогенератор; К – компресор; Брайтона – Ренкина парогазової
КЗ – камера згорання; установки з котлом-утилізатором
ПТ – парова турбіна; КУ – котел утилізатор;
К-р – конденсатор; Н – насос.
Можна використовувати поняття «ступінь бінарності» ПГУ з КУ. Значення ступеня бінарності наближається до одиниці, коли вдається майже повністю використовувати теплоту вихідних газів ГТУ для генерації пари в паровому ступені установки. У бінарної ПГУ втрат теплоти ∑qпот = 0.
Насправді, ступінь бінарності ПГУ з одноконтурним КУ становить близько 0,90, так як у такій установці не вдається охолодити вихідні гази ГТУ до температури нижче 150 °С. Щодо невеликі та кількості генерується пара і вироблюваної в ПТУ електроенергії.