Парогазовые установки со сбросом газов в котёл. Парогазовые установки с котлом-утилизатором. Парогазовые установки с высоконапорным парогенератором

1 Парогазовые установки

В настоящее время парогазовые установки созданы и успешно эксплуатируются как в России и СНГ, так и во многих странах мира. Объединение газотурбинных и паротурбинных установок в составе ПГУ осуществляется по различным технологическим схемам, что оказывает существенное влияние на состав оборудо- вания и основные характеристики работы парогазовых установок. Технологическая схема является основным фактором, определяющим и эффективность работы паро-  газовых установок.

К основным типам ПГУ, получившим наибольшее развитие в зарубежных и отечественных разработках, относятся: парогазовые установки со сбросом газов в котёл (ПГУС или ПГУ с НПГ);

парогазовые установки с котлом-утилизатором (ПГУКУ или ПГУ с КУ);

парогазовые установки с высоконапорным парогенератором (ПГУВ или ПГУ с ВПГ).

1.1 Парогазовые установки со сбросом газов в котёл

Парогазовыми установками со сбросом газов в котёл принято называть такие ПГУ, в которых выхлопные газы газотурбинного агрегата направляются в котёл паротурбинной установки, где используются в качестве окислителя при сжигании топлива и теплоносителя, передающего часть теплоты топлива ГТА воде и водяному пару.

1 – газотурбинный агрегат;

2 –отключающая арматура газовоздухопроводов;

3 – топка котла;

4 – паротурбинная установка;

5 – подогреватель низкого давления;

6 – подогреватель высокого давления;

7 – газоводяной теплообменник низкого давления;

8 - газоводяной теплообменник высокого давления;

9 - дутьевой вентилятор

Рисунок 1.1 - Принципиальная тепловая схема (а) и идеальный цикл (б) ПГУ с НПГ

Идеальный цикл в T, S координатах и принципиальная тепловая схема такой установки приведены на рис.1.1.  Из рисунка 1.1, а видно, что выхлопные газы газотурбинного агрегата 1 направляются в топку котла 3. Температура выхлопных газов в энергетических ГТА равна 700-800 К, а содержание кислорода в них – 0,14-0,18 кг/кг. Такие параметры выхлопных газов позволяют успешно использовать их как в качестве окислителя при сжигании топлива, так и в качестве теплоносителя, передающего часть теплоты топлива ГТА рабочему телу паротурбинной установки 4. Если температура выхлопных газов выше, то содержание кислорода снижается. Основной особенностью паротурбинной установки, работающей в составе ПГУ, яв- ляется замена значительной части регенеративного подогрева конденсата и пита- тельной воды подогревом их теплотой уходящих газов ГТА и котла. В результате достигается повышение тепловой экономичности. При этом возрастает работа, сове- ршаемая паром в турбине. Для осуществления такого подогрева используется обыч- ный котлоагрегат, работающий в составе ПГУ, и вместо воздухоподогревателя обо- рудуется газоводяными теплообменниками, а система регенерации ПТУ реконстру- ируется. В рассматриваемой схеме конденсат подогревается в ПНД 5 и ГВТ низкого давления 7, а питательная вода – в ПВД 6 и ГВТ высокого давления 8. Для обеспече- ния автономной, независимой друг от друга работы газотурбинного агрегата и паро- турбинной установки в составе ПГУ предусматривается резервный дутьевой венти- лятор 9 и отключающая арматура 2 газовоздухопроводов. В случае необходимости ГТА может работать автономно с выхлопом в атмосферу. ПТУ также может рабо- тать автономно по паротурбинному циклу. При этом в топку котла вместо выхлоп- ных газов ГТА подаётся воздух от резервного дутьевого вентилятора.                    

На  рисунке. 1.1, б цифрами 12341 в T,S координатах показан идеальный цикл ГТА, являющийся верхним циклом в комбинированном парогазовом цикле. Подвод теплоты к рабочему телу верхнего цикла осуществляется по изобаре 2-3, а отвод – по изобаре 1-4. Часть теплоты, отводимой из верхнего цикла, используется в нижнем цикле (заштрихованный треугольник 378 ). Другая часть этой теплоты выбрасывает- ся в атмосферу (заштрихованный треугольник 189 ). Заштрихованный треугольник 456 в некотором масштабе представляет собой количество теплоты, выделяемое при сжигании топлива в котле. Нижний цикл, цикл паротурбинной установки на рисунке 1.1, б показан буквами abcdefgka. Подвод теплоты к этому циклу осуществляется по изобарам b-c-d-e и f-g, а отвод по изобаре-изотерме k-a. Таким образом, в парогазовом цикле удачно сочетаются достоинства двух циклов: высокая среднетермодинамическая температура подвода теплоты, свойственная циклу ГТУ, и низкая среднетермодинамическая температура отвода теплоты, характерная для ПТУ. При этом значительная часть отводимой из верхнего цикла теплоты используется в нижнем.

Таким образом, цикл парогазовой установки со сбросом газов в котёл является частично бинарным циклом.

На основе анализа принципиальной схемы и цикла ПГУ с НПГ  можно отметить следующие основные достоинства парогазовых установок со сбросом газов в котел [1]:

·  высокую тепловую экономичность.

Действительно, КПД ПГУ с НПГ может достигать 46 %, а экономия топлива по сравнению с аналогичными паротурбинными установками – 15 %;

·  повышенную надежность и большую гибкость при регулировке нагрузки, оп- ределяемые возможностью автономной работы  ГТА и ПТУ; возможность полу- чения мощности от газовой турбины при вынужденной остановке паровой тур-  бины или получение мощности от паровой турбины при вынужденной остановке газовой турбины;