Парогазовые установки с впрыском пара ПГУ-STIG, страница 13

Здесь Т^*_г, Т_л и Т^*_охл  - температуры торможения газа и охладителя и температура лопатки соответственно. Это позволяет применять отработанные системы охлаждения при более высоких температурах газа. Кривые зависимости КПД от степени повышения давления имеют пологий максимум (рис. 5). Условия работы оборудования значительно более благоприятны на левой ветви этих кривых, в области π_к=50 для Т^*_г =1600 °С и π_к=35 для Т^*_г =1350 °С. Впрыск пара существенно повышает удельную мощность машины (отнесенную к единице расхода воздуха на входе в компрессор). Она составляет 1,15-1,3 МДж/кг воздуха при Т^*_г =1600 °С и 0,75 - 0,9 МДж/кг воздуха при 1350 °С. На рис. 6 представлены значения удельной мощности, отнесенной к суммарному расходу рабочего тела G_P=G_B -G_T -G_П x М_В/М_П, где М_В и М_П - молекулярная масса воздуха и пара. Для Т^*_г =1500-1600 °С она составит 850-900 кДж/кг рабочего тела. Это примерно в 1,4-1,5 раза выше, чем для бинарной установки с двумя давлениями пара. В большинстве случаев единичная мощность газовой турбины лимитируется пропускной способностью первой ступени компрессора. В этом плане высокая удельная мощность, отнесенная к расходу воздуха через компрессор, указывает на возможность создания достаточно мощной энергетической машины в одном агрегате при отказе от многоцилиндровой паросиловой турбины с ее развитым вспомогательным оборудованием. При меньших π_к при Т^*_г =const количество пара, вырабатываемого в КУ, возрастает. Таким образом, имеется возможность дополнительного увеличения удельной мощности. При фиксированном расходе воздуха на входе в компрессор это позволяет с учетом роста суммарного расхода рабочего тела (воздух + пар) поднять единичную полезную мощность машины, а следовательно, снизить удельные капитальные затраты. Видно, что влияние π_к на КПД установки и ее удельную мощность в определенном диапазоне изменения этого параметра оказывается противоположным, и выбор оптимального π_к будет зависеть от конкретных условий, в том числе от рациональной в рамках данной энергосистемы единичной мощности установки.

Рис. 6. Удельная мощность парогазовой установки с впрыском пара.

При постоянном впрыске пара в КС снижение его температуры уменьшает КПД установки. Однако при меньшей температуре впрыскиваемого пара можно получить больший расход его и повысить КПД установки. С учетом обоих указанных факторов, а также конструктивных характеристик КУ и принимая во внимание лучшую охлаждающую способность более холодного пара, целесообразно, чтобы температура пара на выходе из КУ была не более 350-450 °С.

Выше отмечалось, что тепловая схема ПГУ с впрыском пара была преднамеренно выбрана максимально простой. Таким образом, существует принципиальная возможность повышения тепловой экономичности путем совершенствования и усложнения тепловой схемы ПГУ. В частности, может быть использована предвключенная противодавленческая паровая турбина для привода дополнительного электрического генератора. В этом случае в хвостовом КУ производится водяной пар более высокого давления, чем это необходимо для впрыска в тракт газовой турбины (скажем 13-17 МПа). Этот пар расширяется в предвключенной паровой турбине и затем смешивается с основным потоком продуктов сгорания, как это предусматривалось исходной схемой, и (или) используется для охлаждения высокотемпературных элементов проточной части. Предвключенная противодавленческая паровая турбина может быть также использована для привода КНД.

Основными преимуществами подобных модификаций тепловой схемы являются снижение удельного расхода топлива (примерно на 5 % относительных), при приводе КНД - упрощение конструкции высокотемпературной газовой турбины (в частности, снижение числа валов), снижение температуры охлаждающего пара в результате его расширения в паровой турбине. К недостаткам следует отнести усложнение тепловой схемы (хотя и не очень значительное из-за отсутствия системы конденсации пара) и появление нового объекта регулирования, удорожание системы производства пара и подготовки воды вследствие перехода к более высокому уровню давления и температуры пара на выходе КУ.