Парогазовые установки с впрыском пара ПГУ-STIG, страница 9

Как видно из рис.1, в цикле ПГУ с впрыском пара в камеру сгорания подаются воздух после компрессора, топливо и пар высокого давления, вырабатываемый в котле - утилизаторе. В цикле с большой степенью повышения давления между компрессорами низкого и высокого давления устанавливаются промежуточный охладитель поверхностного типа или осуществляется впрыск воды. Следует отметить, что этот элемент тепловой схемы не повышает тепловую экономичность, а увеличивает удельную мощность, расширяет диапазон эффективного регулирования и позволяет применять в компрессоре более дешевые материалы. Отдаваемое охлаждающей воде тепло в анализируемом варианте тепловой схемы не используется. Естественно, его возможная утилизация для цикловых нужд или местного теплоснабжения является резервом повышения общей тепловой экономичности установки. Использование скрытых резервов тепловой схемы может дополнительно повысить КПД на 1,5-2,0 % (абс.), но, очевидно, ценой дополнительных капитальных затрат.

Рабочая смесь продуктов сгорания и водяного пара проходит турбину - привод компрессора и силовую турбину, вращающую электрогенератор. В одновальных машинах эти две турбины могут быть совмещены. Отработанные газы поступают в котёл-утилизатор, где генерируется пар нескольких давлений (чаще всего двух). Пар высокого давления впрыскивается в камеру сгорания и подаётся на охлаждение высокотемпературных венцов турбины, низкого – на охлаждение последних венцов. Вводимый в КС пар одновременно является средством подавления образования оксидов азота. Использование пара двух уровней давления позволяет при неизменной выбранной минимальной разности температур греющей и обогреваемой сред более эффективно утилизировать тепло отработанных газов и получить большой расход генерируемого пара.

Увеличение мощности в ПГУ- STIG по сравнению с исходными ГТУ достигается увеличением расхода рабочего тела (впрыска пара в камеру сгорания), повышением давления дополнительного рабочего тела – воды в жидкой фазе (отсутствуют затраты мощности на привод компрессора), исключением использования сжатого воздуха для охлаждения лопаток (замена воздушного охлаждения более эффективным паровым), использование термодинамически более благоприятных свойств добавляемого рабочего тела (более высокие удельные объёмы). Дополнительный  выигрыш можно получить, если сработать часть потенциала перегретого пара высокого давления в пртиводавленческой паровой турбине-приводе компрессора с последующим возвратом его в цикл ГТУ или применить вторичный подогрев рабочего тела ПГУ во второй (промежуточной) камере сгорания.

В теплофикационном варианте ПГУ-STIG вырабатываемый в котле-утилизаторе пар может быть использован в технологических целях или для нужд теплофикации. При этом его распределение между камерой сгорания и производством определяется диспетчерским графиком и может в известной степени варьироваться. Кроме того, для теплофикации может быть также использована часть тепла уходящих газов котла-утилизатора.

Необходимо подчеркнуть, что ввод пара в камеру сгорания существенно снижает эмиссию NO_x, особенно при высоких температурах в ней.

Преимуществами ПГУ-STIG по сравнению с традиционными ПТУ являются: высокий электрический КПД (51…55% по сравнению с 38…43% у ПТУ);

снижение капитальных затрат на 20…25%;

уменьшение себестоимости электроэнергии на 25…30%;

сокращение сроков окупаемости инвестиций в 2 – 3 раза;

упрощение состава оборудования, снижение массогабаритных показателей;

сокращение срока ввода в эксплуатацию;

улучшение экологических характеристик.

Недостаток  ПГУ-STIG – потеря с уходящими газами рабочего тела (воды), которую необходимо компенсировать, что требует развития водоочистки. Однако если  ПГУ-STIG снабдить контактным конденсатором (КК), то эту воду можно вернуть в цикл. В этом случае унос и неполная конденсация паров из продуктов сгорания компенсируются конденсацией дополнительного количества паров воды, образующихся при сжигании природного газа. При наличии теплового потребителя низкопотенциальное тепло конденсации водяных паров в КК можно направить в тепловую сеть с помощью теплонасосной установки (ТНУ). При этом себестоимость выработки тепла оказывается в 1,6 – 1,7 раз ниже, чем при комбинированной выработки его турбинами ТЭЦ. В табл.2 приведены данные о технико-экономической эффективности замены теплофикационных установок с турбинами Т-100-130 на условную по мощности комплексную ПГУ-STIG с ТНУ. Сравнение даётся при одинаковом количестве потребляемого природного газа, что очень важно в современных условиях.