Парогазовые установки. 
Общая энергетика. 
Основное оборудование

Высокий уровень температур при подводе теплоты в газотурбинной установке и низкий уровень отвода теплоты в паротурбинной установке привели к развитию комбинированного парогазового цикла, который применяется в разнообразных сочетаниях двух рабочих тел: газа и водяного пара. Парогазовый цикл содержит газотурбинную ступень в области высоких температур и паротурбинную в области низких. Общий вид ГТУ показан на рис. 4.16. Отработавший в газовой турбине ступени газ отдает свою теплоту в паротурбинной ступени для целей промежуточного перегрева пара, для нагрева питательной воды, получения пара низкого давления в котле-утилизаторе и др. На рис. 4.17 представлена простейшая схема, а на рис. 4.18 в Г, 5-диаграмме — теоретический цикл парогазовой установки с использованием теплоты из газовой ступени для подогрева питательной воды.

В камеру сгорания 2 (см. рис. 4.17) подается топливо, а компрессором 1 — сжатый воздух. Продукты сгорания, отработав в газовой турбине 5, поступают в подогреватель 6, где нагревают питательную воду, поступающую в котел, и удаляются в атмосферу. Перегретый пар, получаемый в котлоагрегате 5, расширяется в паровой турбине 9 и конденсируется в конденсаторе 8.

Рис. 4.16. Общий вид газотурбинной установки.

Рис. 4.17. Схема парогазовой установки.

Конденсат насосом 7 перекачивается в подогреватель 6, где обогревается и поступает затем в котел. Полезная мощность, вырабатываемая газовой и паровой турбинами, передается генераторам электрического тока 4 и 10. Соотношение между количеством отработавших газов и количеством обогреваемой питательной воды определяется из условия, что количество тепла, отдаваемого отработавшими газами, должно равняться количеству тепла, необходимого для подогрева питательной воды до расчетной температуры.

Цикл этой установки в Г^-диаграмме, изображенной на рис. 4.18, строится для 1 кг питательной воды и количества газов, приходящихся на 1 кг воды. Цикл газотурбинной части установки — 1—2—3—4—5—1, цикл Ренкина паротурбинной части — 6−7-8−8'-9−9'-6.

Рис. 4.18. Идеальный цикл парогазовой установки в /^-диаграмме.

При раздельном осуществлении газотурбинной и паротурбинной установок теплота, подводимая в цикле газотурбинной установки, измеряется площадью я-1−2-*/, а полезная работа — площадью 1 —2—3—4—5.

Тепло, подводимое в цикле паротурбинной установки, измеряется площадью с-6−7-8−8 '-9-f а полезная работа — площадью 6−7-8−8'-9−9'-6. Количество тепла, измеряемое площадью Ъ-S-a-d, бесполезно отдается в процессе 3−5 отработавшими газами окружающей среде. В парогазовой же установке количество тепла, изображаемое площадью 3−4-b-d, отдается в процессе 3−4 отработавшими газами питательной воде. Эта площадь равна площади с-6−7-с (заштриховано), определяющей количество тепла, получаемого в процессе 6−7 питательной водой. Следовательно, при одинаковой мощности количество тепла, подводимого в паротурбинной установке, по сравнению с раздельной установкой уменьшается на величину площади с-6−1-е. Этот выигрыш в расходе тепла и определяет эффективность рассматриваемой парогазовой установки.

В парогазовой установке термический КПД общего цикла больше, чем КПД каждого из составных циклов (газового и пароводяного) и, следовательно, наибольшего из них. Цикл строится для 1 кг воды и соответствующего количества газа на 1 кг воды, определяемого из теплового баланса подогревателя.

Возможен и другой тип парогазовой установки. На рис. 4.19 представлена принципиальная схема ПГУ с высоконапорным парогенератором. В топку парогенератора (котлоагрегата) компрессором 2 подается под давлением воздух. Давление продуктов сгорания в топке котла составляет 0,5−0,6 МПа (5,1−6,1 кгс/см²). Работа под наддувом значительно интенсифицирует процессы горения и теплообмена, в результате чего высоконапорный парогенератор I оказывается компактным и имеет высокий КПД. Перегретый пар, получаемый в парогенераторе 1 за счет сжигания жидкого или газообразного топлива, поступает в паровую турбину 5, после расширения в которой идет в конденсатор 7. Отсюда конденсат насосом 8 подается в парогенератор, и цикл паротурбинной части установки замыкается. Вал турбины соединен с валом электрического генератора 6. Продукты сгорания топлива (газы), охлажденные в поверхностях нагрева парогенератора до необходимой температуры, направляются в качестве рабочего тела в газовую турбину 3. Отработав в турбине, газы нагревают в подогревателе 9 конденсат, идущий в парогенератор, и удаляются в атмосферу. Часть механической энергии, вырабатываемой газовой турбиной, затрачивается на привод компрессора, остальная часть преобразуется в электрическую энергию посредством электрического генератора 4. Общая электрическая мощность парогазовой установки складывается из мощностей, вырабатываемых генераторами 4 и 6.

Рис. 4.19. Принципиальная схема парогазовой установки с высоконапорным парогенератором.

Повышение эффективности достигается здесь за счет дополнительной мощности, получаемой в газотурбинной части установки.

КПД парогазовой установки повышается при регенеративном подогреве воды, подаваемой в парогенератор. Использование (полное или частичное) отработавшего в турбине пара для целей теплофикации также повышает эффективность установки. Ввиду того, что рабочим телом для газовой турбины являются газы, уходящие из парогенератора, работа рассматриваемого типа парогазовой установки на твердом топливе в настоящее время не возможна, что является недостатком этих установок.

Рассмотренные две схемы парогазовых установок могут создаваться на жидком и газообразном топливе — для газотурбинной части и твердом топливе — для паротурбинной части установок (по схеме рис. 4.17).