Тепловая схема и цикл парогазовой установки зависят от ее вида. Парогазовые установки являются только одним из видов более широкого класса – комбинированных установок с паровыми и газовыми турбинами. На рис. 3.27 приведена классификация таких установок, принятая Институтом технической теплофизики НАН Украины.
По принципу взаимодействия рабочих тел все комбинированные установки разделяются на две группы: установки с раздельными контурами рабочих тел (бинарные) и установки со смешением рабочих тел, т.е. контактные (монарные). Первые из них образуют группу парогазовых установок (ПГУ), а вторые – группу газопаровых установок (ГПУ). Большинство работающих и строящихся установок относятся к первой группе. Комбинированные установки с раздельными контурами рабочих тел выполняются либо с котлом-утилизатором, в котором пар генерируется только или в основном за счет отходящей теплоты газовой турбины, либо с парогенератором (так называемая сбросная схема), в котором пар генерируется также и за счет теплоты топлива. В установках с парогенератором выхлопные газы турбины сбрасываются в топку котла, в котором производится еще и дожиг топлива, поэтому основная доля мощности (до 70–80% общей мощности) генерируется в паровом контуре, а остальная доля – в газовом. Парогенератор в ПГУ работает с минимальным коэффициентом избытка воздуха 1,05–1,10, поскольку в процессе сжигания топлива участвует и кислород, поступающий в топку с выхлопными газами ГТУ. Относительный расход пара в таких установках значительный, а его величина по отношению к расходу воздуха достигает значений 0,7–0,8.
В установках с котлом-утилизатором большая доля мощности вырабатывается в газовом контуре. Расход топлива в этих установках в основном приходится на газовый контур, в котором коэффициент избытка воздуха обычно 1,5–2,5. Такие ПГУ характеризуется низким относительным расходом пара, отнесенным к расходу воздуха через компрессор, его величина чаще всего не превышает 0,2–0,3.
Комбинированные установки с парогенератором могут быть выполнены по следующим схемам:
- парогазовые установки с использованием теплоты выхлопных газов газовых турбин для подогрева питательной воды, что приводит к вытеснению регенерации внутри паро
- вой части цикла (так называемые ПГУ с вытеснением регенерации);
- парогазовые установки с низконапорным парогенератором (НПГ), в которых топливо подводится как в камере сгорания перед ГТУ, так и в низконапорном парогенераторе (НПГ), а от газовой турбины газы отводятся в парогенератор, где используются для окисления подаваемого в топку топлива;
- парогазовые установки с высоконапорным парогенератором (ВПГ), в котором генерация пара осуществляется в парогенераторе, совмещенном с камерой сгорания газотурбинной установки. Требуемая температура газа перед турбиной в этом случае обеспечивается расходом генерируемого пара, а коэффициент избытка воздуха за высоконапорным парогенератором принимается минимальным.
Ко второй группе комбинированных энергоустановок относятся газопаровые установки (ГПУ), в которых с целью уменьшения температуры газа перед турбиной до приемлемых значений в камеру сгорания впрыскивается водяной пар. В газотурбинных установках простого цикла это достигается за счет того, что в камеру сгорания подается от компрессора воздуха больше, чем это требуется для сгорания топлива. Коэффициент избытка воздуха находится на уровне 1,5–2,5, поэтому для сжатия избыточного воздуха, т.е. воздуха, не участвующего в горении, затрачивается значительная доля работы турбины. Эту работу можно уменьшить, если уменьшить коэффициент избытка воздуха, что может быть достигнуто за счет ввода в цикл дополнительного рабочего тела, которое требует малых затрат энергии на его сжатие. Этому требованию отвечает пароводяное рабочее тело, которое сжимается в жидкой фазе и характеризуется относительно малой работой сжатия. Ввод пароводяного рабочего тела в газовый поток является средством повышения удельной работы установки. При этом относительный расход вводимой среды может достигать 50–60% по отношению к расходу воздуха. Соответственно этому увеличивается и мощность ГТУ. Возрастает также и к.п.д. установки.
