ПГУ с параллельной схемой

ПГУ с параллельной схемой представляет собой комбинацию традиционной ПСУ и утилизационной ПГУ. В традиционной ПСУ может использоваться любое топливо, в том числе твердое. Другое очевидное преимущество ПГУ с параллельной схемой состоит в исключении необходимости в отдельной ПТ, подключенной к КУ.

Рис. 31.8. Одновальные компоновки турбоагрегатов ПГУ

а) без расцепной муфты и ПТУ с подвальным расположением конденсатора;

б) с расцепной муфтой и ПТУ с осевым расположением конденсатора

Из конденсатора паровой турбины конденсат с помощью двух питательных насосов (см. рис.31.9) с различным напором направляется в разные котлы. Основная часть через ПНД и ПВД направляется в энергетический котел (ЭК) с промежуточным перегревом пара, расширяется в ПТ, вырабатывая мощность, и затем конденсируется в конденсаторе. Другая часть конденсата направляется в КУ, превращается в перегретый пар, который поступает в паропровод горячего промежуточного перегрева и затем в ЦСД паровой турбины.

Работа КУ обеспечивается тепловой энергией выхлопных газов ГТУ. ГТУ совместно с КУ и ПТ, включающей в себя ЦСД и ЦНД – это утилизационная ПГУ, а ЭК совместно с тремя цилиндрами ПТ и системой регенерации – традиционный ПС энергоблок с промежуточным перегревом пара.

КПД ПГУ:

η_эПГУ = β η_эУТ + (1- β) η_эПСУ, где (31.2)

степень бинарности цикла β = Q_к.с. / (Q_к.с. + Q_э.к.).

Из этого выражения следует, что увеличение экономичности при параллельной схеме будет только при условии, что η_эУТ > η_эПСУ.

Перспективным является использование параллельной схемы для модернизации устаревших ТЭЦ, выполненных по неблочной схеме. В этом случае пар, производимый КУ, можно направить в главный паровой коллектор ТЭЦ и при этом сокращать генерацию пара энергетическими котлами. Кроме того, для повышения экономичности ПГУ с параллельной схемой необходимо увеличивать β.

ПГУ с дожиганием

По конструктивному исполнению ПГУ с дожиганием очень похожа на утилизационную ПГУ. Разница состоит в том, что на входе в КУ устанавливается дожигающее устройство в виде определенного числа газовых горелок, к которым подается природный газ (рис.31.10).

Поскольку в выхлопных газах ГТУ коэффициент избытка воздуха равен не менее 2,5-3,0, то происходит сгорание этого топлива, т. е. на входе в КУ подводится дополнительная тепловая мощность Q_дож.. В результате смешения продуктов сгорания дополнительного топлива и основного потока газов, поступающих из ГТУ, образуется смесь с увеличенной температурой. Процесс образования этой смеси показан на рис.31.11. Это изобарический подвод dd' тепловой энергии Q_дож. К продуктам сгорания. После подвода энергии Q_дож. Газы омывают поверхности теплообмена КУ, отдавая свою тепловую энергию рабочему телу (процесс d'da'). Процесс генерации пара в КУ протекает точно так же, как в КУ утилизационной ПГУ.

Подвод дополнительной тепловой энергии в КУ ведет к увеличению параметров и расхода рабочего тела, используемого в ПТУ. Поэтому он всегда обеспечивает рост N_э ПСУ и ПГУ в целом.

При этом необходимо учитывать, что сжигание дополнительного топлива в КУ означает дополнительный подвод тепловой энергии в низкотемпературный цикл. Поэтому степень бинарности ПГУ с дожиганием:

β = [Q_к.с. / (Q_к.с. + Q_дож.)] < 1.

Следовательно КПД цикла уменьшается по сравнению с ПГУ-У (β = 1).

Однако в ряде случаев дожигание может оказаться технически необходимым. Например, если для утилизационной ПГУ используется ГТУ с низкой температурой уходящих газов (T_d).

Рис.31.9 Принципиальная тепловая схема ПГУ с параллельной схемой

Рис.31.10 Принципиальная тепловая схема ПГУ с дожиганием

Рис.31.11 Теплосиловой цикл ПГУ с дожиганием

Сбросные ПГУ

В этой схеме ПГУ выхлопные газы ГТУ сбрасываются в энергетический котел. Принципиальная схема и теплосиловой цикл такой ПГУ показаны на рис.31.12.

Базовым элементом сбросной ПГУ является традиционная паросиловая установка, включающая в себя энергетический котел, который может работать на любом топливе, и обычную ПТУ. Эта установка надстраивается ГТУ, выхлопные газы которой, содержащие достаточное количество кислорода, направляются в ЭК. При этих условиях отпадает необходимость в дутьевых вентиляторах и воздухоподогревателях, обеспечивающих непрерывную подачу горячего воздуха из котельного помещения в топку котла.

А) Б)

Рис.31.12 Принципиальная схема (а) и теплосиловой цикл (б) сбросной ПГУ

Таким образом, горение топлива с получением тепловой мощности Q₁^эк в ЭК происходит в среде горячих выхлопных газов ГТУ, приносящих в топку тепловую мощность Q₂^ГТУ и имеющих температуру 500-600 °С. В результате температура газов в котле растет (процесс dd'), и далее за счет суммарной тепловой мощности (Q₁^эк + Q₂^ГТУ) в трубной системе ЭК осуществляется генерация пара для ПТУ.

Нетрудно видеть, что теплосиловой бинарный цикл сбросной ПГУ не отличается от теплового цикла ПГУ с дожиганием. Его степень бинарности:

β = [Q₁^кс_. / (Q₁^кс_. + Q₁^эк_.)].

Значительное влияние на экономичность ПГУ оказывает β, то есть в нашем случае та тепловая мощность Q₁^эк, которая добавляется в ЭК. Это значение не может быть произвольным. Ввод в ЭК избыточного топлива по отношению к количеству О₂, содержащегося в выхлопных газах ГТУ, не позволит топливу сгореть полностью. Сжигание этого же топлива с избытком О₂ приведет к снижению КПД ЭК, так как при этом возрастут потери тепловой энергии с его уходящими газами. Из-за этого степень бинарности сбросной ПГУ β = 1/3, поэтому КПД существенно ниже, чем у ПГУ утилизационного типа (β = 1). КПД сбросных ПГУ может достигать 45 – 48 %, но при этом ≈ 30 % топлива должен быть газ (для ГТУ).

Реальная паросиловая установка сбросной ПГУ должна содержать в резерве все атрибуты традиционной ПСУ для обеспечения автономной работы ПСУ в отсутствие газа. Это сильно усложняет ее компоновку, однако повышает надежность.

Следует отметить, что утилизационные и сбросные ПГУ в совокупности составляют подавляющую часть в общем количестве построенных ПГУ.