12.6 Циклы бинарных парогазовых установок

Рисунок 12.16

Сравнивая цикл Ренкина для перегретого пара с циклом Карно, взятым для того же температурного интервала (рис. 12. 16), можно заметить, что заполнение верхней части этого интервала у цикла Ренкина невелико из-за относительно низкой температуры насыщения, при которой идет парообразование в котле. Соответственно и термический к.п.д. его значительно меньше, чем у цикла Карно.

У

Рисунок 12.17

величить заполнение верхней части располагаемого температурного интервала, одновременно несколько расширив его за счет повышения верхнего температурного предела, можно путем создания установки с двумя турбинами – газовой и паровой. Схема такой бинарной парогазовой установки представлена на рис. 12. 17 .

Воздух, сжатый в компрессоре 1, подается в камеру сгорания парогенератора 2, работающего на жидком или газообразном топливе, сжигаемом под давлением. Продукты сгорания топлива, охладившись до приемлемой температуры (в данном случае до 700 – 800 °С) в парогенераторе, расширяются до атмосферного давления в газовой турбине 3, а затем, охладившись в противоточном регенеративном подогревателе 4 до температуры 40 – 50 °С, удаляются в атмосферу. Перегретый пар, полученный в парогенераторе, расширяется в паровой турбине 5, затем направляется в конденсатор 6, а конденсат его, нагревшись за счет тепла отработавших газов газовой турбины, поступает в качестве питательной воды в парогенератор.

Рисунок 12.18

Термодинамический цикл описанной парогазовой установки представлен в Ts – диаграмме на рисунке 12. 18. Как видно из этой диаграммы, о н состоит из двух циклов – газового цикла (фигура 1-2-3-4-1) и парового цикла (фигура 5-6-7-8-9-10-5), причем весь процесс подогрева питательной воды по линии 8-9 осуществляется за счет регенерации отбросного тепла газотурбинной установки путем охлаждения уходящих газов по линии

4-1.

В связи с этим кратность расхода газа m (расход газа в килограммах на килограмм пара) может быть определена из уравнения теплового баланса регенеративного подогревателя

, (12.14)

откуда

.

Работа парогазового цикла слагается из работы парового цикла

и работы газового цикла

.

Теплота, затрачиваемая на весь цикл, также складывается из теплоты, затрачиваемой в процессе 9-10-5 на паровой цикл,

и теплоты, затрачиваемой в процессе 2-3 на газовый цикл

.

Таким образом, термический к.п.д. рассматриваемого парового цикла составит

. (12.15)

Помимо рассматриваемой здесь схемы существуют и другие схемы парогазовых установок, также имеющие существенные преимущества по сравнению со схемами как чисто газовых, так и чисто паровых теплосиловых установок. Известны схемы с использованием отработавших газов газовой турбины в парогенераторе, где они играют роль греющего агента, а также схемы, в которых продукты сгорания топлива и пар, образующийся в парогенераторе, смешиваются и полученная смесь используется в турбине в качестве рабочего тела.

Применение парогазовых циклов позволяет повысить общий к.п.д. установки до 0,55 – 0,6, и они находят все более широкое применение, особенно возрастает их значение, когда будет решена проблема создания высокотемпературной газовой турбины, которая сможет работать на газе с температурой около 1000⁰С.