Примеры решения задач по физике

ЦИКЛЫ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Использование паровых и газовых турбин в едином парогазовом (ПГУ) цикле позволяет взаимно компенсировать недостатки ПТУ и ГТУ и сохранить их достоинства [2]. КПД ПГУ значительно выше КПД автономно работающих ПТУ и ГТУ. Схем ПГУ много, поэтому остановимся на рассмотрении только основных циклов ПГУ.

17.1. Цикл ПГУ с котлом-утилизатором

Простейшим из циклов ПГУ является цикл с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ). Схема и цикл в T,s- диаграмме ПГУ с КУ представлены на рис. 17.1 и 17.2.

Газы, выходящие из газовой турбины ГТУ, поступают в котел-утилизатор ПТУ, где за счет их изобарного охлаждения нагревается вода и получается пар для паровой турбины. В КУ нет сжигания топлива, топливо сжигается только в камере сгорания ГТУ.

 

Соотношение расходов газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме находится в строгом соответствии, определяемом тепловым балансом котла-утилизатора (расход газового рабочего тела принимается равным расходу воздуха):

. (17.1)

В выражении (17.1) повышение энтальпии в насосе ПТУ не учитывается.

Для расчета таких схем в удельных величинах вводится удельный расход газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ

. (17.2)

В соответствии с величиной dг, т.е. для 1 кг водяного рабочего тела и dг кг газового рабочего тела, строится цикл ПГУ в T,s- диаграмме и выполняется его расчет в удельных величинах.

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с КУ соответствует процессу 2-3 и рассчитывается как

. (17.3)

Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 5-1 (для газа) и в-с (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма

, (17.4)

где q2г и q2п – удельные потери теплоты в газовом и паровом контурах соответственно.

Удельная работа газового цикла

, (17.5)

где liк и liгт – удельные работы компрессора и газовой турбины.

Удельная работа парового цикла (без учета работы насоса)

. (17.6)

Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ

. (17.7)

Внутренний абсолютный КПД ПГУ с КУ определяется обычным образом:

. (17.8)

17.2. Циклы ПГУ со сжиганием топлива в паровом котле

Существует много видов схем ПГУ, где используется теплота сгорания топлива для нагрева водяного рабочего тела. Рассмотрим несколько типовых схем и циклов таких ПГУ.

Цикл ПГУ с низконапорным парогенератором

В данной схеме ПГУ газы ГТУ также сбрасываются в паровой котел, но в отличие от ПГУ с КУ в данном паровом котле, который называют низконапорным парогенератором (НПГ), происходит сжигание топлива.

Схема и цикл в T,s- диаграмме ПГУ с НПГ представлены на рис. 17.3 и 17.4.

 

Соотношение газов, выходящих из ГТУ, и водяного пара в ПТУ в данной схеме определяется тепловым балансом НПГ (расход газового рабочего тела принимается равным расходу воздуха):

. (17.9)

Расчет величины удельного расхода газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ в соответствии с выражением (17.9) выполняется по уравнению

. (17.10)

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с НПГ соответствует процессам 2-3 и 4-5, и рассчитывается как

. (17.11)

Остальные расчеты выполняются аналогично расчетам ПГУ с КУ.