Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 9 из 101

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПАРОГАЗОВЫХ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ
УСТАНОВОК

В настоящее время в энергетике, в том числе в теплофикации, применяются две схе­мы парогазовых установок:

с высоконапорным парогенератором — парогазовая установка со сбросом газа в энергетический котел (ПГУС); принципи­альная схема установки приведена на рис. 1.13,а, а процесс ее работы в ^.s-диа­грамме— на рис. 1.13,6;

с низконапорным парогенератором — парогазовая установка с котлом-утилизато­ром (ПГУКУ); принципиальная схема уста­новки приведена на рис. 1.14,а, а процесс ее работы в Т, s-диаграмме — на рис. 1.14,6.

В схеме ПГУКУ газ с высокой темпера­турой 7"з после камеры сгорания подается в газовую турбину. Подача в турбину газа с высокой температурой обеспечивает вы­сокую удельную выработку электрической энергии в газовой турбине на единицу мас­сового расхода рабочего тела.

В установках ПГУС газ с температурой 7"з после камеры сгорания непосредственно не используется для выработки электро­энергии, он подается сначала в энергетиче­ский котел (высоконапорный парогенера­тор). Это интенсифицирует процесс тепло­обмена в котле, но приводит к снижению

температуры подвода теплоты к газовой турбине и снижению удельной выработки электроэнергии в газовой турбине на еди­ницу массового расхода рабочего тела. В этом заключается основной недостаток схемы ПГУС.

Если в названии рассмотренных комби­нированных энергетических установок ста­вить на первое место название энергоноси­теля, обеспечивающего более высокую тем­пературу подвода теплоты в цикл, то уста­новка ПГУКУ является газопаровой (ГПУ), а установка ПГУС — парогазовой (ПГУ).

В обеих установках теплота из цикла от­водится в систему теплоснабжения через теплофикационный пароводяной теплооб­менник и в окружающую среду через кон­денсатор, а также непосредственно в виде отработавшего газа из газоводяного тепло­обменника (экономайзера).

Ниже рассматриваются энергетические характеристики установки с котлом-утили­затором. Схема ПГУКУ состоит из двух ступеней превращения теплоты в работу, последовательно включенных по потоку используемой теплоты. Верхняя ступень —

газотурбинная, нижняя — паротурбинная. При такой схеме физические свойства ис­пользуемых энергоносителей способству­ют повышению температуры подвода теп­лоты в цикл и снижению температуры отво­да теплоты из цикла.

При использовании газа в качестве энер­гоносителя для верхней ступени повыше­ние температуры подвода теплоты в цикл не связано с повышением давления энерго­носителя, как при паре в качестве энергоно­сителя.

При использовании пара в качестве энергоносителя для нижней ступени пони­жение температуры отвода теплоты из цик­ла не связано с увеличением степени изме­нения давления в турбине, как при газе, а определяется только температурой охлаж­дающей среды — обратной сетевой воды или охлаждающей воды в конденсаторе.

В ПГУКУ рабочее тело после газовой турбины используется в качестве греющей среды в парогенераторной установке, в ко­торой вырабатывается пар — рабочее тело для паротурбинной ступени ПГУКУ.

Для повышения средней температуры подвода теплоты в паротурбинный цикл в схеме ПГУКУ может быть применена каме­ра дожигания, в которой сжигается допол­нительное количество топлива.

Однако такая схема энергетически недостаточно эффективна, так как теплота сожженного топлива в камере дожигания не используется непосредственно для полу­чения работы, а передается через поверх­ность нагрева парогенератора при значи­тельной разности средних температур.

Энергетически выгоднее сжигать все то­пливо в камере сгорания, где может быть получено рабочее тело (газ) более высокого потенциала, обеспечивающее выработку большего количества электроэнергии.

Установка камеры дожигания может быть оправдана при использовании в ней топлива, неприемлемого для камеры сгора­ния, например, твердого топлива.

Естественно, что при работе ПГУКУ по бинарной схеме, т.е. без камеры дожигания, температура первичного теплоносителя — газа в парогенераторной установке сущест­венно ниже, чем при работе с камерой до­жигания. В связи с этим при работе ПГУКУ по бинарной схеме оптимальные начальные параметры паротурбинной установки ниже, чем при работе с камерой дожигания.

Однако это не имеет принципиального значения, так как в данном случае задача за­ключается в выборе оптимальных парамет­ров ПГУКУ в целом как единой системы, а не параметров изолированной паротурбин­ной установки.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПГУКУ

ПРИ РАБОТЕ ПО БИНАРНОЙ СХЕМЕ

Средняя температура Т_{ср г} подвода теп­лоты в, парогенераторную установку, со­стоящую из парогенератора и экономайзера (см. рис. 1.14), определяется по формуле

Г_срг=7’₀ + А7’_ср, (1.68)

где 7"₀ — средняя температура подвода теп­лоты в паротурбинный цикл. К; ДГ^— раз­ность средних температур в парогенератор­ной установке между газом и пароводяным потоком, К.

Значение Д7’_Ср должно выбираться на ос­нове технико-экономической оптимизации, которая здесь не рассматривается.

Средняя температура подвода теплоты в паротурбинный цикл ПГУКУ

^ЛЮ I

&I2^I2 _z,

' 0 ’ \ I ’69)

⁵Ю " SlI^JII ^_£i2^jI2

где А₁₀ и j_i0 — удельные энтальпия и энтро­пия генерируемого пара на выходе из паро­генератора; g,, Hg₁₂ —массовые доли пото­ков конденсата от суммарного расхода кон­денсата, поступающего в парогенераторную установку из теплофикационного подогре­вателя и из конденсатора, g_l, + g₁₂ = 1; А,,, /г,₂ и s_II; 5,2 — энтальпия и энтропия соот­ветствующих потоков конденсата.

При двухступенчатом подводе конден­сата в экономайзер целесообразно поток конденсата с более низкой температурой направлять в нижнюю ступень, например в точку 12 при /₁₂ < (см. рис. 1.14).

В частном случае, при одноступенчатом подводе смеси конденсата из конденсатора и теплофикационного подогревателя, фор­мула для расчета средней температуры под­вода теплоты в паротурбинный цикл прини­мает вид

т ₌ ^A_^l0-T SjT, (1.70)

*I0-^SK.cp

где А_{к ср} и 5_{К ср} — энтальпия и энтропия сме­си конденсата после теплообменников, ко­торые определяются из соотношений

^Лк.ср = ^ЛП ⁺ g\2^h\2’ (’71а) •^yK.cp ⁼ glI⁵II ⁺gl2*I2- (’-716)

Средняя температура газа в парогенера­торной установке при работе по бинарной схеме

⁷;_р.г⁼(⁷’4 ^{+ 7}’₅)^/2. (’-72)

где Т₄ и Т₅ — температуры газа на входе и выходе из парогенераторной установки, К.

Температура газа Т₄ является одним из основных параметров, определяющих ре­жим работы газовой турбины. Температура газа Т₅ определяется условиями теплообме­на газ—вода.

При двухступенчатом подводе конден­сата к экономайзеру (см. рис. 1.14)

Г₅=Г₁₂ + АГ_к. (1.73а)

При одноступенчатом подводе конден­сатной смеси к экономайзеру

Т₅ = Т'к.ср ⁺ АТ'к. (1736)

гае ⁷’_к.ср ⁼ ^11^гп +gi2⁷'i2-

Для предварительных расчетов можно принимать АТ_К = 20—30 К.

Из совместного решения уравнений (1.68) и (1.70) следует

Т₄ = 2(Т₀ + ДТ_ср) - Т₅. (1.74)

Как видно из уравнения (1.74), при за­данных значениях 7"₀ и Т₅ увеличение сред­ней разности температур Д7'_ср между газом и пароводяным потоком в парогенератор­ной установке приводит к повышению тем­пературы газа Т₄ на выходе из газовой тур­бины, что при постоянной температуре ра­бочего тела 7"з на входе в турбину приводит к увеличению отношения температур Т₄/Т₃, от которого зависит удельная выработка электроэнергии на единицу теплоты, отве­денной от газовой турбины.

Одновременно увеличение разности средних температур &Т_ср в парогенератор­ной установке при прочих равных условиях позволяет уменьшить требующуюся по­верхность нагрева парогенераторной уста­новки, а значит снизить расход металла и, следовательно, снизить начальные затраты на сооружение ПГУКУ.

Таким образом, выбор при проектирова­нии оптимального значения Д7'.„ является

ср

технико-экономической задачей.

Суммарная выработка электрической энергии в единицу времени теплофикацион­ной ПГУКУ при работе по бинарной схеме

Зпгу = З_г + Э_т> (1-75) где Э_г — выработка электроэнергии в газо­вой турбине; Э_т — выработка электроэнер­гии в паровой турбине.

Выработка электроэнергии в газовой турбине

Эр — Э г.о(?4 > (’ -76)

где э_го — удельная выработка электро­энергии в газовой турбине на единицу теп­лоты, отведенной от турбины; Q₄ — коли­чество теплоты, отведенной от газовой тур­бины в единицу времени.


Здесь и ниже значения э являются без­размерными, равными количеству вырабо­танной электроэнергии на единицу отведен­ной теплоты (Т_го, э_г, э_р Т_пт)или на едини­цу подведенной теплоты (зГ_к), при одних и тех же единицах измерения. Для получения размерного значения следует значение 7 умножить на размерный коэффициент 278 кВт • ч/ГДж или 1163 кВт • ч/Гкал.

Удельная комбинированная выработка электроэнергии в газотурбинной установке на единицу отработавшей теплоты, отве­денной от газовой турбины, определяется на основе уравнения


шей теплоты, отведенной от газовой турби­ны, определяется в виде


где Г₅ — температура газа, отводимого из экономайзера в окружающую среду.

Удельная комбинированная выработка электроэнергии в газотурбинной установке на единицу отработавшей теплоты, полезно использованной в парогенераторной уста­новке, определяется на основе уравнения


- э_г, (7'з-7'₄)<_м-(7’₂-7'₁)/п_э,


(^гз


т_л-т,


.(1.77 а)


Пп.и


т₄-т₅


.(1.80)


Уравнение (1.77а) приводится к следую­щему виду:


Уравнение (1.80) приводится к следую­щему виду:


т (1 \)П₀/Пэм


^{1 Т}К

^ткП₀,П_Эм


т (1 ^тт)П₀,П_эм


,(1.77 б)


="[!-(! -^Т_Т)П_О,] - 1


^Т3 т ^Т5

-^Тт)П₀,}-^


(1-81)


Относительное изменение температуры рабочего тела в газовой турбине при изоэн- тропном расширении может быть выражено через температуры рабочего тела в турбине по формуле


1 - т₄/т₃