2.4 Циклы парогазовых установок
Парогазовыми установками (ПГУ) называются комбинированные установки, работающие по циклу Ренкина − циклу паротурбинной установки (ПТУ) − и циклу газотурбинной установки (ГТУ). К настоящему времени предложено несколько вариантов ПГУ, отличающихся способом воздействия рабочего тела одного цикла на рабочее тело другого цикла. Все эти схемы объединяет одна идея − использование теплоты уходящих газов ГТУ в паротурбинной части установки.
Принципиальная схема одной из таких ПГУ представлена на рис. 14, а цикл, совершаемый рабочими телами (водяным паром и воздухом) этой установки, −на рис. 15. Предполагается использование только ПТУ (правая часть рис. 14) при работе и базовом режиме. Газотурбинная часть установки (левая часть рис. 14) включается только для покрытия пиков нагрузки и работает совместно с ПТУ, как ПГУ.
Паротурбинная часть установки, как и обычная ПТУ, состоит из паровой турбины ПТ, конденсатора, питательного насоса Н, котельного агрегата КА и системы регенеративных подогревателей питательной воды (на схеме для простоты показан лишь один подогреватель РП). При работе в базовом режиме газотурбинная часть ПГУ не работает, вентили А и С открыты, вентили В закрыты, и регенеративный подогрев питательной воды осуществляется, как в обычной ПТУ, за счет теплоты отборного пара, поступающего в РП через вентиль А.
Цикл, совершаемый водяным паром этой установки (правая часть рис. 14), ничем не отличается от цикла Ренкина на перегретом паре: процесс 6-7 − адиабатное расширение пара в турбине, 7-7’ − конденсация пара, 7-8 − подогрев питательной воды в РП за счет теплоты конденсации А-8 отборного пара, 7’-6 − подвод теплоты в КА.
Для покрытия пиков нагрузки включается газотурбинная часть ПГУ, состоящая из компрессора К, камеры сгорания КС и газовой турбины ГТ. При этом закрываются вентили А, С и открываются вентили В (весь пар, таким образом, проходит через паровую турбину ПТ), а подогрев питательной воды (процесс 7-8) осуществляется за счет теплоты уходящих газов ГТУ в газоводяном подогревателе ГВП. Газы при этом охлаждаются до температуры Т5.
Парогазовые установки могут работать не только как пиковые электростанции, но и как базовые. Современные ПГУ имеют более высокий КПД (около 55 %), чем у ПТУ (около 40 %).
Рис. 14. Принципиальная схема ПГУ
Рис. 15. Цикл парогазовой установки
2.5 Обратные циклы холодильных установок и теплового насоса
В воздушной холодильной установке, принципиальная схема которой изображена на рис. 16, хладагент − воздух, охлажденный в результате адиабатного расширения в детандере 1 от температуры Т1 до температуры Т2, поступает в охлаждаемый объем 2, из которого он отбирает теплоту q2 при постоянном давлении. Компрессор 3 адиабатно сжимает воздух и подает его в охладитель 4, где воздух отдает теплоту q1 в окружающую среду. Цикл воздушной холодильной установки с обратимыми процессами сжатия и расширения представлен в Т, s − диаграмме на рис. 17. Здесь 1-2 – адиабатное обратимое расширение в детандере; 3-4 – адиабатное обратимое сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – изобарный нагрев хладагента в холодильной камере за счет подвода теплоты q2 к хладагенту от охлаждаемого объема, имеющего температуру Т2; 4-1 – изобарный отвод теплоты q1 в среду, имеющую температуру Т1.
Рис. 16. Принципиальная схема воздушной холодильной установки
Рис. 17. Цикл воздушной холодильной установки
Согласно определению, удельная холодопроизводительность
;
− отведенная в окружающую среду теплота
;
работа компрессора
;
− работа детандера
;
− холодильный коэффициент
.
Цикл парокомпрессионной холодильной установки и его принципиальная схема изображены на рис. 18 и рис. 19 соответственно.
Необходимые для расчета значения энтальпий берутся из таблиц термодинамических свойств хладагентов в состоянии насыщения.
− холодильный коэффициент:
.
Рис. 18. Принципиальная схема парокомпрессионной холодильной установки
Рис. 19. Цикл парокомпрессионной холодильной установки
Теоретические основы РАСЧЕТа ТЕПЛОВЫХ СХЕМ