Расчет принципиальной тепловой схемы парогазовой установки с котлом-утилизатором Учебно-методическое пособие введение

В настоящее время наиболее перспективной с точки зрения экономичности и возможности практической реализации является парогазовая установка (ПГУ), работающая по комбинированному циклу Брайтона (ГТУ) – Ренкина (ПТУ). Во-первых, в этой установке наиболее высока температура рабочего тела перед процессом расширения (до 1500ºС) и наиболее низка температура рабочего тела в конце процесса расширения (30ºС и ниже); во-вторых, накоплен большой опыт практического создания каждой из установок (ПТУ и ГТУ), входящих в состав ПГУ, в широком диапазоне изменения параметров.

В последнее десятилетие во всем мире наблюдается экспоненциальный рост числа и общей установленной мощности парогазовых установок (ПГУ) с ожидаемой перспективой дальнейшего развития этого процесса. Считается, что в настоящее время на долю ПГУ приходится примерно 35% общего объема новых мощностей, вводимых на тепловых электростанциях во всем мире.

Современные ПГУ характеризуются низким уровнем вредных выбросов в атмосферу. Выработка значительной доли мощности газотурбинной установкой обеспечивает меньшие потребности ПГУ в охлаждающей воде и меньшее тепловое загрязнение окружающей среды по сравнению с паротурбинными энергоблоками равной мощности.

Существенным достоинством ПГУ являются меньшие удельные капитальные затраты. Так, удельные капиталовложения для ПГУ мощностью 350 МВт составляют примерно 300 долл. США на 1 кВт. Для ПГУ малой мощности (от 3 до 100 МВт) эта цифра возрастает до 600...1200 долл./кВт. Сравнительно малые габариты ГТУ делают не только привлекательным, но и реальным преобразование существующих паротурбинных энергоблоков в процессе их реконструкции в ПГУ путем их надстройки ГТУ в пределах существующих строительных конструкций. При довольно большой единичной мощности и высокой экономичности ПГУ также обладают высокой маневренностью, что позволяет использовать их в равной мере для покрытия как базовой, так и переменной частей графиков нагрузки.

В настоящее время мощные ПГУ работают главным образом на природном газе, который резервируется жидким топливом. Наряду с этим разрабатываются проекты и существуют опытные ПГУ на базе различных технологий газификации угля.

Уже на сегодняшний день КПД современных ГТУ при их работе по простому циклу достигает 38...38,5% при единичной мощности до 280 МВт. Это позволяет получить КПД ПГУ на уровне 58%. С ростом температуры газов на входе до 1427°С становится реальным достижение КПД ПГУ 60%, а при повышении температуры газов до 1500°С – и 62%. Естественно, что при этом предполагается также и совершенствование ПТУ с повышением ее экономичности путем увеличения параметров пара (вплоть до использования сверхкритического давления), совершенствования проточной части, сокращения протечек пара через уплотнения и т.д.

Прогнозируется, что рост энергетических мощностей в развитых странах (США, Японии, Германии и России) в ближайшие десятилетия будет достигаться в основном за счет ввода ПГУ. Первым этапом будет являться строительство на ПГ ТЭС ГТУ, которые быстро устанавливаются и служат для покрытия пиков нагрузки. В дальнейшем они достраиваются паровой частью для преобразования в ПГУ.