ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термодинамические циклы и тепловые схемы парогазовых установок из "Парогазовые установки Конструкции и расчеты " С применением закритического начального давления пара, однократного и двукратного промежуточного перегрева, развитой регенерации тепла, с достижением высоких к. п. д. турбин и мощности блоков до 1000 МВт и более тепловая экономичность электростанций приблизилась к своему пределу. Дальнейшее повышение начальных параметров пара дает небольшое снижение удельного расхода тепла, но вызывает увеличение удельных капиталовложений на строительство электростанций и понижение эксплуатационной надежности вследствие высокой стоимости и технологической неосвоенности высокожаропрочных аустенитных сталей. [c.4] Во всех развитых странах возможное значительное повышение тепловой экономичности электростанций связывается с применением комбинированных термодинамических циклов — сочетанием паротурбинного цикла с различными высокотемпературными циклами (ГТУ, ПТУ на парах жидкостей с высокой температурой кипения, МГД-генераторы, ЭГД-генераторы, термоэмиссионные и другие преобразователи энергии). [c.4] Практическое применение на электростанциях в настоящее время находит лишь один комбинированный цикл — парогазовый, в верхней температурной ступени которого используется газотурбинный цикл, а в нижней — паротурбинный. [c.4] Газотурбинный цикл (рис. 1, а) имеет более высокую среднюю температуру подвода тепла по сравнению с паротурбинным (рис. 1, б). Сжимаемый в компрессоре до давления в точке 4 атмосферный воздух нагревается в камере сгорания до температуры в точке 1, воспринимая тепло Q .. Эта температура достигает в настоящее время 900—1000° С при воздушном охлаждении проточной части газовой турбины и может повыситься до 1200— 1300° С при жидкостном охлаждении. Паротурбинный цикл не может иметь такой высокой начальной температуры рабочего тела. [c.4] Недостаток газотурбинного цикла — высокая средняя температура отвода тепла, причем она возрастает с повышением начальной температуры цикла. Для значительного снижения этой температуры пришлось бы увеличить степень регенерации до экономически неоправдываемой величины. [c.5] Газ и пар могут применяться в энергетической установке в виде смеси (монарный цикл) или в раздельных контурах (бинарный цикл). Во втором случае, рассмотренном выше, цикл газовой турбины сочетается с циклом паровой турбины в общей схеме установки. Схемы монарных и бинарных парогазовых установок будут рассмотрены ниже. [c.6] Первая в мире установка, в которой рабочим телом служила смесь продуктов сгорания топлива с водяным паром, была создана в России (1892—1900 гг.) офицером Военно-Морского Флота П. Д. Кузьминским (рис. 2). Эта установка с монарным циклом, работавшая при постоянном давлении горения, предназначалась для быстроходного катера. В камере сгорания, экранированной парогенерирующим змеевиком, сжигался керосин. Смесь его продуктов сгорания с водяным паром совершала работу в турбине радиального типа. Давление воздуха на входе в камеру сгорания было около 10 ата, воды на входе в змеевик — около 50 ата. Отсутствие в то время жаропрочных сталей не позволяло создать камеру сгорания и другие элементы установки, способные длительно работать при высокой температуре. К. п. д. установки был невысок— около 3%. [c.6] В 1901—1910 гг. во Франции инженеры Арманго и Лемаль создавали газотурбинные установки на парогазовой смеси по схеме, подобной схеме П. Д. Кузьминского. Их вторая установка при начальных параметрах газа 4 ата, 450—470° С развивала полезную мощность 83 л. с. при к. п. д. около 3%. Компрессор потреблял мощность около 400 л. с. Вода впрыскивалась в камеру сгорания для снижения температуры газа. [c.6] Позднее смесь продуктов сгорания керосина с водяным паром применялась в качестве рабочего тела сначала в порщневых, а затем в турбинных двигателях торпед. Единый двигатель подводных лодок по схеме Вальтера также работает на смеси продуктов сгорания топлива с водяным паром, образующимся из окислителя топлива—перекиси водорода. В 1960 г. С. А. Кристианович предложил использовать цикл на парогазовой смеси в стационарных установках большой мощности с длительным сроком службы. [c.6] В Германии конструкции газовых турбин с пульсирующими камерами сгорания (цикл с горением при постоянном объеме) разрабатывались под руководством профессора Хольцварта. В 1913—1917 гг. Хольцварт осуществил комбинированную парогазовую установку (рис. 3), состоящую из газовой турбины с пульсирующей камерой сгорания и паровой турбины, служащей приводом компрессора для сжатия воздуха. Пар генерировался в котле-утилизаторе, через который проходили отработавшие в турбине продукты сгорания топлива. Уровень технологии того времени был недостаточно высоким для доведения такой сложной установки до необходимой эксплуатационной надежности и экономичности. К. п. д. ее не превышал 14%. [c.7] Такой высоконапорный парогенератор (рис. 4) получил название Велокс (быстрый), так как при высоком давлении в топке продукты сгорания топлива проходили по каналам парогенерирующих элементов с высокими (до 200—250 м/с) скоростями, что позволяло резко повышать эффективность теплообмена. Габаритные и весовые показатели парогенераторов Велокс значительно лучше по сравнению с обычными котлами, а к. п. д. котлоагрегата более высок. [c.7] В СССР в 1935—1940 гг. разрабатывались конструкции высоконапорных парогенераторов с многократной принудительной циркуляцией и прямоточных. Был построен [55] опытный прямоточный парогенератор паропроизводительностью 6 т/ч с параметрами пара 65 ата, 400° С (рис. 6). При давлении наддува 4 ата достигнуто теплонапряжение топочного объема около 20 X X 10 ккал/(м ч). Высота кожуха парогенератора составляла всего 1,5 м, диаметр его— 1,0 м. Вес парогенератора около 0,7 т (0,12 кг металла на 1 кг пара). [c.8] Накопление опыта проектирования, производства и эксплуатации газовых турбин и разработка простых и технологичных (в отличие от (Велоксов ) конструкций высоконапорных парогенераторов создали условия для осуществления комбинированных парогазовых установок, в которых полезная мощность отдается потребителю и паровой и газовой турбинами. [c.9] В этих работах были рассмотрены термодинамические характеристики парогазовых установок с высоконапорными парогенераторами [79 80 81 ], конструктивные и теплофизические характеристики высоконапорных парогенераторов [36 37 38 112] и другие вопросы, связанные с созданием парогазовых установок стационарного и транспортного назначения [19 20 21 22 24 38 84 85 111]. [c.9] В 1945—1947 гг. в ЦКТИ под руководством А. А. Канаева, Б. Ф. Глухова и В. К. Шебалова были разработаны первые конструкции высоконапорных парогенераторов водотрубного типа. [c.9] В работах [5 23 26 52 53 104 и др.] рассматривались особенности циклов и тепловых схем парогазовых установок для ТЭЦ. [c.11] Ряд работ посвящен парогазовым установкам малой и средней мощности [2 38 42 43 59 119 и др.]. [c.11] Начатые в ЦКТИ термодинамические исследования циклов парогазовых установок получили развитие в работах Одесского технологического института (под руководством проф. Д. П. Гох-штейна), Саратовского политехнического института (под руководством проф. А. И. Андрющенко), Ленинградского политехнического института (под руководством профессоров И. И. Кириллова и В. А. Зысина), ЭНИНа и лаборатории ПГУ ЦКТИ [5 6 9 25 26 27 35 48 50 56 57 118 и др.]. [c.11] Оптимизации циклов, тепловых схем и параметров ПГУ посвящены работы [4—10 25 27 30 33 35 42 62 73 74 87 93]. Газовая ступень ПГУ исследовалась в работах [29 30 65 86 94 и др.], паровая ступень — в работах [4 31 33 и др.]. Технико-экономические характеристики ПГУ приведены в работах [1—3 15—18 20—23 26 36 49 50 и др. ]. Созданию и освоению отечественных ПГУ посвящены работы [56—58 62 64 66 67 69 70 92 103 и др. ]. [c.11] В зарубежной литературе публикации по схемам и циклам ПГУ начали появляться с 1950 г. [124—143 и др.]. На V конгрессе Мировой энергетической конференции в Вене (1955 г.) и на секционном заседании МИРЭК в Канаде (1958 г.) были представлены доклады по парогазовым установкам от ЧССР, Италии, Франции, ФРГ. Ряд докладов по парогазовым установкам представлен на конгрессе ЗШАС (Копенгаген, 1965 г.) и на VII конгрессе МИРЭК (Москва, 1968 г.). [c.11] Вернуться к основной статье