Тригенерационный цикл

Тригенерация – процесс совместной выработки электрической, тепловой энергии и холода. В тригенерационной схеме тепловая энергия, вырабатываемая котлом утилизатором, помимо потребителей тепла используется в абсорбционных бромистолитиевых холодильных машинах – АБХМ.

Рис. 6- Схема тригенерационного цикла

АБХМ могут работать как от собственной горелки, потребляя топливо, так и от теплоносителя (воды). В тригенерационных схемах, как правило, АБХМ работают в межотопительный период (когда требуется кондиционирование воздуха) – именно в этот период отопление не используется и возникает избыток тепловой энергии, генерируемой КУ.

Преимущества: выработка одновременно с электричеством тепловой энергии и холода без существенных дополнительных затрат; общий КПД станции – до 80~86% круглогодично.

Недостатки: несколько более высокие по сравнению с простым циклом и когенерацией капиталовложения; установка АБХМ требует дополнительных площадей.

Парогазовый цикл

Предназначен для выработки электрической и тепловой энергии.

В парогазовом цикле паровой КУ вырабатывает пар, используемый в паросиловом цикле (паровая турбина + конденсатор) для дополнителььной выработки электрической энергии. Отработавший низкопотенциальный пар дополнительно отдаёт теплоту в конденсаторе – за счёт чего вырабатывается тепловая энергия.

Рис. 7- Схема парогазового цикла

Как правило, мощность паросилового цикла составляет 30-33% от мощности газотурбинных установок – при этом паросиловой цикл не потребляет топливо. Установка КУ с дожигом или сбросного КУ позволяет дополнительно увеличивать мощность паросилового цикла до 60-66 % от мощности газотурбинных установок, но влечёт увеличение расхода топлива.

Преимущества:

- электрический КПД станции возрастает до 56-58%;

- общий КПД станции – до 80~85% круглосуточно;

- независимо от потребности в тепловой энергии, вся доступная мощность КУ может быть использована в паросиловом цикле для производства электрической энергии, что ведёт к снижению нагрузки ГТУ и уменьшению расхода топлива.

Недостатки:

- более крупные капиталовложения;

- сложность станции– требуется повышенная культура эксплуатации;

- самая габаритная станция из всех предлагаемых.

Принцип работы парогазовой установки

Парогазовыми называются энергетические установки, в которых теплота уходящих газов ГТУ прямо или косвенно используется для выработки электроэнергии в паротурбинном цикле. На рисунке показана принципиальная схема простейшей парогазовой установки так называемого утилизационного типа. Уходящие газы ГТУ поступают в котел-утилизатор — теплообменник противоточного типа, в котором за счет тепла горячих газов генерируется пар высоких параметров, направляемый в паровую турбину.

Котел-утилизатор представляет собой шахту прямоугольного сечения, в которой размещены поверхности нагрева, образованные оребренными трубами, внутрь которых подается рабочее тело паротурбинной установки (вода или пар). В простейшем случае поверхности нагрева котла-утилизатора состоят из трех элементов: экономайзера 3, испарителя 2 и пароперегревателя 1. Центральным элементом является испаритель, состоящий из барабана 4 (длинного цилиндра, заполняемого наполовину водой), нескольких опускных труб 7 и достаточно плотно установленных вертикальных труб собственно испарителя 8. Испаритель работает на принципе естественной конвекции. Испарительные трубы находятся в зоне более высоких температур, чем опускные. Поэтому в них вода нагревается, частично испаряется и поэтому становится легче и поднимается вверх в барабан. Освобождающееся место заполняется более холодной водой по опускным трубам из барабана.

Насыщенный пар собирается в верхней части барабана и направляется в трубы пароперегревателя 1. Расход пара из барабана 4 компенсируется подводом воды из экономайзера 3. При этом поступающая вода, прежде чем испариться полностью, многократно пройдет через испарительные трубы. Поэтому описанный котел-утилизатор называется котлом с естественной циркуляцией.

В экономайзере происходит нагрев поступающей питательной воды практически до температуры кипения (на 10—20 °С меньше, чем температура насыщенного пара в барабане, полностью определяемая давлением в нем). Из барабана сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где перегревается сверх температуры насыщения. Температура получаемого перегретого пара t₀ всегда меньше, чем температура газов θ_Г, поступающих из газовой турбины (на 25-30 °С).

Рис. 8 – Схема устройства ГТУ и принципа работы ГТУ (парогазовый цикл)

Под схемой котла-утилизатора показано изменение температур газов и рабочего тела при их движении навстречу друг другу. Температура газов плавно уменьшается от значения θ_Г на входе до значения θ_ух температуры уходящих газов. Движущаяся навстречу питательная вода повышает в экономайзере свою температуру до температуры кипения (точка а). С этой температурой (на грани кипения) вода поступает в испаритель. В нем происходит испарение воды. При этом ее температура не изменяется (процесс a — b). В точке b рабочее тело находится в виде сухого насыщенного пара. Далее в пароперегревателе происходит его перегрев до значения t₀. Образующийся на выходе из пароперегревателя пар направляется в паровую турбину, где, расширяясь, совершает работу. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсируется и с помощью питательного насоса 6, повышающего давление питательной воды, направляется снова в котел-утилизатор.

Преимуществами ПГУ являются :

- ПГУ — самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии. КПД трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара, в которой температура газов перед газовой турбиной находится на уровне 1450 °С, достигает 60 %;

- ПГУ — самый экологически чистый двигатель;

- ПГУ — очень маневренный двигатель;

- потребление охлаждающей воды ПГУ примерно втрое меньше;

- ПГУ имеет умеренную стоимость установленной единицы мощности.