Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Комбінація парових і газових турбін дозволяє істотно підвищити їх техніко-економічні показники. Цього досягають, створюючи парогазові (ПГУ) і газопарові (ГПУ) комбіновані установки, класифікацію яких на­ведено нарис. 4.23.

Парогазові установки (рис. 4.24) об’єднують безконтактність між продуктами згорання і парорідинним робочим тілом. Кожний з робочих агентів рухається в ізольованому контурі і взаємодіє з іншими лише у формі теплообміну в апаратах поверхневого типу.

Установки зі змішуванням газу та пари (ГПУ)

Установки з роздільними потоками ________ газу та пари (ПГУ)__________

—————— 7*———— Установки з котлом-утилізатором Установки з напорним пар огенератором а = 1,05 -1,10 Установки з упорскуванням води

Установки з введенням пари до тракту ГПУ-НК

Рис. 4.24. Основні принципові схеми ПГУ: а, б — ПГУ з високонапорними парогене — раторами; в — ПГУ з передвключеною паровою турбіною; г — комбінація ПТУ та ПГУ, що працює за напівзамкненою схемою; д — ПГУ з утилізацією теплоти вихлопних газів ГТУ; П — паливо; ПК — паровий котел «нормальної» конструкції; ВПГ — високонапорний парогенератор; КУ — паровий котел-утилізатор; 1 — парова турбіна; 2 — живильний насос; П — подача палива; 3 — газова турбіна; 4 — повітряний компресор; 5 — камера згорання; 6 — газоповітряний теплообмінник

2

Схеми цієї групи можна віднести до комбінованих парогазових уста­новок з роздільними контурами робочих тіл. На рис. 4.24, а, б наведено схеми ПГУ з високонапорними парогенераторами (ПГУ з ВПГ), у яких стиснене повітря після компресора (з тиском 3…5 атм) потрапляє в топку, що працює при відповідному тиску. Процес тепловиділення у ВПГ опи­сують у ТУ діаграмі ізобарою 2 — 3 -16 (рис. 4.25).

Частина цієї теплоти (лінія 2 — 3) витрачається на підвищення темпера­тури робочого тіла, що у вигляді продуктів згорання надходить до газової турбіни. Унаслідок подальшого розширення робочого тіла (лінія 3 — 4) у турбіні з’являється робота, що витрачається в схемі а на привід компре­сора і виробництво електричної енергії, у схемі б — тільки на привід ком­пресора. Інша частина теплової енергії (лінія 3 — 16) генерує водяну пару, що надходить до парової турбіни, де її потенційна енергія перетворюєть­ся на механічну роботу. У результаті реалізується ідеальний цикл Ренкіна (площа 15 — 7 — 8 — 9 — 10 — 15). У сучасних турбінах використовують ре­генеративний підігрів живильної води, тому ідеальному пароводяному циклу відповідає контур 5 — 6 — 7- 8 — 9 — 10. У зв’язку з тим, що в ПГУ з ВПГ до газової турбіни надходять гази безпосередньо після котла, ці установки дуже чутливі до якості палива і чистоти димових газів.

Нарис. 4.24, в відображено схему з передвключеною газовою турбіною, гази від якої скидають у котел нормальної конструкції. За рахунок надлиш­кового кисню, що міститься в цих газах, у тому самому котлі згорає додат­кове паливо. Утворену водяну пару використовують у паровій турбіні.

Термодинамічно ця схема нічим не відрізняється від схеми на рис. 4.24, б. Змінюється тільки послідовність процесів. У камері згорання передвключеної ГТУ спалюють паливо, що виділяє теплоту Q2-3. Далі відбувається процес розширення 3 — 4 у газовій турбіні, після чого від­працьовані гази при тиску, близькому до атмосферного, скидають у котел нормальної конструкції. У топці котла спалюють паливо, що виділяє теплоту Q4_i4, яка дорівнює теплоті Q3_16. Точка 14 (рис. 4.25) відповідає стану робочого тіла при теоретичній температурі горіння в топці котла. Охоло­дження продуктів згорання за котлом відбувається за ізобарним процесом 4 — 13 у водяному економайзері.

До палива в такій ПГУ не висувають спеціальних вимог.

Котел у схемі на рис. 4.24, в нічим не відрізняється від агрегатів нор — мальної конструкції, якщо не враховувати, що повітропідігрівник замі­нюють водяним економайзером, аналогічним водяному економайзерові установки з високонапорним парогенератором.

Схема на рис. 4.24, г є варіантом поєднання звичайної паросилової установки з ГТУ, коли останню виконують за напівзамкненою схемою. Тут не тільки цикл, але і послідовність виконаних у ньому процесів ціл­ком аналогічні схемі на рис. 4.24, в. Камери згорання ГТУ немає, і повіт­ря після компресора нагрівається тільки в поверхневому підігрівнику, розміщеному в газоході звичайного котла перед водяним економайзе­ром. У зв’язку з тим, що вся підведена теплота виділяється тільки в топ­ці котла, немає потреби в спеціальних видах палива, що відповідають вимогам ГТУ.

Якщо в топці котла нормальної конструкції, що працює за схемою з передвключеною ГТУ (рис. 4.24, в), не спалювати додаткове паливо, то вона перетвориться на утилізатор теплоти димових газів. Таку схему з утилізацією теплоти газів після ГТУ в паросиловій установці наведено нарис. 4.24, д.

У всіх розглянутих вище схемах (за винятком схеми на рис. 4.24, д) виробництво механічної енергії припадає в основному на парову частину циклу. Тому застосування комбінованих парогазових циклів з роздільни­ми контурами робочих тіл треба розглядати як метод поліпшення харак­теристик звичайних паросилових установок. Інші процеси виникають, якщо безпосередньо змішувати продукти згорання з пароводяним робо­чим тілом (рис. 4.26). У газопарових установках продукти згорання без­посередньо контактують з пароводяним робочим тілом. Майже в усіх

Випаровування в установках цього типу відбувається в потоці продук­тів згорання. Однак можна застосовувати схеми, що використовують га­зопарові суміші, де пара генерується в апаратах поверхневого типу (рис. 4.26, б). Утворення пари в поверхневих апаратах створює ряд спе — цифічнихумов як для видалення солей, так і для основних термодинаміч­них процесів. Тому такі установки слід називати, на відміну від попере­дніх, газопарові установки напівконтактного типу, скорочено ГПУ-НК.

На рис. 4.26, б наведено схему ГПУ-НК, у якій водяна пара, що надхо­дить у проточну частину турбіни, цілком генерується в котлі-утилізаторі. Останній працює при тиску, близькому до тиску в камері згорання.

Основні особливості установки ГПУ-НК: можливість повного знесо­лення пари, що надходить у газовий тракт, і зменшення теплових втрат. Якщо генерація пари відбувається тільки за рахунок теплоти турбіни, то ККД комбінованої установки наближається до ККД звичайної ГТУ в умовах надзвичайного підвищення тиску.

Значної переваги ця схема набуває в теплофікаційних установках, де пару з котла-утилізатора можна використовувати (залежно від графіка навантажень), щоб задовольнити теплові потреби або зняти піки електрич­ного навантаження. Однак кількість генерованої пари лімітовано можли­вістю скидної теплоти. Найчастіше співвідношення між витратою пари і газу (повітря) в установках типу ГПУ-НК знаходиться в межах 10-20 %.

Нарешті, схеми в і г на рис. 4.26 належать до комбінованих установок теплових насосів, у яких спільне застосування газового і парового циклів має на меті підвищити температурний рівень скидної теплоти і тим са­мим зробити можливим її корисне використання.

У димові труби звичайних котельних установок викидається до 18-40 % від хімічної енергії палива, включаючи теплоту водяної пари в продуктах згорання. Корисному використанню цієї теплоти перешкоджає малий тиск водяної пари в димових газах. Здебільшого утилізація тепло­ти конденсації цієї пари стає можливою, якщо підвищити загальний тиск димових газів.

Нарис. 4.26, в наведено схему окремої котельної установки, у якій мож­на охолодити продукти згорання до будь-якої низької температури. Ця схема дещо нагадує схему парогазової установки на рис. 4.26, а. Тут комп­ресор теж подає повітря в камеру згорання ВПГ. Але на відміну від зви­чайних парогазових установок температура димових газів за цим котлом може бути нижчою. Далі ці гази охолоджуються в «мокрому» водяному економайзері, де завдяки підвищеному тиску може сконденсуватися знач­на частина водяної пари, що утворилася під час згорання палива. Після відділення вологи в сепараторі осушені гази розширюються до атмосфер — ного тиску в турбіні, що в цьому разі виконує функції детандера. Для при­воду наддувного агрегату, крім детандера, слугує приводний двигун. Якщо потужність цього двигуна буде достатньою, то температура димових газів може виявитися навіть нижчою за температуру атмосферного повітря. От­же, цикл теплового насоса дозволяє не тільки цілком використовувати хі­мічну енергію палива, але й утилізувати деяку кількість фізичної теплоти атмосферного повітря, використовуваного для горіння. Реалізувати таку схему на газоподібному паливі не становитиме принципових труднощів.

Схему, наведену на рис. 4.26, г, можна застосувати на підприємствах, де є підведення газу і джерело низькопотенційної скидної теплоти. Малі масштаби установки — її переваги перед ТЕЦ. Ця схема має, крім звичай­них елементів компресійного теплового насоса, приводний поршневий газовий двигун з водогрійним котлом-утилізатором.

Завдяки тому, що температура споживаної води послідовно підвищу — ється в схемі теплового насоса і в системі утилізації теплоти після двигу — на, досягається ефект, недосяжний жодній іншій установці такого роду. Інколи ця установка може за сумарною економією палива в системі пере­вершити показники ТЕЦ. Витрата газу на одиницю відпущеної теплової енергії в обох розглянутих схемах теплового насоса значно нижча, ніж на ТЕЦ. Ця обставина може мати важливе значення для районів з обмеже­ними ресурсами енергопостачання.

Основною особливістю ГПУ є те, що вони можуть працювати тільки на рідкому і газоподібному паливі, зокрема і на продуктах газифікації твердого палива (тоді треба очистити продукти згорання від твердих аб­разивних домішок).

Це стосується ПГУ, що працюють за схемами а, б і д (рис. 4.24).

Водночас ПГУ, виконана за схемою г, може працювати на всіх видах палива, включаючи і тверде. Однак тоді необхідно застосовувати ефекти­вну золоочистку продуктів згорання для запобігання забрудненню повер — хонь газоповітряного теплообмінника 6. У ПГУ, виконаній за схемою в (рис. 4.24), паровий котел може працювати на всіх видах палива, а газова турбіна — на газовому і газоподібному, зокрема і на продуктах газифікації твердого палива з відповідною їх очисткою.

Комментарии запрещены.