Теоретические основы. Выявление влияния параметров газовой части ПГУ на тепловую эффективность парогазовой установки рассмотрим на примере простейшего цикла (рис

Выявление влияния параметров газовой части ПГУ на тепловую эффективность парогазовой установки рассмотрим на примере простейшего цикла (рис. 1), по которому работают установки с высоконапорными парогенераторами и со сбросом газа в паровые котлы.

Внутренний КПД такого цикла будет равен

, (2.1)

где q_ух – потери тепла с уходящими газами, кДж/кг;

q_к – потери тепла при конденсации 1 кг пара, кДж/кг;

l_г – полезная работа газовой части, кДж/кг;

q_п – количество тепла, подводимого к воде и водяному пару, кДж/кг;

d – относительный расход пара, приходящийся на 1 кг рабочего тела газовой части ПГУ, кг/кг.

а) б)

Рис. 1. Принципиальные тепловые схемы и термодинамические циклы ПГУ:

а – ПГУ с высоконапорным парогенератором; б – ПГУ со сбросом газа в котел

Потери тепла с уходящими газами установки не зависят от давления и температуры газов на входе в газовую турбину. Также не зависят от параметров газовой части потери тепла в конденсаторе и количество тепла, подводимого к воде и водяному пару. Следовательно, максимум КПД парогазового цикла будет достигаться при наибольшей полезной работе газовой части. Это позволит определить оптимальную степень повышения давления воздуха в компрессоре по максимуму полезной работы газовой части цикла.

Полезная работа 1 кг газа, выраженная через температуру в характерных точках газовой части цикла, определится, кДж/кг

, (2.2)

где – изобарная теплоемкость воздуха, определенная для средней температуры газовой части Т_ср=0,5(Т₁+Т₃), кДж/(кг К), по формуле (1.20).

– внутренний КПД газовой турбины;

– внутренний КПД компрессора.

Введем следующие обозначения:

– степень повышения давления воздуха;

– отношение предельных значений температуры газовой части цикла;

;

k_в – показатель адиабаты воздуха при средней температуре процесса.

Из соотношений параметров адиабатных процессов сжатия и расширения имеем, К

; (2.3)

. (2.4)

Следовательно, получим

. (2.5)

Взяв первую производную от уравнения (2.5) по p и приравняв ее нулю, получим выражение для оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре при неизменных прочих параметрах

. (2.6)

Оптимальная степень повышения давления, при которой получается максимальный КПД чисто газотурбинной установки, выполненной по простейшей схеме, определяется по формуле

, (2.7)

где – максимальное значение внутреннего КПД газотурбинной установки.

При сравнении формул (2.6) и (2.7) видно, что оптимальная степень повышения давления воздуха в парогазовых установках будет значительно меньше, чем в чисто газовых по причине использования тепла выхлопных газов газовой турбины в паровой части установки.

При известных внутренних КПД газовой и паровой ступеней внутренний КПД ПГУ определится

. (2.8)

Для внутреннего КПД газовой ступени можно написать равенство:

. (2.9)

Для внутреннего КПД паровой ступени можно написать равенство:

, (2.10)

где – термический КПД парового цикла;

– внутренний КПД паровой турбины.

Для парового цикла значение КПД паротурбинной установки вычисляется по формуле

, (2.11)

где h_п, h_к, h_{п. в} – энтальпия пара, конденсата и питательной воды соответственно, кДж/кг.