Пути повышения эффективности и безопасности парогазовых установок
Проблемная научно-исследовательская лаборатория Саратовского государственного технического университета в течение многих лет занималась разработкой многочисленных вопросов, касающихся создания новых недорогих эффективных ТЭС на органическом и ядерном топливах. Теоретической базой этих работ являются исследования по выбору термодинамических показательных циклов, имеющих при реальных условиях применения минимальные удельные расходы топлива и обеспечивающих максимальную выработку электрической и тепловой энергии. Для поиска формы показательного цикла использованы 1-й и 2-й законы термодинамики, системные исследования с применением эксергетических методов.
Показательный цикл необходим для технико-экономической оптимизации, так как он позволит выбрать самую рациональную тепловую схему теплоэнергетических установок различного назначения. Уровень основополагающих оптимальных критериев и характеристик оказывается одним и тем же, только при наилучшей оценке. Эквивалентными являются показательные циклы установок с паровыми, газовыми и парогазовыми турбинами, в том числе и ТЭС с органическими и ядерными топливами и нетрадиционными первичными энергоносителями. Формы показательных циклов устанавливаются под влиянием свойств рабочего тела, системных факторов и т. д. Технико-экономические решения разрабатываются и обосновываются на базе системного исследования, которое учитывает реальные условия эксплуатации проектируемых установок, их взаимные связи с энергопотребителями, а также воздействие на окружающую среду. Эти вопросы очень важны для оценки экономии значительных количеств топлива в теплоэнергетических системах.
Главное внимание исследований направлено при этом на определение экономичности малых и блочных ТЭС. Рассматриваются системы для комбинированного обеспечения тепловой энергией, которые делают возможным рациональное объединение больших районных ТЭС, находящихся в областных городах, и локальных малых ТЭС и других источников тепла. Исследованы эффективность малых ТЭС, газотурбинных и парогазовых установок, блочных ТЭС и бывших приводных двигателей списанных военных самолетов. Установлены возможные производственные состояния ПТУ.
В отдельных случаях достигнуто значительное возрастание электрического КПД (на 2…5 %) благодаря внутрицикловому возврату тепла в паровой и газовой частях. При параметрах све¬жего пара 160 бар и 813 К современные ПТУ обеспечивают электрический КПД нетто до 58 %. Аналогичный эффект имеет термодинамический возврат, если часть отходящих газов из газовой турбины, использовать в каталитической конверсии.
Исследования по ПТУ показали, что впрыск воды в сжатый компрессором воздух позволяет повысить электрический КПД на 2…3%.
Перспективны также ГТУ и ПТУ с двойным топливом, в которых воздух перед входом в камеру сгорания подогревается предварительно при угольном сжигании.
В университете разрабатывается целый комплекс технологий газификации, исследований процессов с различными твердыми топливами с целью сооружения парогазовых установок. При оптимальной организации всех процессов снижаются тепловые нагрузки газовой и паровой составляющих ПТУ и достигается экономия топлива 4…5 %.
Разработана также обобщенная система задач технической производственной безопасности комбинированных энергоустановок, систем, комплексов. Система задач выполняет общую оптимизацию на основе разложений. Затем обоснованы критерии безопасности энергоустановок комбинированных типов. Разработаны новые вероятностные критерии безопасности, которые учитывают структуру установок, необходимые резервы, режимные требования и реальные условия функционирования системы. Обосновано значение нормированных критериев безопасности для комбинированных многофункциональных энергоустановок.