Что такое парогазотурбинная установка?
Парогазотурбинная установка (ПГУ) представляет собой современную теплосиловую систему, которая в одном технологическом цикле комбинирует два разных рабочих тела — горячие газы, образующиеся при сжигании топлива, и водяной пар. Такое сочетание позволяет значительно повысить общую эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую.
Устройство и основные компоненты
В типовую конструкцию ПГУ входят несколько ключевых агрегатов: газовая турбина, высоконапорный парогенератор, паровая турбина, электрический генератор и компрессор. Газовая турбина работает на продуктах сгорания топлива, а паровая — на перегретом паре, что и даёт установке её название.
История создания и развитие
Первая в мире парогазотурбинная установка была создана в 1932 году. Её основой стал высоконапорный парогенератор «Велокс», разработанный швейцарской компанией «Боун, Бовери унд компани». В этой схеме газовая турбина, использующая энергию отходящих газов из парогенератора, приводила в действие дутьевой турбокомпрессор. Это решение улучшало теплообмен и создавало в топке давление 200–300 кН/м² (2–3 кгс/см²). Установки типа «Велокс» получили широкое распространение по всему миру, включая Россию.
Современные типы и схемы ПГУ
Сегодня существует несколько конструктивных решений парогазотурбинных установок, различающихся по мощности и принципу взаимодействия циклов. Можно выделить два основных типа:
- Раздельные (бинарные) схемы: Газы и пар циркулируют в независимых контурах и вращают отдельные газовые и паровые турбины.
- Контактные (смесительные) схемы: Пар и газы смешиваются в единый поток, который затем направляется на лопатки одной комбинированной турбины.
В России, наряду с маломощными парогенераторами «Велокс», были созданы и более производительные высоконапорные парогазогенераторы. В них продукты сгорания топлива поступают в газовую турбину, а выработанный пар — в паровую. Газовая турбина в такой схеме обычно приводит в движение воздушный компрессор и электрический генератор.
Экономическая и энергетическая эффективность
Главное преимущество ПГУ — существенная экономия ресурсов. Совместное использование газового и парового циклов позволяет снизить удельный расход тепла примерно на 7% по сравнению с традиционной паротурбинной установкой аналогичной мощности. Кроме того, капитальные затраты на строительство таких станций могут быть меньше на 10–12%.
Примеры применения и перспективные разработки
Первый в России крупный энергоблок по комбинированной схеме с высоконапорным парогенератором и газотурбинной установкой был введён в эксплуатацию в 1972 году на Невинномысской ГРЭС. Его характеристики были впечатляющими: общая мощность блока — 200 МВт, давление в топке — 650 кН/м² (6.5 кгс/см²). При этом мощность газотурбинной части составляла 43 МВт, а паротурбинной — 160 МВт. Подобные высокомощные установки сегодня активно используются на крупных электростанциях как в России, так и за рубежом.
В Германии и США получили развитие и другие тепловые схемы. Например, отходящие газы из газотурбинной установки не выбрасываются в атмосферу, а направляются в топку парового котла, повышая там температуру и улучшая процесс горения. Также эти горячие газы могут использоваться для предварительного подогрева питательной воды в теплообменнике парового контура, что дополнительно повышает общий КПД станции.