P4250087

Rozdział IV

Obiegi parowo-gazowe

W turbinach gazowych TG można stosować wyższe temperatury górne obiegu niż w turbinach parowych. Obieg parowo-turbinowy TP cechuje natomiast znacznie niższa średnia dolna temperatura. Połączenie zalet obu typów siłowni stanowi bardzo atrakcyjną metodę realizacji obiegu termodynamicznego o wysokiej sprawności Obieg kombinowany gazowo-parowy GP złożony z zespołu spalinowego i bloku parowo-turbinowego ma wyższą średnią górną temperaturę niż oddzielny obieg parowy, zaś niższą średnią dolną temperaturę w porównaniu z oddzielnym obiegiem gazowo-turbinowym. Dzięki tym właściwościom obiegu kombinowanego GP, ma on wyższą sprawność od oddzielnego obiegu parowo-turbinowego.

Kojarzenie obu obiegów sprowadza się do wykorzystania ciepła odlotowego z turbiny gazowej jako źródła ciepła doprowadzanego do obiegu parowego. Proces spalania w komorze spalania turbiny gazowej zachodzi przy dużym nadmiarze powietrza, w związku z czym gazy spalinowe zawierają znaczną ilość wolnego tlenu, wynoszącą 16-17%. Mogą być one użyte jako gorące powietrze do spalania paliwa w kotle siłowni parowo-turbinowej.

Schematy obiegów kombinowanych gazowo-parowych bywają bardzo różnorodne, różne też są zasady ich systematyki. W najprostszej klasyfikacji układy te sprowadzamy do dwóch typów:

1.    turbina gazowa współpracująca z kotłem utylizacyjnym bez dopalania;

2.    turbina gazowa współpracująca z blokiem parowym posiadającym własne palenisko.

W pierwszym przypadku chodzi o wykorzystanie ciepła gazów odlotowych z turbiny gazowej do produkcji pary w kotle utylizacyjnym (rys. IV. 1). (W naszym piśmiennictwie spotyka się spolszczoną nazwę „kocioł odzysk-nicowy”. Ten potworek językowy powinien być karalny.)

Paliwo doprowadzane jest wyłącznie do komory spalania. Parę produkowaną w kotle utylizacyjnym wykorzystuje się w turbinie parowej, dzięki czemu moc efektywna obiegu kombinowanego jest, przy tej samej ilości doprowadzonego paliwa, większa niż w oddzielnej turbinie gazowej.

Rys. IV. 1. Układ gazów o-parowy z kotłem utylizacyjnym bez dopalania; KU — kocioł utylizacyjny, TG — turbina gazowa, TP — turbina parowa, Reg — układ regeneracji bloku parowego: n,, m, — strumień masowy gazu, pary; p₀. t_e, i₀ — parametry pary świeżej; i_w, — entalpia wody

zasilającej

W drugim przypadku wykorzystuje się nie tylko ciepło gazów odlotowych z turbiny gazowej, lecz również tlen w nich zawarty. Pozwala to na dodatkowe spalanie paliwa w kotle w ilości znacznie większej od ilości spalanej w komorze spalania turbiny gazowej. W układzie tym zasila się paliwem komorę spalania TG i palenisko kotła (rys. IV.2). Istnieją dwie możliwości poglądowego porównywania sprawności obiegu kombinowanego. Można ją odnieść albo do sprawności obiegu gazowego, albo do obiegu parowego. Najczęściej w literaturze spotyka się przedstawienie sprawności termicznej obiegu gazowo-parowego w odniesieniu do sprawności turbiny gazowej. Jest to szczególnie dogodne w przypadku obiegu z koltem utylizacyjnym bez dopalania. Obliczenia opiera się na bilansie strumieni ciepła i bilansie mocy w obiegu kombinowanym.

Rys. !V.2. Obieg parowo-gazowy z doprowadzeniem paliwa w kotle i w komorze spalania; KP — kocioł parowy, KS - komora spalania, Q\_r, Q\, — strumień ciepła w paliwie doprowadzony do komory spalania, do kotła; m,. m, — strumień gazu, pary