C  мини-ГТУ-ТЭЦ  на  базе  малогабаритного  цилиндрического  пароводогрейного  котла  и  турбокомпрессора  в  ХХI  век.  (2)

   С целью исключения затрат электроэнергии на компремирование воздуха для преодоления гидравлического сопротивления газовоздушного тракта используется турбокомпрессор, работающий на продуктах сгорания МЦПВК при давлении в тракте 2,5– 3,0 атм. В качестве такового используется турбокомпрессор, применяемый, например, для наддува дизельных двигателей (его конструкция хорошо отработана отечественной промышленностью). В частности, в реализованном образце МЦПВК тепловой мощностью 2,5 МВт работает турбокомпрессор типа ТК-18 производства Пензенского СКБТурбонагнетателей с номинальным расходом воздуха ~ 1кг/с и степенью сжатия – 2,5. Часть газовоздушного тракта от выхода из компрессора до входа в турбину (участок 2–4) находится под полным давлением наддува. Это т.н. часть высокого давления (ЧВД). За турбиной (участок 5–6) в части низкого давления (ЧНД) газовоздушный тракт находится под давлением, близким к атмосферному.
   Требования к котельной стали и качеству питательной воды для МЦПВК такие же, как и для обычных прямоточных котлов. При желании упростить систему водоподготовки в случае получения влажного пара достаточно предварительного умягчения питательной воды.
   Единичная тепловая мощность МЦПВК оптимальна (по конструктивным соображениям) в интервале 0,5–5,0 МВт при давлении пара (в парогенерирующем режиме) от 0,5 до 18 МПа и паропроизводительности от 1,0 до 10 т/ч. Работать МЦПВК может на природном и попутном газе, дизельном и других видах «благородного» топлива.
   Турбина турбокомпрессора, используемого для наддува камеры сгорания, может при соответствующем подборе ее характеристик выдавать избыточную мощность, которая при подключении на вал турбокомпрессора газотурбоэлектрогенератора (ГТГ) обеспечит получение электроэнергии. Таким образом, если пар МЦПВК направлять в паровую турбину и частично отдавать потребителю в виде тепла, то потребитель может получить электроэнергию как от паротурбоэлектрогенератора (ПТГ), так от ГТГ и еще тепло от парового котла. В этом состоит сущность мини ГТУ-ТЭЦ. В случае работы МЦПВК в водогрейном режиме потребитель получает горячую воду от котла и электроэнергию от ГТГ. На рис.2 показана совмещенная условная температурно (T) – энтропийная (S) диаграмма газотурбинного (1-2-3-4-5-6) и паротурбинного (a-b-c-d-a) циклов такой установки. Т-S диаграмма имеет некоторое принципиальное отличие от T-S диаграммы традиционной бинарной парогазовой установки, поскольку допустимая температура продуктов сгорания перед лопатками газовой турбины ТК достигается не путем увеличения коэффициента избытка воздуха до уровня a » 3–5, что ведет к снижению КПД установки, или впрыска воды в продукты сгорания перед турбиной, что требует дополнительных затрат, а за счет предварительного снятия тепла на участке ЧВД (участок 3–4, см. рис.1, 2) на нагрев теплоносителя. Это позволяет более эффективно распорядиться высокой температурой продуктов сгорания на участке между камерой сгорания и турбиной и соблюсти одно из важных условий экономичной работы парогазовой установки, минимизируя a до значения 1,1–1,3 и, соответственно, в несколько раз снижая теплопотери с уходящими газами.
  

   Ориентировочные оценки для установки тепловой мощностью 2,5 МВт с преимущественной выработкой тепла показывают, что при температуре продуктов сгорания перед турбиной Т4 = 950 К и КПД турбокомпрессора hтк = 0,58 требуемая мощность компрессора составляет 120 кВт, а развиваемая мощность газовой турбины составляет 160 кВт. Тем самым, можно получить в итоге за счет турбокомпрессора порядка 40 кВт электрической мощности.
   Сопоставим для сравнения показатели рассматриваемой мини ГТУ-ТЭЦ с выпускаемой в России передвижной электростанцией «Урал-2500», созданной на базе ГТУ-2,5 П «Авиадвигатель» производства «Пермский моторный завод». Коэффициент использования тепла топлива (КИТТ), определяемый как отношение суммарного количества производимых электрической и тепловой энергии к затраченному теплу, (аналог КПД установки) составляет по заводским данным 77 %. Коэффициент избытка воздуха a » 4, температура уходящих газов 110°С. В рассматриваемой мини ГТУ-ТЭЦ на базе МЦПВК при a » 1,1–1,3 и сравнимых температурных условиях значение КИТТ достигает величины 92 %.
  

   При сопоставлении рис.1 и рис.2 видно, что термодинамический цикл газотурбинной установки 1-2-3-4-5-6 (рис.2) полностью реализован в конструкции МЦПВК с турбокомпрессором (рис.1) наряду с парогенерирующей частью b-c (рис.2) паротурбинного цикла.

   Окончание следует.

  К.А. ЯКИМОВИЧ, Ю.К. ЯКИМОВИЧ