Принцип действия и особенности бинарных ПГУ

Эти недостатки устраняются в бинарных парогазовых установках (БПГУ), в которых реализуется органический цикл Ренкина (отличается от цикла Карно тем, что подвод теплоты к рабочему телу производится при постоянном давлении Р = const и возрастающей температуре).

В отличие от установок, работающих по "прямому" парогазовому циклу, бинарные ПТУ (БПГУ ) имеют в своем составе второй замкнутый контур, где в качестве рабочего тела используются органические жидкости с низкой температурой кипения – изобутан, н-бутан, пентан и др. хладоносители, разрешенные к использованию (рис. 7.1).

В качестве теплоносителя для подогрева рабочего тела может использоваться и вода с температурой 105 °С, что позволяет обеспечивать работу бинарных парогазовых установок (БПГУ) в составе систем газотурбинных КС, не прибегая к сооружению отдельного контура горячей воды или пара.

За рубежом первые бинарные установки начали эксплуатироваться около 40 лет назад.

Рисунок 7.1 – Технологическая схема бинарной парогазовой установки:

1 – воздушный компрессор; 2 – газовая турбина; 3 – нагнетатель; 4 – регенератор; 5 – котел – утилизатор; 6, 7 – подогреватель – испаритель; 8 – турбина; 9 – генератор; 10 – воздушный конденсатор; 11 – вентилятор; 12 – питательный насос; А – газ из газопровода; В – газ в газопровод; С – воздух; D – вода; Е – горячая вода в систему теплоснабжения КС; F – выхлопные газы

Наиболее передовые позиции в разработке и производстве таких установок занимает Израильская компания "ОРМАТ", которая изготовила и поставила в различные страны > 3000 бинарных парогазовых установок мощностью 0,2…30 МВт, по данным на 2000 г.

В России была только создана опытная бинарная установка на Каясулинском геотермальном полигоне в Ставропольском крае. Однако, широкого применения в нашей стране БПГУ не получили.

В развитие данного направления, по заданию Управления энергетики ОАО "Газпром" проектно – конструкторская фирма "Модуль" (г. Санкт – Петербург) выполнила предварительные проработки по созданию для применения в газовой промышленности блочно – модульных БПГУ.

Были выполнены расчеты, показавшие, что стоимость электроэнергии, выработанной на бинарной парогазовой установке в условиях компрессорных станций МГ, составляет около 2,5 коп/(КВт·ч) в ценах 2000 г., что в 20 раз меньше тарифа, установленного в то время энергосистемой. По расчетам, срок окупаемости БПГУ составил 5 лет.

Расчеты также показали, что за счет теплоты выхлопных газов бинарной парогазовой установкой, технологическая схема которой представлена на рис. 7.1, может быть выработано дополнительно около 10 % чистой электрической энергии. Так, за счет теплоты выхлопных газов ГТУ мощностью 16 МВт во вторичном контуре вырабатывается 1,5 МВт электрической энергии (или механической энергии в виде крутящего момента на валу паровой турбины). При мощности ГТУ 25 МВт прирост мощности БПГУ может достигать 2 – 2,5 МВт.

Горячая вода из утилизатора тепла (котла-утилизатора) 5 с температурой 105 °С подается в подогреватель испаритель 6, 7, в котором нагревается и испаряет низкокипящее рабочее тело. Образовавшийся пар поступает в паровую турбину 8, служащую приводом генератора 9. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор 10 с воздушным охлаждением 11. Конденсат стекает в ресиверы, откуда откачивается насосом 12 и подается в подогреватель – испаритель. Цикл замыкается. Горячая вода из подогревателя-испарителя может направляться в систему теплоснабжения.

В качестве низкокипящего рабочего тела рекомендуется использовать насыщенный изобутан, который позволяет получать наибольшую мощность при минимальных затратах и невысоких температурах цикла. Изобутан имеет низкую нормальную температуру кипения t_нп = -11,7 °С (температура насыщенного пара при нормальном физическом давлении 760 мм рт. ст., или 1,013·10⁵ Па). При давлении Р_нп = 0,9 МПа, например, температура кипения t_нп = 27 °С. Критическая температура изобутана t_кр = 135 °С.

Дата добавления: 2015-07-14