7.4. Соотношения между параметрами газового и парового циклов

Критерием, определяющим целесообразность утилизации теплоты отходящих газов, является термический КПД Для определения термического КПД рассмотрим термодинамический цикл, состоящий из двух циклов – пароводяного и газового (рис. 62).

Рис. 62. Цикл ПГУ полного горения

Термический КПД парогазовой установки с котлом-утилизатором вычислим по формуле

, (126)

где  работа и полезно используемая теплота 1 кг продуктов сгорания соответственно в газовом и паров цикле; q₁– теплота, подведенная к 1 кг рабочего тела в ГТУ, которая определяется выражением (102): .Термический КПД цикла самой ГТУ определяется выражением (101): .

Подогрев питательной воды в экономайзере котла-утилизатора (процесс 5-6), парообразование 6-7, и перегрев пара 7-8 осуществляются за счет охлаждения продуктов сгорания ГТУ в процессе 4-1. В этом случае теплота 1 кг продуктов сгорания ГТУ, полезно используемая в паровом цикле, равна

, (127)

где T₁₀ – температура продуктов сгорания на выходе из котла утилизатора; η_пт – термический КПД паротурбинной установки. КПД парового цикла определяется параметрами пара в котле-утилизаторе, которые в свою очередь зависят от параметров ГТУ и давления отработанного пара в конденсаторе паровой турбины. При невысоком давлении парового цикла можно записать:

, (128)

где i₈, i₉ – удельная энтальпия пара соответственно на выходе из котла-утилизатора и в конденсаторе паровой турбины, i₅ – удельная энтальпия конденсата на линии насыщения.

Температура Т₁₀ может быть определена из уравнения теплового баланса составленного для водяного экономайзера котла-утилизатора

, (129)

где G – массовый расход продуктов сгорания; T₆ – температура продуктов сгорания перед экономайзером; i₆ – удельная энтальпия воды на выходе из экономайзера. Преобразуя, получим:

, (130)

где d – относительный расход пара на единицу рабочего тела в газотурбинном цикле. В идеальном цикле (при бесконечно большой поверхности испарителя) температура газа на выходе из испарителя равна температуре кипящей воды (температуре насыщения) Т₆ = Т_s , тогда

. (131)

Выразим относительный расход пара через его параметры. Для этого используем уравнение теплового баланса для пароперегревателя и испарителя котла-утилизатора

, (132)

где i₆  удельная энтальпия воды на линии насыщения в котле-утилизаторе. Вычислим из последнего уравнения значение и подставим в выражение (131) для определения температуры газов на выходе из котла-утилизатора:

. (133)

Количество теплоты, полезно используемое в паровом цикле, составит:

=

(134)

где K=  коэффициент, учитывающий соотношение полезно полученной работы и теплоты, подведенной в испарителе и пароперегревателе котла-утилизатора. Термический КПД паровой части цикла определится следующим выражением:

, (135)

где  степень сжатия в компрессоре; отношение температур в адиабатном процессе связано со степенью сжатия следующим соотношением: ;  коэффициент соотношения температуры насыщения и температуры газов перед турбиной;  коэффициент соотношения начальной температуры и температуры газов перед турбиной.