9.1. Цикл ПГУ с котлом-утилизатором

Простейшим из циклов ПГУ является цикл с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ). Схема и цикл в T,s- диаграмме ПГУ с КУ представлены на рис. 9.3 и 9.4.

Газы, выходящие из газовой турбины ГТУ, поступают в котел-утилизатор ПТУ, где за счет их изобарного охлаждения нагревается вода и получается пар для паровой турбины. В КУ нет сжигания топлива, топливо сжигается только в камере сгорания ГТУ.

Соотношение газов, выходящих из ГТУ (G), и водяного пара в ПТУ (D) в данной схеме находится в строгом соответствии, определяемым тепловым балансом котла-утилизатора

(9.1)

В выражении 9.1 повышение энтальпии в насосе ПТУ не учитывается.

Для расчета таких схем в удельных величинах вводится удельный расход газов ГТУ на 1 кг водяного пара ПТУ

(9.2)

Цикл ПГУ с КУ в T,s- диаграмме строится в соответствии с величиной d_Г, т.е. для 1 кг водяного рабочего тела и d_Г кг газового рабочего тела (рис.9.4). При этом размерность удельной энтропии данной диаграммы будет в кДж/(кг_пара^.К).

Удельная теплота, подведенная к рабочему телу, в ПГУ с КУ соответствует процессу 23 и рассчитывается как

(9.3)

Удельная теплота, отведенная от рабочих тел, в данном цикле соответствует процессам: 51 (для газа) и вс (для водяного пара). Она рассчитывается как сумма

(9.4)

Удельная работа газового цикла определяется как

(9.5)

Удельная работа парового цикла (без учета работы насоса) определяется как

(9.6)

Удельная работа цикла ПГУ определяется как сумма работ ГТУ и ПТУ

(9.7)

Внутренний абсолютный КПД ПГУ с КУ определяется обычным образом

(9.8)

КПД ПГУ с КУ может достигать 55 %. Основным недостатком данной схемы является ограничение температуры пара на входе в паровую турбину (Т_О) температурой уходящих газов ГТУ (Т₄). В связи с этим температура t_О не превышает 450 °С.

Особенностью ПГУ с КУ является нецелесообразность регенерации, как в газовом, так и в паровом контурах. Регенерация в газовом контуре приведет к снижению температуры t_О в паровом контуре, а регенерация в паровом контуре приведет к повышению температуры уходящих газов ПГУ Т₅. Оба эти фактора вызовут снижение КПД ПГУ с КУ.

Второй особенностью ПГУ с КУ является отличие оптимальной степени повышения давления воздуха в компрессоре (ν_оптПГУ) от ν_опт простого цикла ГТУ. Величина ν_оптПГУ>ν_опт, а нахождение ее численного значения требует оптимизационных расчетов с учетом практически всех параметров ПГУ.