ВПГ — вид топлива для газотурбинных установок¶
ВПГ (водяной парогаз) — энергетический цикл и соответствующее ему топливо, в котором рабочим телом служит смесь водяного пара и продуктов сгорания (газов), а не чистый воздух. ВПГ относится к классу парогазовых циклов (ПГЦ) и применяется прежде всего в теплоэнергетике на основе газотурбинных установок (ГТУ) с рекуперацией тепла и парогенератором. Ключевая особенность ВПГ — замена части воздуха водяным паром, что повышает теплоёмкость рабочего тела и, при прочих равных, позволяет увеличить КПД энергоблока.
¶Принцип работы
В классическом газотурбинном цикле рабочим телом является воздух, который сжимается компрессором, нагревается в камере сгорания и расширяется в турбине. В цикле с ВПГ часть воздуха заменяется водяным паром, который подаётся в камеру сгорания либо непосредственно, либо смешивается с продуктами сгорания перед турбиной. Пар образуется в парогенераторе, который питается теплом уходящих газов турбины (рекуперация), а также водой, подаваемой в камеру сгорания или в отдельный парогенератор.
Такая схема позволяет:
- снизить температуру газов перед турбиной за счёт испарения воды и тем самым уменьшить потери на излучение и химический диссоциацию;
- увеличить массовый расход рабочего тела и, следовательно, мощность турбины при тех же габаритах;
- повысить КПД цикла за счёт более полного использования тепла продуктов сгорания.
Теоретический КПД парогазового цикла с ВПГ может превышать КПД простого газотурбинного цикла на несколько процентных пунктов, однако реальный выигрыш зависит от схемы, степени рекуперации и качества оборудования.
¶Классификация
По способу подачи пара различают:
- ВПГ с внутренним испарением — вода впрыскивается непосредственно в камеру сгорания или в поток газов перед турбиной;
- ВПГ с внешним парогенератором — пар получается в отдельном теплообменнике, питаемом уходящими газами.
По назначению ВПГ-циклы делят на:
- энергетические — для выработки электроэнергии на ТЭС;
- прочие применения — например, в газоперекачивающих агрегатах и теплонасосных системах.
¶Применение в России
Разработка парогазовых циклов с водяным паром велась в СССР и продолжается в России. Наиболее известна работа московского энергетического института (МЭИ) и ряда конструкторских бюро, где изучались схемы с ВПГ для ГТУ большой мощности. В отечественной литературе по теплотехнике ВПГ рассматривается как один из путей повышения экономичности газотурбинных энергоблоков, особенно при использовании водосодержащего топлива (например, при сжигании бурых углей в газогенераторах).
В мировой практике аналогичные циклы известны под названием HAT (Humid Air Turbine — «турбина с увлажнённым воздухом») и CHT (Combined Humidified Turbine). Основные исследовательские программы по HAT-циклам развивались в 1980–1990-х годах в США, Японии и Европе. В России работы по ВПГ велись в рамках программ повышения КПД ГТУ и использования нетрадиционных рабочих тел.
¶Достоинства и ограничения
К достоинствам ВПГ относят:
- более высокий КПД по сравнению с простым ГТУ-циклом;
- снижение выбросов оксидов азота (NOx) за счёт более низкой температуры горения;
- возможность применения водосодержащего топлива без существенной перестройки оборудования.
К ограничениям относят:
- сложность и стоимость парогенератора и системы водоподготовки;
- необходимость утилизации конденсата и борьбы с коррозией;
- чувствительность цикла к качеству воды и топлива.
¶См. также
- Газотурбинная установка
- Парогазовый цикл
- Рекуперация тепла
- HAT-цикл
¶Источники
- Теплоэнергетика: учебник / под ред. В. А. Перельмутера. — М.: Издательский дом МЭИ.
- Газотурбинные установки тепловых электростанций / под ред. В. В. Ковалёва. — М.: Энергоатомиздат.
- Сборник статей по парогазовым циклам с водяным паром. — М.: Наука.