Układ gazowo-parowy

Z Wikipedii

Układ gazowo-parowy jest połączeniem układu turbiny gazowej (spalinowej) i turbiny parowej. Spaliny za turbiną gazową mają stosunkowo wysoką temperaturę (500-700^oC). W prostym układzie turbiny gazowej są one wyrzucane do otoczenia, a ich entalpia o stsunkowo wysokiej wartości stanowi stratę wylotową. Natomiast w układzie gazowo-parowym spaliny te są wykorzystywane do wytworzenia pary w wytwornicy pary (kotle odzyskowym).

Układ taki ma, jak na silnik cieplny, bardzo wysoką sprawność, sięgającą blisko 60 %. Nie jest jednak rozpowszechniony ze względu na duże koszty inwestycyjne i konieczność wykorzystania drogiego ciekłego lub gazowego paliwa (pył zawarty w spalinach ze spalania węgla nie nadaje się do spalania w turbinie gazowej). Wysokie koszty inwestycyjne wynikają ze złożoności układu. Występują tu bowiem dwie turbiny (gazowa i parowa), dwa generatory elektryczne, kocioł odzyskowy i wiele urządzeń pomocniczych. W warunkach polskich istotne są wyżej wspomniane koszty paliwa. Paliwa ciekłe i gazowe pochodzą prawie w całości z importu, w przeciwieństwie do węgla. Pewne nadzieje na spopularyzowanie układów opalanych paliwem gazowym (m.in. układów gazowo-parowych) niosą technologie zgazowania węgla. Są one jednak, mimo wieloletnich badań, ciągle niewystarczająco niezawodne, przez co nie zostały jeszcze zastosowane w energetyce zawodowej.

Zasada działania: Powietrze sprężane jest w sprężarce (SP), w komorze spalania (KS) następuje wzrost temperatury czynnika poprzez spalenie paliwa, spaliny trafiają do turbiny (TG), w której są rozprężane. Rozprężaniu czynnika w turbinie towarzyszy generowanie mocy mechacznej odprowadzanej wałem do sprężarki i generatora elektrycznego. Po rozprężeniu przepływają przez wytwornicę pary (kocioł odzyskowy), a kosztem ich entalpii woda po stronie parowej ulega ogrzaniu i odparowaniu, a para zostaje przegrzana. Przepływ wody i parywywołany zostaje w wyniku pracy pompy wody zasilającej (P). Para przegrzana rozprężana jest w turbinie parowej (kondensacyjnej) (TP). Na wylocie z turbiny część pary jest wykroplona (para mokra). W skraplaczu (S) zostaje skroplona reszta pary.

Część strumienia pary rozprężanej w turbinie upuszczana jest z turbiny w upustach regeneracyjnych i kierowana do wymienników regeneracyjnych (W) podgrzewających wodę zasilającą. Podgrzew regeneracyjny wody zasilającej ma na celu podniesienie sprawności termicznej obiegu parowego.

W celu obniżenia strat egzergii i podniesienia sprawności egzergetycznej układu dzieli się nieraz stronę parową kotła ozdyskowego na dwie części (kocioł dwuciśnieniowy) a nawet na trzy części (kocioł trójciśnieniowy). Kocioł jest wtedy bardziej rozbudowany, ma dwa (trzy) podgrzewacze wody, parowniki i przegrzewacze pary, co jeszcze bardziej podnosi koszty inwestycyjne.

Innym zabiegiem podnoszącym sprawność układu gazowo-parowego może być zastosowanie chłodzenia międzystopniowego sprężanego powietrza bądź przegrzewu międzystopniowego rozprężanych spalin i pary wodnej. Jednak ingerencja w kontrukcję turbiny gazowej prowadzi do dalszego wzrostu kosztów inwestycyjnych, co ogranicza jej realizowanie.

Niektóre kraje Unii Europejskiej podjęły w ostatnich latach decyzje o zwiększeniu nakładów finansowych na rozwój układów gazowo-parowych mając w planach zastąpienie części elektrowni jądrowych elektrowniami gazowo-parowymi. Założenia takie mogą zostać zrealizowane tylko przez najbogatsze kraje.

Zobacz też: turbina