У структурі паливного балансу енергосистем багатьох регіонів основна частка в даний час припадає на природний газ.
Зараз газоподібне паливо дорожче твердого в середньому на 25 … 30% (в перерахунку на умовне), але в деяких регіонах Росії відмінність у вартості значно більше. У зв’язку з цим одним з пріоритетних напрямків розвитку енергетики є створення в перспективі високоекономічних теплоенергетичних установок з частковою або повною заміною газоподібного палива твердим, зокрема, парогазових установок.
Безпосереднє використання твердого палива в ПГУ пов’язано з проблемою його спалювання в камері згоряння (КС) ГТУ і наступним очищенням продуктів згоряння від твердих частинок. Незважаючи на те, що в ряді країн (США, Німеччини та ін.) Досягнуто певних успіхів у цьому напрямку, сподіватися на широке застосування таких ГТУ найближчим часом не доводиться. З принципово можливих технологій використання твердого палива в ПГУ до стадії дослідно-промислової перевірки на пілотних зразках наведені дві: з попередньої газифікацією вугілля і подальшим спалюванням газу в камері згоряння ГТУ; з спалюванням вугілля в топці з киплячим шаром високонапірного парогенератора, який одночасно є і камерою згоряння. Такі ПГУ мають громіздкі схеми, їх вартості порівняно високі, а ККД не перевищують 40 … 45%. При удосконаленні обладнання фірми виробники обіцяють збільшення ККД до 45%. Широко відомі ПГУ зі скиданням відпрацьованих в турбіні газів в топку низьконапірного парогенератора, що використовує тверде паливо, реалізують частково бінарні цикли, і тому мають відносно низький ККД (до 45%).
Більш високі ККД (до 55 … 60%) досягаються в повністю бінарних циклах з температурою t3 перед турбіною 1 200 … 1 460 ° С. Тут можлива часткова або навіть повна заміна газоподібного палива твердим в процесі підведення теплоти до термодинамічної циклу (в його газовій частині). Одна з раціональних схем таких двопаливного бінарних ПГУ має комбінований гарячий джерело – послідовно з’єднані повітряний котел (ВК), який використовує тверде паливо, і камеру згоряння. Стиснутий в компресорі повітря спочатку нагрівається в повітряному котлі (воздухонагревателе) за рахунок спалювання вугілля, а потім надходить в камеру згоряння ,. де додатково спалюється газ. Спалювання вугілля і очищення димових газів виробляються при атмосферному тиску (як в традиційних котлах). Створення пиловугільних ГТУ в США, Німеччині, Франції, Великобританії здійснюється в рамках державних програм. Великий комплекс робіт в цьому напрямку ведеться і в Росії.
У повітряних котлах з керамічними поверхнями нагріву повітря підігрівається до 1000 … 1200 “З, що при повному навантаженні ПГУ забезпечує частку твердого палива в підводі теплоти до 50 … 60% при температурі газу перед турбіною 1500 … 1600 ° С. Вартість повітряного котла при цьому може скласти 20 … 30% вартості всієї ПГУ.
При зниженні навантаження можлива повна заміна природного газу твердим паливом, Робочим тілом газової ступені в цьому випадку буде чисте повітря.
Наявність двох видів палива та комбінованого гарячого джерела накладає особливості на вибір раціональних схем і найвигідніших параметрів парогазових установок. Розроблено методики термодинамічного аналізу та техніко-економічної оптимізації двопаливного бінарних ПГУ, запропоновані додаткові показники, що відображають величину економії газоподібного палива, її взаємозв’язок з термодинамічними параметрами циклу і масогабаритними характеристиками повітряного котла.
Проведена схемно-параметрична оптимізація ПГУ з урахуванням реальних характеристик твердопаливних повітряних котлів показала істотна відмінність оптимальних параметрів (особливо газової ступені і відносної витрати пара) від розмірів повітряного котла і рівня потужності установки в порівнянні з однотоплівнимі варіантами.
При сучасному рівні цін на вугілля і природний газ, а також на теплообмінне обладнання оптимальні ступеня підвищення тиску складають 4 … 6, оптимальний відносний витрата пара – 0,22 … 0,24, оптимальна температура підігріву в повітряному котлі стисненого повітря 650 … 800 ° С.
Ставлення витрати газу до витрати твердого палива при оптимальних параметрах знаходиться в межах 0,30 … 0,75. При відсутності повітряного котла (класична схема) оптимальні. ступеня підвищення тиску в компресорі і відносний витрата становлять 8 … 15 і 0,12 … 0.15.
Отримані результати вказують на необхідність проведення комплексних оптимізаційних досліджень двопаливного ПГУ з урахуванням системних факторів.
За матеріалами конференції UKR-POWER
А.Б.Дубінін, А.М.Чертиков, Р.А.Дубінін, С.П.Нікітін Саратовський державний технічний університет,
ВАТ «Сургутнафтогаз»
