ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Пар, газ и пламя
Недавно в нашей стране произошло событие, которое мало кто заметил, кроме энергетиков: на столичной ТЭЦ-28 заработал новый комбинированный агрегат для получения тепла и электричества. Вот что рассказал по этому поводу директор ТЭЦ Сергей Илларионович ПИЩИКОВ.
Про кочегаров на паровозах и пароходах не случайно говорили, что «они отапливают атмосферу». Это действительно так. Топливо, горящее в топке, обогревало паровой котел или трубки паронагревателя, а затем дымовые газы прямым ходом улетали в трубу, обогревая (и загрязняя) окружающий воздух. А нагретый пар устремлялся в цилиндры паровой машины, толкал их во время рабочего хода и опять-таки вырывался затем в атмосферу. В итоге коэффициент полезного действия того же паровоза не превышал 3–4 %.
Дело пошло лучше, когда паровую машину заменили паровой турбиной. Здесь уже пар толкал не один-два поршня, а вращал многочисленные лопатки, и КПД в некоторых случаях повысился до 25–30 %. Но инженеры и этим были недовольны. Ведь при работе турбинной установки пар, пройдя через лопатки, опять-таки безвозвратно уносился в атмосферу. К тому же при этом терялось большое количество пресной воды.
Суть дела не так уж сильно изменилась, когда вместо чисто паровых турбин энергетики стали использовать газовые, весьма похожие по принципу своего действия на турбореактивные двигатели, используемые в авиации. Там поток воздуха загоняется вентилятором в камеру сгорания. При впрыске топлива происходит взрыв топливно-воздушной смеси, и горячие газы устремляются в сопло, по пути раскручивая газовую турбину, сидящую на одном валу с вентилятором.
При многих своих достоинствах такие силовые установки обладают одним существенным недостатком. Авиаторам прежде всего нужны двигатели легкие и мощные, а энергетикам подавай еще и экономичные.
И вот для экономии воды на Научно-производственном предприятии «Машпроект» была разработана оригинальная технология «Водолей». Суть ее вот в чем. В засасываемом в рабочий тракт турбины воздухе обязательно есть и примесь воды. Раньше она превращалась в пар и уносилась прочь вместе с выхлопными газами. Теперь же выходящие газы попадают в теплообменник котла-утилизатора, где не только подогревается вода для основного котла, но и собирается выделяющийся конденсат для повторного использования.
В конденсаторе, установленном на выхлопном патрубке котла-утилизатора, происходит охлаждение выхлопных газов до температуры ниже точки росы водяного пара и сбор конденсата. Собранная вода поступает в бак-накопитель, очищается от примесей и снова попадается в котел-утилизатор.
Таким образом удалось не только повысить КПД установки почти до 40 %, но и сэкономить немалое количество чистой пресной воды, которая во многих регионах страны уже сама по себе становится драгоценностью.
Следующий шаг — повторное использование не только воды, но и тепла. Наши конструкторы разработали комбинированные парогазотурбинные установки, которые вырабатывают электроэнергию с наибольшей эффективностью.
Дело в том, что в данном случае тепло выхлопных газов, выходящих из турбины, не выбрасывается напрямую в атмосферу, как это было ранее, а подается, как уже говорилось, в теплообменник котла-утилизатора. Там это тепло нагревает сэкономленную воду до состояния пара. Пар вращает еще одну турбину, а та — свой собственный электрогенератор. Таким образом, в одном цикле используются две турбины и два генератора, что позволяет повысить суммарный КПД примерно до 45–52 %. Кроме того, пар, отработав свое и превратившись в горячую воду, дополнительно еще используется для поставки тепла в квартиры, теплицы, производственные помещения.
Именно такую парогазовую установку и начали испытывать на ТЭЦ-28. И казалось бы, энергетики должны быть всем довольны. Но аппетит, как говорится, приходит во время еды. Новую установку спроектировали и построили на московской фирме «Салют». А это предприятие, как известно специалистам, в первую очередь занимается проблемами авиационных турбин.
А в авиации сейчас, похоже, намечается новый прорыв. На смену ставшим уже традиционными турбореактивным установкам должны прийти двигатели нового поколения. Специалисты называют их детонационными.