Combined-cycle plants operating on natural gas are today one of the most efficient and environmentally friendly energy systems. High energy efficiency and low specific emissions are achieved primarily due to the high average integral temperature of heat supply in the Brayton-Rankine cycle. In this case, the main sources of energy losses are heat losses in the condenser of a steam turbine unit and heat losses with the exhaust gases of the waste heat boiler. This work is devoted to the thermodynamic analysis of the transition from traditional binary cycles to trinary ones, in which, in addition to the gas and steam-water circuits, there is an additional circuit using a low-boiling coolant. Based on the results of the thermodynamic optimization of the structure and parameters of thermal circuits, it was established that the use of an organic Rankine cycle with R236ea freon to utilize the low-grade heat of exhaust gases of a power plant operating with a gas turbine GTE-160 allows achieving a net electrical efficiency of 51.3%, which is higher the efficiency of single-circuit CCGT units with similar initial parameters is by 2.2% and double-circuit CCGT units by 0.5%. The increased level of energy efficiency is due to an increase in the thermal efficiency of the steam turbine part due to the addition of low-pressure heaters, as well as the effective utilization of heat from exhaust gases in a circuit with a low-boiling coolant.
Парогазовые установки, работающие на природном газе, являются одними из наиболее эффективных и экологически безопасных энергетических комплексов. Высокая энергетическая эффективность и низкие удельные выбросы достигаются, прежде всего, за счет высокой среднеинтегральной температуры подвода теплоты в цикле Брайтона–Ренкина. При этом основными источниками потерь энергии являются потери теплоты в конденсаторе паротурбинной установки и потери теплоты с уходящими газами котла-утилизатора. Настоящая работа посвящена термодинамическому анализу перехода от традиционных бинарных циклов к тринарным, в которых помимо газового и пароводяного контуров имеется дополнительный контур на низкокипящем теплоносителе. По результатам проведенной термодинамической оптимизации структуры и параметров тепловых схем установлено, что использование органического цикла Ренкина с фреоном R236ea для утилизации низкопотенциальной теплоты уходящих газов энергоустановки, работающей с газовой турбиной ГТЭ-160, позволяет достичь электрического КПД нетто, равного 51.3%, что выше эффективности одноконтурных парогазовых установок при аналогичных начальных параметрах на 2.2% и двухконтурных – на 0.5%. Повышенный уровень энергоэффективности обуславливается ростом тепловой экономичности паротурбинной части за счет добавления подогревателей низкого давления, а также эффективной утилизацией теплоты уходящих газов в контуре с низкокипящим теплоносителем.