Energie-gasturbine-installasies. Siklusse van gasturbine-aanlegte

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Gasturbine-eenhede (GTP) is 'n enkele, relatief kompakte kragkompleks, waarin 'n kragturbine en 'n kragopwekker in pare werk. Die stelsel het wydverspreid geraak in die sogenaamde kleinskaalse kragbedryf. Ideaal vir krag- en hittetoevoer van groot ondernemings, afgeleë nedersettings en ander verbruikers. As 'n reël werk gasturbines op vloeibare brandstof of gas.

Op die rand van vordering

In die verhoging van die energiekapasiteit van kragsentrales, word die leidende rol oorgedra na gasturbine-eenhede en hul verdere evolusie – gekombineerde siklus-aanlegte (CCGT). Dus, by Amerikaanse kragsentrales sedert die vroeë 1990's, was meer as 60% van die in gebruik geneem en gemoderniseerde vermoëns reeds gasturbines en gekombineerde siklus-aanlegte, en in sommige lande het hul aandeel in sommige jare 90% bereik.

Eenvoudige gasturbines word ook in groot getalle gebou. Die gasturbine-aanleg - mobiel, ekonomies om te bedryf en maklik om te herstel - het geblyk die optimale oplossing te wees om piekvragte te dek. By die draai van die eeu (1999-2000), die totale kapasiteitgasturbine-eenhede het 120 000 MW bereik. Ter vergelyking: in die 1980's was die totale kapasiteit van stelsels van hierdie tipe 8 000-10 000 MW. 'n Beduidende deel van die gasturbines (meer as 60%) was bedoel om as deel van groot binêre gekombineerde siklusaanlegte met 'n gemiddelde drywing van ongeveer 350 MW te funksioneer.

Historiese agtergrond

Teoretiese grondslae vir die gebruik van gekombineerde siklustegnologieë is in die vroeë 60's in ons land in voldoende besonderhede bestudeer. Reeds op daardie tydstip het dit duidelik geword dat die algemene pad vir die ontwikkeling van termiese kragingenieurswese presies verbind is met gekombineerde siklus tegnologieë. Hulle suksesvolle implementering het egter betroubare en hoogs doeltreffende gasturbine-eenhede vereis.

Dit was die beduidende vordering in gasturbine-konstruksie wat die moderne kwalitatiewe sprong in termiese kragingenieurswese bepaal het. 'n Aantal buitelandse firmas het die probleem van die skep van doeltreffende stilstaande gasturbines suksesvol opgelos in 'n tyd toe vooraanstaande plaaslike organisasies in 'n bevelekonomie die minste belowende stoomturbinetegnologieë (STP) bevorder het.

As die doeltreffendheid van gasturbine-installasies in die 60's op die vlak van 24-32% was, dan het die beste stationêre krag-gasturbine-installasies in die laat 80's reeds 'n doeltreffendheid (met outonome gebruik) van 36-37 gehad %. Dit het dit moontlik gemaak om KWB'e op hul basis te skep, waarvan die doeltreffendheid 50% bereik het. Teen die begin van die nuwe eeu was hierdie syfer gelyk aan 40%, en in kombinasie met gekombineerde siklus-gassiklusaanlegte was dit selfs 60%.

Vergelyking van stoomturbineen gekombineerde siklus plante

In gekombineerde-siklus-aanlegte wat op gasturbines gebaseer is, was die onmiddellike en werklike vooruitsig om 'n doeltreffendheid van 65% of meer te verkry. Terselfdertyd, vir stoomturbine-aanlegte (ontwikkel in die USSR), slegs as 'n aantal komplekse wetenskaplike probleme wat verband hou met die opwekking en gebruik van superkritiese stoom suksesvol opgelos kan word, kan 'n mens hoop op 'n doeltreffendheid van nie meer as 46- 49%. Dus, wat doeltreffendheid betref, is stoomturbinestelsels hopeloos minderwaardig as gekombineerde siklusstelsels.

Aansienlik minderwaardig aan stoomturbine-kragsentrales ook wat koste en konstruksietyd betref. In 2005, in die wêreldenergiemark, was die prys van 1 kW vir 'n KWB-eenheid met 'n kapasiteit van 200 MW of meer $500-600/kW. Vir CCGT's met kleiner kapasiteit was die koste in die reeks van $600-900/kW. Kragtige gasturbine-aanlegte stem ooreen met waardes van 200-250 $/kW. Met 'n afname in eenheid krag, hul prys styg, maar gewoonlik nie meer as $ 500 / kW. Hierdie waardes is verskeie kere minder as die koste van 'n kilowatt elektrisiteit in stoomturbinestelsels. Byvoorbeeld, die prys van 'n geïnstalleerde kilowatt by kondenserende stoomturbine-kragsentrales wissel van 2000-3000 $/kW.

Skema van 'n gasturbine-aanleg

Die installasie sluit drie basiese eenhede in: 'n gasturbine, 'n verbrandingskamer en 'n lugkompressor. Boonop word alle eenhede in 'n voorafvervaardigde enkelgebou gehuisves. Die kompressor en turbinerotors is stewig aan mekaar verbind, ondersteun deur laers.

Verbrandingskamers (byvoorbeeld, 14 stukke) word rondom die kompressor geplaas, elk in sy eie aparte behuising. Vir toelating totDie lugkompressor dien as 'n inlaatpyp, lug verlaat die gasturbine deur die uitlaatpyp. Die gasturbine-liggaam is gebaseer op kragtige stutte wat simmetries op 'n enkele raam geplaas is.

Werkbeginsel

Die meeste gasturbine-eenhede gebruik die beginsel van deurlopende verbranding, of oop siklus:

• Eers word die werksvloeistof (lug) teen atmosferiese druk gepomp deur die toepaslike kompressor.
• Verder word die lug saamgepers tot 'n hoër druk en na die verbrandingskamer gestuur.
• Dit word van brandstof voorsien, wat teen 'n konstante druk brand, wat 'n konstante toevoer van hitte verskaf. As gevolg van die verbranding van brandstof neem die temperatuur van die werkvloeistof toe.
• Volgende gaan die werksvloeistof (nou is dit reeds 'n gas, wat 'n mengsel van lug en verbrandingsprodukte is) die gasturbine binne, waar dit, wat tot atmosferiese druk uitbrei, nuttige werk doen (draai die turbine wat genereer elektrisiteit).
• Na die turbine word die gasse in die atmosfeer ontslaan, waardeur die werksiklus sluit.
• Die verskil tussen die werking van die turbine en die kompressor word waargeneem deur 'n elektriese kragopwekker wat op 'n gemeenskaplike as met die turbine en kompressor geleë is.

Intermitterende verbrandingsaanlegte

Anders as die vorige ontwerp, gebruik intermitterende verbranding twee kleppe in plaas van een.

• Die kompressor dwing lug in die verbrandingskamer deur die eerste klep terwyl die tweede klep toe is.
• Wanneer die druk in die verbrandingskamer styg, is die eerste klep toe. Gevolglik word die volume van die kamer gesluit.
• Wanneer die kleppe toe is, word brandstof in die kamer verbrand, natuurlik vind die verbranding daarvan teen 'n konstante volume plaas. As gevolg hiervan neem die druk van die werksvloeistof verder toe.
• Volgende word die tweede klep oopgemaak, en die werkvloeistof gaan die gasturbine binne. In hierdie geval sal die druk voor die turbine geleidelik afneem. Wanneer dit atmosferies nader, moet die tweede klep toegemaak word, en die eerste een moet oopgemaak word en herhaal die volgorde van aksies.

Gasturbinesiklusse

Met die praktiese implementering van een of ander termodinamiese siklus, moet ontwerpers baie onoorkomelike tegniese struikelblokke in die gesig staar. Die mees kenmerkende voorbeeld: wanneer die stoomhumiditeit meer as 8-12% is, neem die verliese in die vloeipad van die stoomturbine skerp toe, dinamiese vragte neem toe en erosie vind plaas. Dit lei uiteindelik tot die vernietiging van die vloeipad van die turbine.

As gevolg van hierdie beperkings in die energiesektor (om werk te kry), word slegs twee basiese termodinamiese siklusse tot dusver algemeen gebruik: die Rankine-siklus en die Brayton-siklus. Die meeste kragsentrales is gebaseer op 'n kombinasie van elemente van hierdie siklusse.

Die Rankine-siklus word gebruik vir werksvloeistowwe wat 'n fase-oorgang maak tydens die implementering van die siklus; stoomkragsentrales werk volgens hierdie siklus. Vir werksvloeistowwe wat nie onder werklike toestande gekondenseer kan word nie en wat ons gasse noem, word die Brayton-siklus gebruik. Deur hierdie siklusgasturbine-aanlegte en binnebrandenjins werk.

Brandstof gebruik

Die oorgrote meerderheid gasturbines is ontwerp om op aardgas te werk. Soms word vloeibare brandstof in laekragstelsels gebruik (minder dikwels - medium, baie selde - hoë krag). 'n Nuwe neiging is die oorgang van kompakte gasturbinestelsels na die gebruik van soliede brandbare materiale (steenkool, minder dikwels turf en hout). Hierdie tendense is te wyte aan die feit dat gas 'n waardevolle tegnologiese grondstof vir die chemiese industrie is, waar die gebruik daarvan dikwels meer winsgewend is as in die energiesektor. Die produksie van gasturbine-aanlegte wat in staat is om doeltreffend op vaste brandstof te werk, kry aktief momentum.

Verskil tussen ICE en GTU

Die fundamentele verskil tussen binnebrandenjins en gasturbinekomplekse is soos volg. In 'n binnebrandenjin vind die prosesse van lugkompressie, brandstofverbranding en uitsetting van verbrandingsprodukte plaas binne een strukturele element, wat die enjinsilinder genoem word. In gasturbines word hierdie prosesse in afsonderlike strukturele eenhede geskei:

• kompressie word in die kompressor uitgevoer;
• verbranding van brandstof, onderskeidelik in 'n spesiale kamer;
• uitbreiding van verbrandingsprodukte word in 'n gasturbine uitgevoer.

Gevolglik het gasturbines en binnebrandenjins struktureel min ooreenkomste, hoewel hulle volgens soortgelyke termodinamiese siklusse werk.

Gevolgtrekking

Met die ontwikkeling van kleinskaalse kragopwekking, wat die doeltreffendheid daarvan verhoog, neem GTP- en STP-stelsels 'n toenemende aandeel in die totaleenergiestelsel van die wêreld. Gevolglik word die belowende beroep van 'n gasturbine-aanlegoperateur toenemend in aanvraag. Na aanleiding van Westerse vennote het 'n aantal Russiese vervaardigers die produksie van kostedoeltreffende gasturbine-eenhede bemeester. Severo-Zapadnaya CHPP in St. Petersburg het die eerste gekombineerde-siklus kragsentrale van 'n nuwe generasie in Rusland geword.