Power gas turbine plante. Gas turbine siklus siklusse

Gas turbine plante (GTU) is 'n enkele, relatief kompakte energie-kompleks, waarin 'n kragturbine en 'n kragopwekker saamwerk. Die stelsel word wyd gebruik in die sogenaamde kleinskaalse kragingenieurswese. Uitstekend vir elektrisiteit en hitte voorsien van groot ondernemings, afgeleë nedersettings en ander verbruikers. As 'n reël werk gasturbines op vloeibare brandstof of gas.

Op die rand van vooruitgang

By die opbou van die kragkrag van kragsentrales verskuif die hoofrol na gasturbine-installasies en hul verdere evolusie - gekombineerde siklusplante (CCGT). Byvoorbeeld, by die Amerikaanse kragsentrales, sedert die vroeë 1990's, is meer as 60% van die geïnstalleerde en opgegradeerde fasiliteite reeds deur GTU en CCGT vervaardig, en in sommige lande het hulle aandeel in sommige jare 90% bereik.

In groot getalle word ook eenvoudige GTU's gebou. Die gas turbine plant - mobiel, ekonomies in gebruik en maklik om te herstel - was die optimale oplossing vir die bedekking van piekvragte. Teen die einde van die eeu (1999-2000) het die totale kapasiteit van gasturbine-plante 120 000 MW bereik. Ter vergelyking: in die 80 jaar was die totale kapasiteit van hierdie tipe stelsels 8000-10 000 MW. 'N Beduidende deel van die GTU (meer as 60%) is bedoel vir gebruik as deel van groot binêre gekombineerde siklusse met 'n gemiddelde kapasiteit van ongeveer 350 MW.

Historiese agtergrond

Die teoretiese grondslae van die gebruik van gekombineerde siklus-tegnologie is in die vroeë 1960's in ons land genoegsaam bestudeer. Reeds in daardie tyd het dit duidelik geword: die algemene manier van ontwikkeling van hitte-kragingenieurswese is verbind met stoomgas tegnologie. Vir hul suksesvolle implementering was egter betroubare en hoogs doeltreffende gasturbine-eenhede benodig.

Dit is noodsaaklik vooruitgang in die vervaardiging van gas turbines wat die moderne kwalitatiewe sprong van hitte-ingenieurswese bepaal het. 'N Aantal buitelandse firmas het met sukses die probleme opgelos om doeltreffende stilstaande gasturbines op te rig toe binnelandse leidende organisasies in die toestande van die bevel ekonomie betrokke was by die bevordering van die minste belowende stoomturbine tegnologie (PTU).

As in die 60's die doeltreffendheid van gasturbienplante op die vlak van 24-32% was, dan het die beste stilstaande kragturbienplante reeds in die laat 1980's 'n doeltreffendheid (vir outonome gebruik) van 36-37%. Dit het hulle toegelaat om CCGTs te skep, waarvan die doeltreffendheid 50% bereik het. Teen die begin van die nuwe eeu was hierdie aanwyser gelyk aan 40%, en in kombinasie met gasstoom - en ten minste 60%.

Vergelyking van stoomturbine- en gekombineerde-siklusplante

In stoom- en gasinstallasies gebaseer op GTU was die naaste en realistiese vooruitsig om 'n doeltreffendheidsfaktor van 65% of meer te behaal. Terselfdertyd word vir stoomturbine-installasies (ontwikkel in die USSR) slegs suksesvol opgelos as 'n aantal komplekse wetenskaplike probleme wat verband hou met die opwekking en gebruik van 'n paar superkritiese parameters, 'n doeltreffendheid van hoogstens 46-49% kan voorkom. Dus, stoom enjins is hopeloos verloor stoom-gas stelsels in terme van doeltreffendheid.

Beduidende minderwaardige stoomturbine kragsentrales ook ten opsigte van koste en konstruksietyd. In 2005 was die prys van 1 kW vir 'n KKP met 'n kapasiteit van 200 MW of meer 500-600 $ / kW in die wêreld se energiemark. Vir CCGT's met laer vermoëns was die koste tussen 600-900 $ / kW. Kragtige gas turbine plante stem ooreen met waardes van 200-250 $ / kW. Met 'n afname in eenheidskapasiteit, styg hul prys, maar gewoonlik nie meer as $ 500 / kW. Hierdie waardes is verskeie kere minder as die koste van 'n kilowatt elektrisiteit vir stoomturbines. Byvoorbeeld, die prys van 'n geïnstalleerde kilowatt vir kondenserende stoomturbine kragsentrales wissel tussen 2000-3000 $ / kW.

Skema van gas turbine plant

Die installasie sluit drie basiese eenhede in: 'n gasturbine, ' n verbrandingskamer en 'n lug kompressor. En al die eenhede word gehuisves in 'n voorafvervaardigde enkele liggaam. Kompressor rotors en turbines is stewig aan mekaar verbind, afhangende van die laers.

Rondom die kompressor is daar verbrandingskamers (byvoorbeeld 14 stuks.), Elkeen in sy eie behuising. Om die kompressorlug te betree, is die inlaatpyp, vanaf die gasturbine, vloei lug deur die uitlaatpyp. Die GTU-liggaam is gebaseer op kragtige ondersteunings wat simmetries op 'n enkele raam geplaas word.

Bedryfsbeginsel

Die meeste GTU-installasies gebruik die beginsel van deurlopende verbranding, of 'n oop siklus:

• Aanvanklik word die werkmedium (lug) by atmosferiese druk deur 'n geskikte kompressor gepomp.
• Dan word die lug tot 'n hoër druk saamgepers en na die verbrandingskamer gestuur.
• Dit is gevoed met brandstof, wat teen konstante druk brand, wat 'n konstante hitte-verskaffing verseker. Danksy die verbranding van brandstof, verhoog die temperatuur van die werkvloeistof.
• Verder is die werkvloeistof (nou gas, wat 'n mengsel van lug en verbrandingsprodukte is) in die gasturbine ingebring, waar dit na atmosferiese druk uitbrei, dit doen nuttige werk (die turbine maak elektrisiteit wat elektrisiteit produseer).
• Na die turbine word die gasse ontlaai in die atmosfeer waardeur die dienssiklus sluit.
• Die verskil tussen die werking van die turbine en die kompressor word waargeneem deur 'n elektriese kragopwekker wat op 'n gemeenskaplike as met 'n turbine en 'n kompressor geleë is.

Intermitterende verbrandingsaanlegte

In teenstelling met die vorige ontwerp, in die intermitterende verbrandingsaanlegte, word twee kleppe in plaas van een gebruik.

• Die kompressor pomp in die verbrandingskamer deur die eerste klep met die tweede klep gesluit.
• Wanneer die druk in die verbrandingskamer styg, word die eerste klep gesluit. As gevolg daarvan blyk die volume van die kamer gesluit te wees.
• Met geslote kleppe in die kamer word brandstof verbrand. Natuurlik vind die verbranding plaas op 'n konstante volume. As gevolg hiervan word die druk van die werkvloeistof verder verhoog.
• Vervolgens word 'n tweede klep oopgemaak en die werkvloeistof kom in die gasturbine. Die druk voor die turbine sal geleidelik afneem. Wanneer dit die atmosferiese benader, moet die tweede klep gesluit word, en die eerste moet oopmaak en die volgorde van aksies herhaal.

Gas turbine siklus siklusse

Wat die praktiese implementering van hierdie of daardie termodinamiese siklus betref, moet ontwerpers baie onoorkomelike tegniese hindernisse in die gesig staar. Die mees tipiese voorbeeld: by 'n stoomvoginhoud van meer as 8-12% styg die verliese in die vloeiende deel van 'n stoomturbine skerp, word dinamiese belasting verhoog en erosie vind plaas. Dit lei uiteindelik tot die vernietiging van die vloeiende deel van die turbine.

As gevolg van hierdie beperkinge in die energiesektor (om werk te kry), is slegs twee basiese termodinamiese siklusse steeds in wydverspreide gebruik : die Rankine-siklus en die Brighton-siklus. Die meeste kragsentrales word gebou op 'n kombinasie van elemente van hierdie siklusse.

Die Rankine-siklus word gebruik vir werkliggame wat in die loop van die siklus 'n fase-oorgang uitvoer. Stoomkragsentrales werk in hierdie siklus. Vir werkliggame wat nie in reële toestande gekondenseer kan word nie en wat ons gasse noem, gebruik die Brighton-siklus. Vir hierdie siklus werk gas turbine installasies en enjins van ICE.

Gebruikte brandstof

Die oorweldigende meerderheid GTU's is ontwerp om op natuurlike gas te werk. Soms word vloeibare brandstof in laekragstelsels gebruik (minder dikwels - medium, baie selde - hoë krag). 'N nuwe tendens is die oorgang van kompakte gasturbinesisteme tot die gebruik van vaste brandbare materiale (steenkool, minder dikwels turf en hout). Hierdie tendense is te danke aan die feit dat gas 'n waardevolle tegnologiese grondstof vir die chemiese industrie is, waar die gebruik daarvan dikwels meer koste-effektief is as in die energiesektor. Die produksie van gasturbieneenhede wat doeltreffend op vaste brandstof kan funksioneer, kry momentum.

Die verskil tussen ICE en GTU

Die belangrikste verskil tussen binnebrandenjins en gasturbine komplekse is soos volg. In die ICE vind die prosesse van lugkompressie, brandstofverbranding en uitbreiding van verbrandingsprodukte plaas in dieselfde struktuurelement, die enjinsilinder genoem. In GTU word hierdie prosesse geskei deur afsonderlike strukturele nodusse:

• Kompressie word in die kompressor uitgevoer;
• Verbranding van brandstof, onderskeidelik, in 'n spesiale kamer;
• Uitbreiding van verbrandingsprodukte word in 'n gasturbine uitgevoer.

Gevolglik is gasturbine-installasies en ICE's nie baie dieselfde nie, hoewel hulle in soortgelyke termodinamiese siklusse werk.

gevolgtrekking

Met die ontwikkeling van kleinskaalse kragopwekking neem die toename in die doeltreffendheid van die GTU- en PTU-stelsel 'n toenemende deel in die wêreld se algehele energiesisteem. Gevolglik is die toenemend belowende beroep die masjien van gas turbine plante. Na aanleiding van die Westerse vennote het 'n aantal Russiese vervaardigers die produksie van koste-effektiewe gas turbine-tipe plante bemeester. Die eerste stoom-gas kragsentrale van die nuwe generasie in die Russiese Federasie was die Noordwes-termiese kragstasie in St Petersburg.