Энергетикалык газ турбиналары. Газ турбиналык станциялардын циклдери

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Газ турбиналык агрегаттар (ГТП) – бул кубаттуу турбинасы менен генератор жуп болуп иштеген бирдиктүү, салыштырмалуу компакттуу энергетикалык комплекс. Система чакан энергетика деп аталган тармакта кеңири жайылган. Ири ишканаларды, алыскы калктуу пункттарды жана башка керектөөчүлөрдү электр жана жылуулук менен камсыздоо үчүн эң сонун. Эреже катары, газ турбиналары суюк отун же газ менен иштейт.

Өнүгүү чегинде

Электр станцияларынын энергетикалык кубаттуулугун жогорулатууда башкы роль газ турбиналык агрегаттарга жана алардын андан аркы эволюциясына - комбинацияланган циклдик станцияларга (КБГ) өтөт. Ошентип, АКШнын электр станцияларында 1990-жылдардын башынан бери ишке киргизилген жана модернизацияланган кубаттуулуктардын 60%дан ашыгы газ турбиналары жана айкалыштырылган циклдик станциялар болгон, ал эми кээ бир өлкөлөрдө алардын үлүшү 90%га жеткен.

Жөнөкөй газ турбиналары да көп санда курулган. Газ турбиналык заводу – мобилдүү, иштөөсү үнөмдүү жана оңдоого оңой – эң жогорку жүктөрдү жабуу үчүн оптималдуу чечим болуп чыкты. Кылымдын аягында (1999-2000) жалпы кубаттуулукгаз турбиналык агрегаттары 120 000 МВтка жетти. Салыштыруу үчүн: 1980-жылдары бул типтеги системалардын жалпы кубаттуулугу 8000-10000 МВт болгон. Газ турбиналарынын олуттуу бөлүгү (60%дан ашыгы) орточо кубаттуулугу болжол менен 350 МВт болгон ири бинардык айкалыштырылган циклдик станциялардын бир бөлүгү катары иштөөгө арналган.

Тарыхый маалымат

Комбинацияланган цикл технологияларын колдонуунун теориялык негиздери биздин өлкөдө 60-жылдардын башында жетиштүү деңгээлде изилденген. Азыртадан эле жылуулук энергетикасын өнүктүрүүнүн жалпы жолу айкалыштырылган циклдик технологиялар менен так байланыштуу экени белгилүү болду. Бирок аларды ийгиликтүү ишке ашыруу үчүн ишенимдүү жана жогорку эффективдүү газ турбиналык агрегаттар керек болгон.

Жылуулук энергетикасындагы заманбап сапаттык секирикти газ турбинасын куруудагы олуттуу прогресс аныктады. Бир катар чет өлкөлүк фирмалар эффективдүү стационардык газ турбиналарын түзүү маселесин ийгиликтүү чечишти, ал эми атамекендик алдыңкы алдыңкы уюмдар командалык экономиканын эң аз перспективдүү буу турбиналык технологияларын (STP) жайылтып жатышкан.

Эгер 60-жылдары газ турбиналык установкалардын эффективдүүлүгү 24-32% деңгээлинде болсо, анда 80-жылдардын аягында эң мыкты стационардык электр газ турбиналык установкаларынын эффективдүүлүгү (автономдуу колдонуу менен) 36-37 болгон. %. Бул алардын негизинде натыйжалуулугу 50% жеткен CCGTs түзүүгө мүмкүндүк берди. Жаңы кылымдын башында бул көрсөткүч 40%га барабар болгон, ал эми газ циклинин айкалышкан цикли менен айкалышканда ал тургай 60%ды түзгөн.

Буу турбинасын салыштыруужана айкалышкан цикл заводдору

Газ турбиналарына негизделген айкалыштырылган циклдеги заводдордо 65% же андан ашык эффективдүүлүктү алуу жакынкы жана реалдуу перспектива болгон. Ошол эле учурда буу турбиналык заводдор (СССРде иштелип чыккан) үчүн суперкритикалык бууну генерациялоо жана пайдалануу менен байланышкан бир катар татаал илимий проблемалар ийгиликтүү чечилген учурда гана 46-дан ашпаган эффективдүүлүккө үмүттөнүүгө болот. 49%. Ошентип, натыйжалуулугу жагынан буу турбиналык системалар айкалышкан цикл системаларынан үмүтсүз эле төмөн.

Баасы жана курулуш убактысы боюнча да буу турбиналык электр станцияларынан бир кыйла темен. 2005-жылы дүйнөлүк энергетика рыногунда кубаттуулугу 200 МВт жана андан көп болгон СКГТ блогунун 1 кВт баасы 500-600 доллар/кВт болгон. Кичирээк кубаттуулуктагы CCGTs үчүн баасы $600-900/кВт диапазонунда болгон. Күчтүү газ турбиналык станциялары 200-250 $/кВт маанилерине туура келет. Бирдиктин кубаттуулугунун төмөндөшү менен алардын баасы жогорулайт, бирок, адатта, 500 доллар / кВттан ашпайт. Бул баалуулуктар буу турбинасы системаларында бир киловатт электр энергиясынын наркынан бир нече эсе аз. Мисалы, конденсациялык буу турбиналык электр станцияларында орнотулган киловаттын баасы 2000-3000 $/кВт чейин өзгөрөт.

Газтурбиналык станциянын схемасы

Орнотуу үч негизги блокту камтыйт: газ турбинасы, күйүү камерасы жана аба компрессору. Мындан тышкары, бардык агрегаттар курама бир имаратта жайгашкан. Компрессор менен турбинанын роторлору бири-бирине бекем туташтырылып, подшипниктер тарабынан колдоого алынган.

Күйүүчү камералар (мисалы, 14 даана) компрессордун айланасында, ар бири өзүнчө корпуста жайгаштырылат. Кабыл алуу үчүнАба компрессору кирүүчү түтүктүн милдетин аткарат, аба газ турбинасын чыгаруучу түтүк аркылуу чыгат. Газ турбинанын корпусу бир кадрга симметриялуу жайгаштырылган кубаттуу таянычтарга негизделген.

Иштөө принциби

Көпчүлүк газ турбиналык агрегаттары үзгүлтүксүз күйүү же ачык цикл принцибин колдонушат:

• Биринчиден, жумушчу суюктук (аба) тиешелүү компрессор тарабынан атмосфералык басымда айдалат.
• Андан ары аба жогорку басымга чейин кысылып, күйүү камерасына жөнөтүлөт.
• Отун менен камсыз кылынат, ал туруктуу басымда күйүп, жылуулуктун үзгүлтүксүз берилишин камсыз кылат. Күйүүчү майдын күйүшүнө байланыштуу жумушчу суюктуктун температурасы жогорулайт.
• Андан кийин жумушчу суюктук (азыр ал аба менен күйүү продуктуларынын аралашмасы болгон газ болуп саналат) газ турбинасына кирет, ал жерде атмосфералык басымга чейин кеңейип, пайдалуу иштерди аткарат (генерациялоочу турбинаны айлантат). электр энергиясы).
• Турбинадан кийин газдар атмосферага чыгарылат, ал аркылуу жумушчу цикл жабылат.
• Турбина менен компрессордун иштешинин ортосундагы айырма турбина жана компрессор менен жалпы валда жайгашкан электр генератору тарабынан кабыл алынат.

Үзгүлтүксүз күйүүчү станциялар

Мурунку конструкциядан айырмаланып, үзгүлтүктүү күйүү бир эмес, эки клапанды колдонот.

• Компрессор экинчи клапан жабык турганда биринчи клапан аркылуу күйүү камерасына абаны мажбурлайт.
• Күйүү камерасындагы басым жогорулаганда биринчи клапан жабылат. Натыйжада, палатанын көлөмү жабылды.
• Клапандар жабылганда, күйүүчү май камерада күйөт, табигый түрдө анын күйүүсү туруктуу көлөмдө болот. Натыйжада жумушчу суюктуктун басымы дагы жогорулайт.
• Андан кийин экинчи клапан ачылып, жумушчу суюктук газ турбинасына кирет. Бул учурда турбинанын алдындагы басым акырындык менен төмөндөйт. Ал атмосферага жакындаганда, экинчи клапанды жаап, биринчисин ачып, аракеттердин ырааттуулугун кайталоо керек.

Газ турбиналык циклдер

Тигил же бул термодинамикалык циклди практикалык ишке ашырууга кайрылсак, конструкторлор көптөгөн жеңилбес техникалык тоскоолдуктарга дуушар болушат. Эң мүнөздүү мисал: буу нымдуулугу 8-12% ашык болгондо буу турбинасынын агымынын жолунда жоготуулар кескин көбөйүп, динамикалык жүктөмдөр көбөйүп, эрозия пайда болот. Бул акыры турбинанын агымынын бузулушуна алып келет.

Энергетика тармагындагы бул чектөөлөрдүн натыйжасында (жумушка орношуу үчүн) азырынча эки гана негизги термодинамикалык цикл кеңири колдонулат: Рэнкин цикли жана Брейтон цикли. Көпчүлүк электр станциялары бул циклдердин элементтеринин жыйындысына негизделген.

Рэнкин цикли циклди ишке ашыруу учурунда фазалык өтүүнү ишке ашырган жумушчу суюктуктар үчүн колдонулат; буу электр станциялары ушул циклге ылайык иштейт. Реалдуу шарттарда конденсацияланбай турган жана биз газдар деп атаган жумушчу суюктуктар үчүн Брейтон цикли колдонулат. Бул цикл аркылуугаз турбиналык заводдор жана ичтен күйүүчү кыймылдаткычтар иштеп жатат.

Колдонулган күйүүчү

Газ турбиналарынын басымдуу көпчүлүгү жаратылыш газында иштөөгө ылайыкталган. Кээде суюк отун аз кубаттуу системаларда колдонулат (азыраак - орто, өтө сейрек - жогорку кубаттуулук). Жаңы тенденция - компакттуу газ турбиналык системалардын катуу күйүүчү материалдарды (көмүр, азыраак чым жана жыгач) колдонууга өтүүсү. Бул тенденциялар газ химиялык өнөр жайы үчүн баалуу технологиялык сырье болуп саналгандыктан, аны пайдалануу энергетика тармагына караганда көп учурда пайдалуураак. Катуу отунда эффективдуу иштееге жендемдуу газ турбиналык стан-цияларды чыгаруу активдуу турдо куч алууда.

ICE менен GTU ортосундагы айырма

Ичтен күйүүчү кыймылдаткычтар менен газ турбиналык комплекстердин негизги айырмасы төмөнкүдөй. Ички күйүүчү кыймылдаткычта абаны кысуу, күйүүчү майдын күйүү жана күйүү продуктуларынын кеңейүү процесстери кыймылдаткыч цилиндри деп аталган бир структуралык элементтин ичинде жүрөт. Газ турбиналарында бул процесстер өзүнчө структуралык бөлүктөргө бөлүнөт:

• кысуу компрессордо жүргүзүлөт;
• отун, тиешелүүлүгүнө жараша, атайын камерада күйүү;
• күйүү продуктуларын кеңейтүү газ турбинасында жүргүзүлөт.

Натыйжада, структуралык жактан газ турбиналары менен ичтен күйүүчү кыймылдаткычтар окшош термодинамикалык циклдерге ылайык иштешсе да, окшоштуктары аз.

Тыянак

Чакан масштабдагы электр энергиясын өндүрүүнүн өнүгүшү менен, анын натыйжалуулугун жогорулатуу менен, GTP жана STP системалары жалпы көлөмүндө өскөн үлүштү ээлейт.дүйнөнүн энергетикалык системасы. Ошого жараша газ турбиналык станциянын операторунун келечектүү кесиби барган сайын суроо-талапка ээ болууда. Батыштагы өнөктөштөрдүн артынан россиялык бир катар өндүрүүчүлөр үнөмдүү газ турбиналык агрегаттарды чыгарууну өздөштүрүштү. Санкт-Петербургдагы Северо-Западная ТЭЦи Россиядагы жаңы муундагы биринчи айкалыштырылган электр станциясы болуп калды.