Pemasangan turbin gas tenaga. Kitaran loji turbin gas

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Unit turbin gas (GTP) ialah kompleks kuasa tunggal yang agak padat, di mana turbin kuasa dan penjana berfungsi secara berpasangan. Sistem ini telah meluas dalam apa yang dipanggil industri kuasa berskala kecil. Hebat untuk bekalan kuasa dan haba bagi perusahaan besar, penempatan terpencil dan pengguna lain. Sebagai peraturan, turbin gas beroperasi pada bahan api cecair atau gas.

Di tepi kemajuan

Dalam meningkatkan kapasiti tenaga loji kuasa, peranan utama dipindahkan kepada unit turbin gas dan evolusi selanjutnya - loji kitaran gabungan (CCGT). Oleh itu, di loji janakuasa AS sejak awal 1990-an, lebih daripada 60% daripada kapasiti yang ditauliahkan dan dimodenkan telah pun menjadi turbin gas dan loji kitaran gabungan, dan di beberapa negara dalam beberapa tahun bahagian mereka mencapai 90%.

turbin gas ringkas juga dibina dalam jumlah yang besar. Loji turbin gas - mudah alih, menjimatkan untuk beroperasi dan mudah dibaiki - terbukti sebagai penyelesaian optimum untuk menampung beban puncak. Pada permulaan abad ini (1999-2000), jumlah kapasitiunit turbin gas mencapai 120,000 MW. Sebagai perbandingan: pada tahun 1980-an, jumlah kapasiti sistem jenis ini ialah 8,000-10,000 MW. Sebahagian besar turbin gas (lebih daripada 60%) bertujuan untuk beroperasi sebagai sebahagian daripada loji kitaran gabungan binari besar dengan purata kuasa kira-kira 350 MW.

Latar belakang sejarah

Asas teori untuk penggunaan teknologi kitaran gabungan telah dikaji dengan cukup terperinci di negara kita pada awal 60-an. Pada masa itu, menjadi jelas bahawa laluan umum untuk pembangunan kejuruteraan kuasa haba disambungkan dengan tepat dengan teknologi kitaran gabungan. Walau bagaimanapun, kejayaan pelaksanaannya memerlukan unit turbin gas yang boleh dipercayai dan sangat cekap.

Ia adalah kemajuan ketara dalam pembinaan turbin gas yang menentukan lonjakan kualitatif moden dalam kejuruteraan kuasa haba. Sebilangan firma asing berjaya menyelesaikan masalah mencipta turbin gas pegun yang cekap pada masa organisasi terkemuka domestik terkemuka dalam ekonomi perintah sedang mempromosikan teknologi turbin stim (STP) yang paling tidak menjanjikan.

Jika pada tahun 60-an kecekapan pemasangan turbin gas berada pada tahap 24-32%, maka pada akhir 80-an pemasangan turbin gas kuasa pegun terbaik sudah mempunyai kecekapan (dengan penggunaan autonomi) 36-37 %. Ini memungkinkan untuk mencipta CCGT berdasarkan mereka, kecekapannya mencapai 50%. Menjelang permulaan abad baharu, angka ini bersamaan dengan 40%, dan dalam kombinasi dengan loji kitar gas kitaran gabungan, ia adalah 60%.

Perbandingan turbin stimdan tumbuhan kitaran gabungan

Dalam loji kitaran gabungan berasaskan turbin gas, prospek segera dan sebenar adalah untuk memperoleh kecekapan 65% atau lebih. Pada masa yang sama, untuk loji turbin stim (dibangunkan di USSR), hanya jika beberapa masalah saintifik yang kompleks yang berkaitan dengan penjanaan dan penggunaan stim superkritikal dapat diselesaikan dengan jayanya, seseorang boleh berharap untuk kecekapan tidak lebih daripada 46- 49%. Oleh itu, dari segi kecekapan, sistem turbin stim adalah lebih rendah daripada sistem kitaran gabungan.

Sangat rendah berbanding loji janakuasa turbin stim juga dari segi kos dan masa pembinaan. Pada tahun 2005, dalam pasaran tenaga dunia, harga 1 kW untuk unit CCGT dengan kapasiti 200 MW atau lebih ialah $500-600/kW. Untuk CCGT dengan kapasiti yang lebih kecil, kosnya adalah dalam lingkungan $600-900/kW. Loji turbin gas yang berkuasa sepadan dengan nilai 200-250 $/kW. Dengan penurunan kuasa unit, harga mereka meningkat, tetapi biasanya tidak melebihi $ 500 / kW. Nilai ini beberapa kali lebih rendah daripada kos satu kilowatt elektrik dalam sistem turbin stim. Sebagai contoh, harga kilowatt yang dipasang pada loji janakuasa turbin stim pemeluwapan adalah antara 2000-3000 $/kW.

Skim loji turbin gas

Pemasangan termasuk tiga unit asas: turbin gas, kebuk pembakaran dan pemampat udara. Selain itu, semua unit ditempatkan dalam bangunan tunggal pasang siap. Pemampat dan rotor turbin disambungkan secara tegar antara satu sama lain, disokong oleh galas.

Kebuk pembakaran (contohnya, 14 keping) diletakkan di sekeliling pemampat, setiap satu dalam perumah berasingannya sendiri. Untuk kemasukan kePemampat udara berfungsi sebagai paip masuk, udara meninggalkan turbin gas melalui paip ekzos. Badan turbin gas adalah berdasarkan sokongan kuat yang diletakkan secara simetri pada satu bingkai.

Prinsip kerja

Kebanyakan unit turbin gas menggunakan prinsip pembakaran berterusan, atau kitaran terbuka:

• Pertama, bendalir kerja (udara) dipam pada tekanan atmosfera oleh pemampat yang sesuai.
• Selanjutnya, udara dimampatkan ke tekanan yang lebih tinggi dan dihantar ke ruang pembakaran.
• Ia dibekalkan dengan bahan api, yang terbakar pada tekanan tetap, memberikan bekalan haba yang berterusan. Disebabkan oleh pembakaran bahan api, suhu bendalir kerja meningkat.
• Seterusnya, bendalir kerja (kini ia sudah menjadi gas, yang merupakan campuran udara dan hasil pembakaran) memasuki turbin gas, di mana, berkembang kepada tekanan atmosfera, ia melakukan kerja yang berguna (memusingkan turbin yang menjana elektrik).
• Selepas turbin, gas dilepaskan ke atmosfera, yang melaluinya kitaran kerja ditutup.
• Perbezaan antara operasi turbin dan pemampat dilihat oleh penjana elektrik yang terletak pada aci biasa dengan turbin dan pemampat.

Loji pembakaran sekejap

Tidak seperti reka bentuk sebelumnya, pembakaran sekejap-sekejap menggunakan dua injap dan bukannya satu.

• Pemampat memaksa udara masuk ke dalam kebuk pembakaran melalui injap pertama manakala injap kedua ditutup.
• Apabila tekanan dalam kebuk pembakaran meningkat, injap pertama ditutup. Akibatnya, isipadu ruang tertutup.
• Apabila injap ditutup, bahan api dibakar di dalam ruang, secara semula jadi, pembakarannya berlaku pada isipadu tetap. Akibatnya, tekanan bendalir kerja semakin meningkat.
• Seterusnya, injap kedua dibuka, dan bendalir kerja memasuki turbin gas. Dalam kes ini, tekanan di hadapan turbin akan berkurangan secara beransur-ansur. Apabila ia menghampiri atmosfera, injap kedua hendaklah ditutup, dan injap pertama hendaklah dibuka dan ulangi urutan tindakan.

Kitaran turbin gas

Beralih kepada pelaksanaan praktikal satu atau satu kitaran termodinamik yang lain, pereka bentuk perlu menghadapi banyak halangan teknikal yang tidak dapat diatasi. Contoh yang paling ciri: apabila kelembapan stim lebih daripada 8-12%, kehilangan dalam laluan aliran turbin stim meningkat dengan mendadak, beban dinamik meningkat, dan hakisan berlaku. Ini akhirnya membawa kepada kemusnahan laluan aliran turbin.

Akibat daripada sekatan ini dalam sektor tenaga (untuk mendapatkan pekerjaan), hanya dua kitaran termodinamik asas yang digunakan secara meluas setakat ini: kitaran Rankine dan kitaran Brayton. Kebanyakan loji janakuasa adalah berdasarkan gabungan unsur kitaran ini.

Kitaran Rankine digunakan untuk cecair kerja yang membuat peralihan fasa semasa pelaksanaan kitaran; loji kuasa wap beroperasi mengikut kitaran ini. Untuk bendalir kerja yang tidak boleh dipeluwap dalam keadaan sebenar dan yang kita panggil gas, kitaran Brayton digunakan. Melalui kitaran iniloji turbin gas dan enjin pembakaran dalaman sedang beroperasi.

Petrol digunakan

Sebahagian besar turbin gas direka bentuk untuk menggunakan gas asli. Kadangkala bahan api cecair digunakan dalam sistem kuasa rendah (kurang kerap - sederhana, sangat jarang - kuasa tinggi). Trend baharu ialah peralihan sistem turbin gas padat kepada penggunaan bahan mudah terbakar pepejal (arang batu, gambut dan kayu lebih jarang). Trend ini disebabkan oleh fakta bahawa gas adalah bahan mentah teknologi yang berharga untuk industri kimia, di mana penggunaannya selalunya lebih menguntungkan daripada dalam sektor tenaga. Pengeluaran loji turbin gas yang mampu beroperasi dengan cekap pada bahan api pepejal secara aktif mendapat momentum.

Perbezaan antara ICE dan GTU

Perbezaan asas antara enjin pembakaran dalaman dan kompleks turbin gas adalah seperti berikut. Dalam enjin pembakaran dalaman, proses pemampatan udara, pembakaran bahan api dan pengembangan produk pembakaran berlaku dalam satu elemen struktur, dipanggil silinder enjin. Dalam turbin gas, proses ini diasingkan kepada unit struktur yang berasingan:

• mampatan dijalankan dalam pemampat;
• pembakaran bahan api, masing-masing, dalam ruang khas;
• pengembangan produk pembakaran dijalankan dalam turbin gas.

Akibatnya, secara struktur, turbin gas dan enjin pembakaran dalaman mempunyai sedikit persamaan, walaupun ia beroperasi mengikut kitaran termodinamik yang serupa.

Kesimpulan

Dengan pembangunan penjanaan kuasa berskala kecil, meningkatkan kecekapannya, sistem GTP dan STP menduduki bahagian yang semakin meningkat dalam jumlahsistem tenaga dunia. Sehubungan itu, profesion yang menjanjikan pengendali loji turbin gas semakin mendapat permintaan. Mengikuti rakan kongsi Barat, beberapa pengeluar Rusia telah menguasai pengeluaran unit turbin gas yang menjimatkan kos. Severo-Zapadnaya CHPP di St. Petersburg menjadi loji kuasa kitaran gabungan pertama bagi generasi baharu di Rusia.