Energia plynové turbíny. Cyklus plynové turbíny

Plynovými turbínami (GTU) je jednoduchá, relatívne kompaktná a energie komplexu, ktoré pracujú spárované výkonu turbíny a generátora. Tento systém je široko používaný v tzv nízkoenergetické. Skvelé pre zásobovanie energiou a teplom veľkých podnikov, odľahlých oblastiach a iných spotrebičov. Typicky, plynová turbína pracuje na kvapalné palivo alebo plyn.

najmodernejšie

Kapacita objem výroby elektrickej energie vedúcu úlohu ide do zariadenia s plynovou turbínou a ich ďalší vývoj - kombinované paroplynové turbíny (CCGT). Tak, US elektrárne od roku 1990, viac ako 60% vstupných a modernizovaných zariadení už aby plynové turbíny a CCGT, av niektorých krajinách ich podiel dosiahol v niektorých rokoch 90%.

Veľké množstvo tiež staval jednoduchý plynovú turbínu. Plynáreň turbína - mobile, ekonomickú prevádzku a ľahko opraviť - to najlepšie riešenie pre pokrytie špičiek zaťaženia. Na prelome storočí (1999-2000) dosiahla celková kapacita plynových turbín 120,000 MW. Pre porovnanie, v 80. rokoch celková kapacita tohto typu systém bol 8000-10 000 MW. Významnou súčasťou plynovej turbíny (60%), určené pre prácu vo veľkých binárnych elektrární s kombinovaným cyklom s priemernou kapacitou 350 MW.

historické informácie

Teoretický základ pre využívanie technológií s kombinovaným cyklom boli študované v nejakom detaile v našej krajine na začiatku 60. rokov. Už v tej dobe bolo jasné, že všeobecný smer vývoja energetického systému je spojená s kombinovanou technikou cyklu. Avšak, ich úspešná realizácia bolo potrebné spoľahlivé a vysoko výkonné plynové turbíny.

To je podstatný pokrok identifikovať moderné výkon plynovej turbíny systém kvalitatívny skok. Rad zahraničných spoločností úspešne vyriešil problém vytváranie efektívnych stacionárnych plynových turbín v čase, keď domáci hlavy predných organizácií v podmienkach riadenej ekonomiky zaoberajúce sa podporou najmenej vyspelé technológie parné turbíny (PTU).

Ak 60s účinnosť plynovej turbíny rastlín predstavoval 24-32%, v druhej polovici 80. rokov, tak energia stacionárne plynové turbíny už mal účinnosť (pre samostatné použitie) 36-37%. To im umožnilo vytvoriť základ PGU, ktorého účinnosť bola 50%. Na začiatku nového storočia, to bolo 40%, a v spojení s kombinovaným cyklom - a 60%.

Porovnanie s parnou turbínou a s kombinovaným cyklom rastliny

Rastliny s kombinovaným cyklom na báze plynovej turbíny, a najbližšie reálna vyhliadka bolo získať 65% účinnosť alebo viac. Zároveň pre jednotkách parných turbín (vyvinutý v ZSSR), iba v prípade úspešného riešenia mnohých zložitých vedeckých problémov súvisiacich s výrobou a použitím nadkritické parametre pary, môžete sa spoľahnúť na účinnosť nie viac ako 46-49%. To znamená, že účinnosť turbíny systém kombinovaného cyklu pary beznádejne stratiť.

Výrazne nižšia ako parná turbína elektráreň ako náklady a čas výstavby. V roku 2005 sa globálny trh s energiou, cena 1 kW do 200 MW CCGT a starších to bolo $ 500-600 / kW. Pre PSU bol menší hodnota kapacity v rozmedzí od 600 do 900 $ / kW. Výkonné plynové turbíny zodpovedá 200 až 250 $ / kW. S poklesom jednotkovej kapacity nárastu cien, ale zvyčajne nepresahuje 500 $ / kW. Tieto hodnoty sú zlomkom nákladov na kilowatt výkonu parné turbíny systémy. Napríklad cena za inštalovaného kilowatt v kondenzačných elektrárňach v parnej turbíny sa pohybuje v rozmedzí 2000-3000 $ / kW.

Schéma Zariadenie s plynovou turbínou

Zariadenie sa skladá z troch základných jednotiek: plynové turbíny spaľovaciu komoru a kompresor. A všetky jednotky sú umiestnené v prefabrikované jednom balíku. Rotory kompresora a turbíny sú vzájomne spojené pevne, spočívajúcu na ložiskách.

Sú usporiadané okolo spaľovacej komory kompresora (napr, 14 ks.), Každý vo svojej vlastnej samostatnej skrini. Pre prijatie do vzduchového kompresora je prívod vzduchu plynové turbíny uniká cez výfukové potrubie. na výkonných plynových turbín púzdra nosiča na báze, ktoré symetricky na jednom ráme.

princíp fungovania

Vo väčšine zariadení plynové turbíny s použitím kontinuálne princíp spaľovania alebo otvorený cyklus:

• Spočiatku sa pracovnej tekutiny (vzduchu) sa čerpá pod príslušnou kompresora pri atmosférickom tlaku.
• Ďalej, je vzduch stlačený na vyšší tlak a poslal do spaľovacej komory.
• Dodáva sa palivo, ktoré sa spaľuje pri konštantnom tlaku, čo zaisťuje stálu dodávku tepla. V dôsledku spaľovania paliva zvyšuje teplotu pracovného telesa.
• Ďalej je pracovná tekutina (teraz je plyn, ktorý je zmesou vzduchu a spalín) prúdi do plynovej turbíny, kde expanduje na atmosférický tlak, vykonáva užitočná práca (otočí turbíny, vyrába elektrickú energiu).
• Po plynová turbína je vypúšťaný do atmosféry cez ktorý pracovný cyklus a zavrie.
• Rozdiel medzi turbínou a kompresorom je vidieť elektrický generátor usporiadaný na spoločnom hriadeli s turbínou a kompresorom.

Montáž prerušovaný spaľovanie

Na rozdiel od predchádzajúceho konštruktívnu režimu, sú použité dva ventily v spaľovacích zariadeniach nespojité namiesto jedného.

• Kompresor čerpadlá vzduch do spaľovacej komory cez prvú ventil, keď je druhý ventil uzavretý.
• Keď tlak stúpa v spaľovacej komore, pričom prvý ventil je uzavretý. Objem komory je uzavretý.
• V zavretom stave prirodzene ventily spaľovanie paliva v komore, jeho spaľovanie prebieha pri konštantnom objeme. Výsledkom je, že pracovný tlak kvapaliny je ďalej zvýšená.
• Ďalej otvorený druhý ventil a pracovné tekutina sa privádza do plynovej turbíny. Tlak pred turbína bude postupne znižovať. Keď sa blíži atmosférickému tlaku, treba druhý ventil uzavrie a prvý otvoriť a zopakujte kroky.

Cyklus plynové turbíny

Pokiaľ ide o praktickú realizáciu termodynamického cyklu, dizajnéri budú musieť vysporiadať s mnohými neprekonateľných technických prekážok. Najtypickejším príkladom: para vlhkosť väčšia ako 8 až 12% straty v časti prúdenia parnej turbíny prudko stúpa, čím sa zvyšuje dynamické zaťaženie, dochádza k erózii. To nakoniec vedie k deštrukcii časti toku turbíny.

V dôsledku týchto obmedzení výkonu (práce), sa široko používajú doteraz iba dva základné termodynamický cyklus: cyklus Rankinov a Brayton cyklus. Väčšina elektrární na báze kombináciu prvkov týchto cyklov.

Cyklus Rankinov používa pre pracovných orgánov, ktoré sú vo vykonávacom cykle, vykonávajú fázový prechod tohto pracovného cyklu poháňaných zariadení. Pre pracovné orgány, ktoré nemôžu byť kondenzované v reálnom svete, a ktorý nazývame plyny používané Brayton cyklus. Podľa tohto cyklu pracovné plynové turbíny a spaľovacie motory motory.

použité palivo

Drvivá väčšina plynových turbín sú určené pre prevádzku na zemný plyn. Občas sa kvapalné palivo používané v low-energetických systémov (aspoň - v priemere, veľmi zriedka - veľká kapacita). Novým trendom prechodu stáva systémy kompaktné plynové turbíny pomocou pevných palív (uhlie, drevo a rašelina menej). Tieto trendy sú spojené s tým, že procesné plyn je cennou surovinou pre chemický priemysel, jeho použitie je často nákladovo efektívnejšie ako v oblasti energetiky. Výroba plynových turbín, ktoré môžu pracovať efektívne na tuhé palivá, naberá na dynamike.

DIC kontrast k GTU

Hlavný rozdiel od spaľovacích motorov a systémov plynových turbín je nasledujúci. Vnútorné proces Spaľovací motor stlačenie vzduchu, spaľovanie a expanzia spalín dochádza v rámci jedného konštrukčného prvku, označované ako valce motora. GTU tieto procesy prebiehajú na jednotlivých konštrukčných uzlov:

• kompresie sa vykonáva v kompresore;
• spaľovanie, v tomto poradí, v osobitnej komore;
• expandujúcej spaliny sa vykonáva v plynovej turbíne.

V dôsledku konštruktívnych plynové turbíny a spaľovací motor o niečo podobné, aj keď práca na podobných termodynamických cyklov.

záver

S rozvojom nízkoenergetických, zvýšenie jeho efektivity plynových turbín a systémov odbornej prípravy pokryť zvyšujúci sa podiel na celkovom energetickom systéme na svete. V dôsledku toho stále viac a viac dopytu sľubnú kariéru strojník plynové turbíny. V nadväznosti na západnom partnerom rad ruských výrobcov zvládli výrobu nákladovo efektívne typ inštalácie turbín. Prvý kombinovaným cyklom elektráreň novej generácie Ruská federácia stala Severozápad Tepelná elektráreň v St. Petersburg.