Kako djeluje postrojenje za kombinirani ciklus Postrojenja za plinske turbine i kombinirane cikluse. Kriteriji za odabir CCGT-a

Kombinirana ciklusna plinska turbina (CCGT) kombinirana je jedinica koja se sastoji od jedinice za plinsku turbinu, bojlera za otpadnu toplinu (HU) i parne turbine (PT). Ciklus pare i plina provodi se u zasebnim krugovima, tj. U nedostatku kontakta između produkata izgaranja i radne tekućine para-tekućina. Interakcija radnih tijela vrši se samo u obliku izmjene topline u površinskim izmjenjivačima topline.

Uporaba postrojenja u kombiniranom ciklusu jedan je od mogućih i obećavajućih načina za smanjenje troškova goriva i energije.

CCGT termodinamički uspješno kombinira parametre plinske turbine i parne elektrane:

GTU-ovi djeluju u zoni visokih temperatura radnog fluida;

Na parni pogon - pokreću se već potrošeni proizvodi izgaranja koji napuštaju turbinu, tj. djeluju kao izmjenjivač topline i koriste otpadnu energiju.

Učinkovitost instalacije povećana je kao rezultat termodinamičke nadgradnje plinskog ciklusa visoke temperature s parnim ciklusom, koji smanjuje gubitak topline ispušnim plinovima u plinskoj turbini.

Stoga se CCGT jedinica može smatrati trećim stupnjem poboljšanja turbinskih jedinica. CCGT jedinice obećavaju motore, istovremeno vrlo ekonomične i s malim ulaganjem kapitala. Izvrsne kvalitete postrojenja za kombinirani ciklus odredila su njihova područja primjene. CCGT se široko primjenjuju u energetici i drugim područjima goriva i energetskog kompleksa.

Raširena upotreba takvih postrojenja ometa nedostatak zajedničkog stajališta o najracionalnijim pravcima za korištenje topline iz plinskih turbina.

Trenutačno je obećavajuća CCGT shema za uporabu na MGP-u također isključivo CCGT jedinica s kompletnom upotrebom cjelokupnog ciklusa, u kojoj se parni generator zagrijava samo ispušnim plinovima plinske turbine (sl. 6.1).

Prema ovoj shemi, proizvodi izgaranja plinske turbine nakon što turbina niskog tlaka (LPT) ulaze u kotao otpadne topline (HU) da bi stvorili paru visokog tlaka. Rezultirajuća para iz WHB ulazi u parnu turbinu (ST), gdje, šireći se, obavlja korisne radove, koji idu u pogon električnog generatora ili puhala. Potrošena para nakon što FH ulazi u kondenzator K, gdje se kondenzira i zatim dovodi natrag u kotao otpadne topline pomoću pumpe za dovod (FH). Termodinamički ciklus postrojenja s kombiniranim ciklusom prikazan je na Sl. 6.2. Visokotemperaturni plinski ciklus GTU-a započinje procesom kompresije zraka u aksijalnom kompresoru: 1 → 2. U komori za sagorijevanje (a također iu regeneratora, ako postoji) dovodi se toplina 2 → 3; nastali proizvodi izgaranja ulaze u plinsku turbinu, gdje se šire i izvode radove, proces 3 → 4; i na kraju, ispušni plinovi odustaju od svoje topline u kotlu za otpadnu toplinu, grijanju vode i pare, 4 → 5. Ostatak niskotemperaturne topline ostaje neiskorišten i prenosi se u okoliš, 5 → 1.

Slika 6.1 - Shematski dijagram CCGT jedinice s kotlom za otpadnu toplinu

Slika 6.2 - Shema ciklusa postrojenja kombiniranog ciklusa u koordinatama T-S

Ciklus pare-plina nastaje nizom postupaka: 1 "- 2" - 3 "- 4" - 5 "- 1" (Sl. 6.2). Konvencionalno, ciklus započinje proces 1 "- 2" - opskrba toplinom u ekonomizatoru. Voda koja se dovodi iz kondenzatora ima nisku temperaturu jednaku 39 ° C (pri tlaku u kondenzatoru P np \u003d 0,007 MPa). Zagrijava se do točke ključanja, oko 170 ... 210 ° C, pri konstantnom tlaku koji odgovara radnom tlaku kotla 0,8 ... 2,0 MPa. 2 "- 3" - proces isparavanja vode u isparivaču i njegova pretvorba u zasićenu paru. 3 "- 4" - pregrijavanje pare u pregrijaču; 4 "- 5" - proces širenja pare u parnoj turbini s izvedbom rada i gubitkom temperature; 5 "- 1" - para se kondenzira u kondenzatoru K, a nastala voda se ponovo dovodi u kotao otpadne topline KU. Ciklus je zatvoren.

Sama snaga parne turbine (ST) ovisi o stvarnom padu topline ili entalpiji preko parne turbine i brzini protoka pare. Potrošnja pare i parametri pare određuju se radom kotla za otpadnu toplinu. Shematski dijagram kotla za otpadnu toplinu prikazan je na Sl. 6.3.

Kotao otpadne topline je parni kotao s prisilnom cirkulacijom, koji nema vlastitu ložište i zagrijava se dimnim plinovima bilo koje elektrane.

Stoga je otpadna toplina ispušnih plinova plinske turbine s temperaturom od oko 400 ° C sasvim dovoljna za učinkovit rad postrojenja za iskorištavanje.

U toku kotla instaliraju se izmjenjivači topline u seriji: ekonomizator vode "E", isparivač "I" i pregrijač "P".

Ekonomizator vode je izmjenjivač topline u kojem se voda zagrijava vrućim plinovima niske temperature (proizvodi izgaranja) prije nego što se dovede u bubanj (separator) kotla.

U podvozju kotla nastaje para na sljedeći način. Dovodna voda, prethodno zagrijana u analizatoru do točke ključanja dimnih plinova, ulazi u bubanj kotla. Temperatura vrućih plinova u repnom dijelu kotla ne smije pasti ispod 120 ° C *.

U načinu stvaranja pare voda cirkulira kroz isparivač. U isparivaču dolazi do intenzivne apsorpcije topline, zbog koje dolazi do isparavanja. Proces isparavanja u isparivaču odvija se na mjestu ključanja dovodne vode, što odgovara određenom tlaku zasićenja.

Ovisno o tome što su izabrani parno-plinski ciklusiKoji će izbor biti optimalan i kako će izgledati dijagram toka CCGT procesa?

Jednom kada su poznati paritet kapitala i konfiguracija u odnosu na položaj osovine, može se započeti izbor odabira ciklusa.

Raspon se kreće od vrlo jednostavnih „ciklusa jednog pritiska“ do izuzetno složenih „ciklusa trostrukog ponovnog zagrijavanja“. Učinkovitost ciklusa raste s povećanjem složenosti, ali povećavaju se i kapitalni troškovi. Ključno za odabir ispravnog ciklusa je odrediti ciklus tlaka koji je najprikladniji za zadane ciljeve učinkovitosti i troškova.

Kombinirano postrojenje s jednim tlačnim ciklusom

Ovaj se ciklus često koristi za niža kvaliteta, povoljnija goriva poput sirove nafte i teškog lož-ulja s visokim udjelom sumpora.

U usporedbi sa složenim ciklusima, ulaganja u CCGT-ove jednostavnih ciklusa su beznačajna.

Dijagram prikazuje CCGT jedinicu s dodatnom zavojnicom isparivača na hladnom kraju kotla za otpadnu toplinu. Ovaj isparivač izvlači dodatnu toplinu iz ispušnih plinova i odvodi pare u odzračivač kako bi je iskoristio za zagrijavanje dovodne vode.

Time se eliminira potreba za vađenjem pare iz parne turbine za odmašivač. U usporedbi s najjednostavnijim dizajnom s jednim pritiskom, rezultat je poboljšanje učinkovitosti, ali kapitalna ulaganja sukladno tome veća.

CCGT jedinica s dva tlačna ciklusa

Većina kombiniranih postrojenja u pogonu imaju dvostruki tlak. Dvije odvojene crpke za dovod vode dovode se uz pomoć dvostrukog tlaka.

Pročitajte i: Planovi za uvođenje elektrana u kombiniranom ciklusu u Rusiji

Voda s niskim tlakom tada ulazi u prvu zavojnicu isparivača, a voda pod visokim tlakom se zagrijava u bojleru prije nego što ispari i pregrijava u vrućem dijelu kotla za otpadnu toplinu. Ekstrakcija iz bubnja niskog tlaka dovodi pare u odmašivač i parnu turbinu.

Učinkovitost dvostrukog tlačnog ciklusa, kao što je prikazano na T-S dijagramu na slici, veća je od učinkovitosti pojedinačnog tlačnog ciklusa, zbog potpunijeg korištenja energije ispušnih plinova plinske turbine (dodatno područje SS "D" D).

Međutim, na taj način se povećavaju kapitalna ulaganja za dodatnu opremu, na primjer, pumpe za dovod, ekonomatore s dvojnim tlakom, isparivače, cjevovode niskog tlaka i dvije parne cijevi LP-a do parne turbine. Stoga se promatrani ciklus koristi samo s visokim paritetom kapitala.

CCGT jedinica s trostrukim tlačnim ciklusom

Ovo je jedna od najsloženijih shema koja se danas koristi. Primjenjuje se u slučajevima vrlo visokog pariteta kapitala, dok se visoka učinkovitost može dobiti samo uz velike troškove.

Trećem stupnju dodaje se kotao otpadne topline, koji dodatno koristi toplinu ispušnih plinova. Visokotlačna crpka dovodi dovodnu vodu u trostupanjski ekonomizator visokog pritiska, a potom u bubanj separatora visokog pritiska. Crpka za dovod srednjeg pritiska dovodi vodu u bubanj za odvajanje srednjeg tlaka.

Dio dovodne vode iz srednjetlačne pumpe kroz uređaj za leptiranje ulazi u bubanj - separator niskog tlaka. Para iz visokotlačnog bubnja ulazi u pregrijač, a zatim u dio visokog tlaka parne turbine. Para koja se ispušta iz dijela visokog tlaka (HPP) miješa se s parom iz bubnja srednjeg tlaka, pregrijava se i ulazi u ulazni dio niskotlačnog dijela (LPP) parne turbine.

Pročitajte i: Kako odabrati plinsku turbinsku jedinicu za stanicu s CCGT-om

Učinkovitost se može povećati zagrijavanjem goriva vodom pod visokim pritiskom prije nego što uđe u plinsku turbinu.

Dijagram odabira ciklusa

Vrste ciklusa u rasponu od jednog tlačnog ciklusa do ciklusa trostrukog ponovnog zagrijavanja predstavljene su kao funkcija pariteta napajanja.

Ciklus se odabire određivanjem koji od ciklusa odgovara određenom omjeru pariteta kapitala za određenu primjenu. Ako je, na primjer, paritet kapitala 1800 dolara. US / kW, tada se bira dvostruki ili trostruki tlak.

Kao prva aproksimacija, odluka se donosi u korist trostrukog tlačnog ciklusa, jer su uz konstantan paritet kapitala veća učinkovitost i snaga. No, nakon pomnijeg ispitivanja parametara, možda će biti prikladnije odabrati dvostruki tlak pod pritiskom kako bi se zadovoljili drugi zahtjevi.

Postoje slučajevi za koje dijagram odabira ciklusa nije primjenjiv. Najčešći primjer takvog slučaja je kada kupac želi što prije dobiti na raspolaganju električnu energiju, a za njega je optimizacija manje bitna od kratkog vremena isporuke.

Ovisno o okolnostima, možda je preporučljivo odabrati jedan ciklus tlaka tijekom ciklusa s više tlaka, jer je potrebno vrijeme manje. U tu je svrhu moguće razviti niz standardiziranih ciklusa s zadanim parametrima, koji se u takvim slučajevima uspješno koriste.

(Posjećeno 2.507 puta, 1 posjet danas)

O članku u kojem je detalj i jednostavnim riječima opisan ciklus CCGT-450. Članak je zaista vrlo lako probaviti. Želim razgovarati o teoriji. Ukratko, ali do točke.

Posudio sam materijal iz udžbenika "Uvod u toplotnu energiju"... Autori ovog vodiča - I. Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman.Priručnik se nudi studentima USATU-a (Državno zrakoplovno tehničko sveučilište u Ufi) da prouče istoimenu disciplinu.

Plinska turbina (GTU) je toplinski motor u kojem se kemijska energija goriva pretvara prvo u toplinu, a zatim u mehaničku energiju na rotirajućem vratilu.

Najjednostavnija plinska turbina sastoji se od kompresora u kojem se atmosferski zrak komprimira, komore za izgaranje u kojoj se gorivo gori u ovom zraku i turbine u kojoj se produkti izgaranja šire. Budući da je prosječna temperatura plinova tijekom ekspanzije značajno viša od one zraka tijekom kompresije, ispada da je snaga koju turbina razvija bila veća od snage potrebne za okretanje kompresora. Njihova razlika predstavlja korisnu snagu GTU-a.

U fig. 1 prikazuje dijagram, termodinamički ciklus i ravnotežu topline takve biljke. Postupak (ciklus) plinske turbine koji djeluje na ovaj način naziva se otvorenim ili otvorenim. Radna tekućina (zrak, proizvodi izgaranja) se stalno obnavlja - uzima iz atmosfere i baca u nju. Učinkovitost jedinice plinske turbine, kao i kod bilo kojeg toplinskog motora, je omjer korisne snage N jedinice plinske turbine i potrošnje topline dobivene tijekom izgaranja goriva:

η GTU \u003d N GTU / Q T.

Iz energetske bilance proizlazi da je N GTU \u003d Q T - ΣQ P, gdje je ΣQ P ukupna količina topline uklonjene iz GTU ciklusa, jednaka zbroju vanjskih gubitaka.

Glavni dio toplinskih gubitaka jednostavne ciklusne plinske turbine čine gubici sa ispušnim plinovima:

ΔQuh ≈ Quh - Qv; ΔQuh - Qw ≈ 65 ... 80%.

Udio ostalih gubitaka mnogo je manji:

a) gubici od pregorijevanja u komori za izgaranje ΔQc / Qt ≤ 3%;

b) gubici zbog istjecanja radnog fluida; ΔQt / Qt ≤ 2%;

c) mehanički gubici (njihova ekvivalentna toplina uklanja se iz ciklusa s uljem koje hladi ležajeve) ΔNmech / Qt ≤ 1%;

d) gubici u električnom generatoru ΔNeg / Qt ≤ 1 ... 2%;

e) gubitak topline konvekcijom ili zračenjem u okoliš ΔQamb / Qt ≤ 3%

Toplina, koja se ispušnim plinovima uklanja iz GTU ciklusa, može se djelomično koristiti izvan ciklusa GTU, posebno u ciklusu snage pare.

Shematski dijagrami postrojenja kombiniranog ciklusa raznih vrsta prikazani su na Sl. 2.

Općenito, učinkovitost CCGT jedinice:

Ovdje - Qgtu je količina topline dovedene u radni fluid GTU-a;

Qpsu - količina topline dovedene u parni medij u kotlu.

Sl. 1. Princip rada najjednostavnije plinske turbine

a - shematski dijagram: 1 - kompresor; 2 - komora za izgaranje; 3 - turbina; 4 - električni generator;
b - GTU termodinamički ciklus u TS-dijagramu;
c - energetska ravnoteža.

U najjednostavnijem binarnom parno-plinskom postrojenju prema shemi prikazanoj na Sl. 2 a, u kotlu za otpadnu toplinu nastaje sva para: η UPG \u003d 0,6 ... 0,8 (uglavnom ovisno o temperaturi dimnih plinova).

Pri T G \u003d 1400 ... 1500 K η GTU ≈ 0,35, a učinkovitost binarne CCGT jedinice može doseći 50-55%.

Temperatura ispušnih plinova u plinskoturbinskoj turbini je visoka (400-450 ° C), stoga su toplinski gubici s ispušnim plinovima veliki, a učinkovitost elektrana na plinske turbine 38%, tj. Praktički je ista kao i učinkovitost modernih parnih turbina.

Plinske turbinske jedinice rade na plinsko gorivo, što je znatno jeftinije od loživog ulja. Jedinica kapaciteta suvremenih plinskoturbinskih postrojenja doseže 250 MW, što je blizu kapaciteta parnih turbina. Prednosti plinskih turbinskih jedinica u odnosu na parne turbine uključuju:

1. mala potražnja za vodom za hlađenje;
2. manja težina i niži kapitalni troškovi po jedinici snage;
3. sposobnost brzog pokretanja i pojačavanja opterećenja.

Sl. 2. Shematski dijagrami različitih postrojenja za kombinirani ciklus:

a - CCGT s generatorom pare tipa iskorištavanja;
b - CCGT jedinica s ispuštanjem plinova u peć kotla (LPG);
c - CCGT na smjesi pare i plina;
1 - zrak iz atmosfere; 2 - gorivo; 3 - ispušni plinovi u turbini; 4 - ispušni plinovi; 5 - voda iz mreže za hlađenje; 6 - odvod vode za hlađenje; 7 - svježa para; 8 - dovodna voda; 9 - intermedijarno pregrijavanje pare; 10 - regenerativna otpadna para; 11 - para ulazi u komoru za izgaranje nakon turbine.
K - kompresor; T - turbina; PT - parna turbina;
GV, GN - grijači plina i vode visokog i niskog tlaka;
LDPE, HDPE - regenerativni grijači vode za visoki i niski tlak; NPG, UPG - generator niskog tlaka, iskorištavajuća para; KS - komora za izgaranje.

Kombinirajući parnu turbinu i jedinicu plinske turbine sa zajedničkim tehnološkim ciklusom, dobiva se postrojenje za kombinirani ciklus (CCGT), čija je učinkovitost značajno veća od učinkovitosti zasebne parne turbine i plinske turbine.

Učinkovitost elektrane u kombiniranom ciklusu veća je 17-20% u odnosu na uobičajenu elektranu na parne turbine. U varijanti najjednostavnijeg GTP-a s iskorištenjem topline otpadnih plinova, koeficijent iskorištenja topline goriva doseže 82-85%.

Elektrane s kombiniranim ciklusom kombinacija su parnih i plinskih turbina. Ta kombinacija omogućuje smanjenje gubitka toplinske gubitke plinskih turbina ili toplinu ispušnih plinova iz parnih kotlova, što omogućava povećanje učinkovitosti kombiniranih ciklusnih plinskih turbina (CCGT) u usporedbi s odvojeno uzetim parnim turbinama i postrojenjima za plinske turbine.

Trenutno postoje dvije vrste postrojenja za kombinirani ciklus:

a) s visokotlačnim bojlerima i s ispuštanjem turbinskih ispušnih plinova u komoru za izgaranje konvencionalnog kotla;

b) koristeći toplinu ispušnih plinova turbine u kotlu.

Shematski dijagrami ove dvije vrste CCGT prikazani su na Sl. 2.7 i 2.8.

U fig. 2.7 je shematski dijagram CCGT-a s parnim kotlom visokog pritiska (HPG) 1 , koja se opskrbljuje vodom i gorivom, kao u konvencionalnoj termalnoj stanici za proizvodnju pare. Para visokog pritiska ulazi u kondenzacijsku turbinu 5 , na istoj osovini s kojom se nalazi generator 8 ... Para potrošena u turbini prvo ulazi u kondenzator 6 a zatim pomoću pumpe 7 vraća se u kotao 1 .

Slika 2.7. Shematski dijagram psu s vpg-om

Istodobno, plinovi nastali izgaranjem goriva u kotlu, koji imaju visoku temperaturu i tlak, šalju se na plinsku turbinu. 2 ... U istoj osovini s njim nalazi se kompresor 3 , kao u uobičajenoj plinskoj turbini, i drugi električni generator 4 ... Kompresor je dizajniran da pumpa zrak u komoru za izgaranje kotla. Izduvni plinovi turbine 2 zagrijati i dovodnu vodu kotla.

Prednost takve CCGT sheme je da ne zahtijeva ispušni dim za uklanjanje ispušnih plinova iz kotla. Treba napomenuti da funkciju ventilatora za puhanje vrši kompresor 3 ... Učinkovitost takve CCGT jedinice može doseći 43%.

U fig. 2.8 prikazuje shematski dijagram druge vrste CCGT-a. Za razliku od CCGT-a prikazanog na Sl. 2.7, plin u turbinu 2 dolazi iz komore za izgaranje 9 , a ne iz kotla 1 ... Dalje proveo u turbini 2 plinovi zasićeni kisikom do 16 - 18% zbog prisutnosti kompresora ulaze u kotao 1 .

Ova shema (Sl. 2.8) ima prednost u odnosu na CCGT jedinicu o kojoj je gore diskutirano (Sl. 2.7), budući da koristi konvencionalni bojler s mogućnošću korištenja bilo koje vrste goriva, uključujući i kruto. U komori za izgaranje 3 Istodobno se sagorijeva znatno jeftinije plinsko ili tekuće gorivo nego u CCGT-u s parnim kotlom visokog pritiska.

Slika 2.8. Shematski dijagram psu (shema pražnjenja)

Takva kombinacija dviju jedinica (pare i plina) u zajedničku parno-plinsku jedinicu stvara priliku za postizanje veće upravljivosti u usporedbi s uobičajenom termoelektranom.

Shematski dijalog nuklearnih elektrana

Oznakom i tehnološkim principom rada nuklearne elektrane se praktički ne razlikuju od tradicionalnih termoelektrana. Njihova značajna razlika leži, prvo, u činjenici da se u nuklearnoj elektrani, za razliku od termoelektrane, para ne stvara u kotlu, već u jezgri reaktora, i drugo, u tome što se u nuklearnoj elektrani koristi nuklearno gorivo, što uključuje izotopi urana-235 (U-235) i urana-238 (U-238).

Značajka tehnološkog procesa u nuklearnim elektranama je i stvaranje značajnih količina radioaktivnih produkata fisije, u vezi s kojima su nuklearne elektrane tehnički složenije od termoelektrana.

Shema NPP može biti jednokružni, dvokružni i trokružni (Sl. 2.9).

Sl.2.9. Shematski dijagrami NPP-a

Shema s jednim krugom (Sl. 2.9, a) je najjednostavnija. Ispušteno u nuklearnom reaktoru 1 zbog lančane reakcije fisije jezgara teških elemenata, toplina se prenosi rashladnom tekućinom. Para se često koristi kao nosač topline, koji se zatim koristi kao u konvencionalnim elektranama na parne turbine. Međutim, para koja se stvara u reaktoru je radioaktivna. Stoga, da bi se zaštitilo osoblje NEK-a i okoliš, većina opreme mora biti zaštićena od zračenja.

Prema shemama s dva i tri kruga (Sl. 2.9, b i 2.9, c) toplina se iz reaktora odstranjuje rashladnom tekućinom, koja zatim prenosi tu toplinu u radni medij izravno (na primjer, u dvokružnom krugu kroz generator pare 3 ) ili putem medija za grijanje srednjeg kruga (na primjer, u krugu s tri kruga između srednjeg izmjenjivača topline 2 i generator pare 3 ). U fig. 2,9 u brojevima 5 , 6 i 7 kondenzator i crpke su označeni i obavljaju iste funkcije kao u uobičajenoj termoelektrani.

Nuklearni reaktor često se naziva "srcem" nuklearne elektrane. Trenutno postoji dosta vrsta reaktora.

Ovisno o energetskoj razini neutrona, pod utjecajem koje dolazi do fisije nuklearnog goriva, nuklearne elektrane možemo podijeliti u dvije skupine:

NEK sa toplinski reaktori;

NEK sa brzi reaktori.

Pod utjecajem toplinskih neutrona mogu se samo djelovati izotopi urana-235, čiji je sadržaj u prirodnom uraniju samo 0,7%, preostalih 99,3% su izotopi urana-238. Pod utjecajem neutronskog toka više razine energije (brzi neutroni) iz urana-238 nastaje umjetno nuklearno gorivo plutonij-239, koje se koristi u brzim reaktorima. Velika većina reaktivnih reaktora koji su trenutno u pogonu su prvog tipa.

Shematski dijagram reaktora nuklearne energije koji se koristi u dvokružnom NPP shemi prikazan je na Sl. 2.10.

Nuklearni reaktor sastoji se od jezgre, reflektora, rashladnog sustava, sustava upravljanja, regulacije i nadzora, posude i biološke zaštite.

Jezgra reaktora je područje gdje se održava lančana reakcija fisije. Sastoji se od cijepljivog materijala, moderatora i neutronskog reflektora rashladne tekućine, upravljačkih šipki i strukturalnih materijala. Glavni elementi jezgre reaktora, koji osiguravaju oslobađanje energije i samoodržavajuća reakcija, su cijepljivi materijal i moderator. Aktivna zona udaljena je od vanjskih uređaja i osoblja zaštitnom zonom.

Elektrane s kombiniranim ciklusom nazivaju se elektrane u kojima se toplina ispušnih plinova GTU-a izravno ili neizravno koristi za proizvodnju električne energije u ciklusu parnih turbina. Razlikuje se od snage pare i plinskih turbina po svojoj povećanoj učinkovitosti.

Shematski dijagram postrojenja u kombiniranom ciklusu (iz Fomina predavanja).

GT EG para

kompresor Kotao otpadnog topline K

zraka EG

hraniti vodom

KS - komora za izgaranje

GT - plinska turbina

K - kondenzacijska parna turbina

EG - električni generator

Postrojenje za kombinirani ciklus sastoji se od dvije odvojene jedinice: parne snage i plinske turbine.

U postrojenju za plinske turbine, turbina se rotira plinovitim proizvodima izgaranja goriva. Kao gorivo mogu poslužiti i prirodni plin i proizvodi naftne industrije (lož ulje, dizelsko gorivo). Prvi generator smješten je na istoj osovini s turbinom, koja zbog zakretanja rotora stvara električnu struju. Prolazeći kroz plinsku turbinu, proizvodi izgaranja daju joj samo dio energije i još uvijek imaju visoku temperaturu na izlazu plinske turbine. Proizvodi izgaranja iz izlaza plinske turbine ulaze u termoelektranu, u kotao za otpadnu toplinu, gdje se zagrijavaju voda i nastala vodena para. Temperatura produkata izgaranja dovoljna je za dovođenje pare u stanje potrebno za uporabu u parnoj turbini (temperatura dimnih plinova od oko 500 stupnjeva Celzijusa omogućava dobivanje pregrijane pare pod tlakom od oko 100 atmosfera). Parna turbina pokreće drugi električni generator.

Izgledi za razvoj PSU-a (iz udžbenika Ametistov).

1. Postrojenje za kombinirani ciklus je najekonomičniji motor koji se koristi za proizvodnju električne energije. CCGT jedinica s jednim krugom s GTU-om s početnom temperaturom od oko 1000 ° C može imati apsolutnu učinkovitost od oko 42%, što će biti 63% teorijske učinkovitosti CCGT jedinice. Učinkovitost CCGT jedinice s tri kruga s ponovnim zagrijavanjem pare, u kojoj je temperatura plinova ispred plinske turbine već na razini 1450 ° C, već danas doseže 60%, što je 82% od teoretski moguće razine. Nema sumnje da se učinkovitost može još više povećati.

2. Pogon u kombiniranom ciklusu motor je koji je ekološki najprihvatljiviji. To je prije svega zbog visoke učinkovitosti - na kraju krajeva, sva toplina sadržana u gorivu, koja se nije mogla pretvoriti u električnu energiju, baca se u okoliš i dolazi do njegovog toplinskog onečišćenja. Stoga će smanjenje toplinske emisije iz CCGT jedinice u usporedbi s pogonom na paru biti točno u mjeri u kojoj je potrošnja goriva za proizvodnju električne energije manja.

3. Postrojenje za kombinirani ciklus vrlo je upravljiv motor s kojim se u manevriranju može usporediti samo autonomna plinska turbina.

4. Uz isti kapacitet elektrana na paru i elektrana kombiniranog ciklusa, potrošnja rashladne vode CCGT jedinice je otprilike tri puta manja.

5. CCGT jedinica ima umjereni trošak po jedinici kapaciteta, koji je povezan s manjim volumenom građevinskog dijela, s nedostatkom složenog kotla za napajanje, skupim dimnjakom, regenerativnim sustavom grijanja na dovodnu vodu, upotrebom jednostavnije parne turbine i servisnim vodoopskrbnim sustavom.

6. CCGT jedinice imaju znatno kraći ciklus izgradnje. CCGT jedinice, posebice one s jednom osovinom, mogu se uvesti u fazama. To pojednostavljuje problem ulaganja.

Postrojenja u kombiniranom ciklusu praktički nemaju nedostataka, već bi trebalo govoriti o određenim ograničenjima i zahtjevima za opremu i gorivo. Predmetne biljke zahtijevaju uporabu prirodnog plina. U Rusiji, gdje udio relativno jeftinog plina koji se koristi za elektroenergetsku tehnologiju prelazi 60%, a polovica ga se koristi iz ekoloških razloga na CHPP-ima, postoje sve mogućnosti za izgradnju CCGT-a.

Sve ovo sugerira da je izgradnja CCGT-a prevladavajući trend u modernom toplinskom i energetskom postrojenju.

Učinkovitost uporabe CCGT jedinice:

ηCCPU \u003d ηGTU + (1- ηGTU) * ηKU * ηPTU

PTU - parna turbina

KU - bojler otpadne topline

Općenito, učinkovitost CCGT jedinice:

Ovdje - Qgtu je količina topline dovedene u radni fluid GTU-a;

Qsu - količina topline dovedene u parni medij u kotlu.

1. Osnovne toplinske sheme za opskrbu pare i topline iz CHP-a. Koeficijent daljinskog grijanja α CHP. Metode pokrivanja vršnog toplinskog opterećenja u termoelektranama,

CHP (kombinirana termoelektrana) - predviđeni za centralizirano opskrbu potrošača toplinom i električnom energijom. Njihova se razlika od IES-a sastoji u tome što oni koriste toplinu pare potrošene u turbinama za potrebe proizvodnje, grijanja, ventilacije i opskrbe toplom vodom. Zbog ove kombinacije proizvodnje električne i toplinske energije postižu se značajne uštede goriva u usporedbi s odvojenim napajanjem (proizvodnja električne energije u IES-u i toplinska energija u lokalnim kotlovnicama). Zahvaljujući ovoj metodi kombinirane proizvodnje, SPTE postiže dovoljno visoku učinkovitost, dostižući 70%. Stoga su CHP postrojenja rasprostranjena u područjima i gradovima s velikom potrošnjom topline. Maksimalni kapacitet SPTE je manji od IES-a.

CHP postrojenja su vezana za potrošače, jer polumjer prijenosa topline (para, topla voda) je otprilike 15 km. Prigradske CHP postrojenja prenose toplu vodu na višoj početnoj temperaturi na udaljenosti do 30 km. Para za industrijske potrebe s tlakom od 0,8-1,6 MPa može se prenositi na udaljenosti ne većoj od 2-3 km. Uz prosječnu gustoću toplinskog opterećenja, snaga SPTE obično ne prelazi 300-500 MW. Samo u velikim gradovima, poput Moskve ili Sankt Peterburga s velikom gustoćom opterećenja toplinom, ima smisla graditi postrojenja kapaciteta do 1000-1500 MW.

Snaga CHP postrojenja i vrsta turbinskog generatora biraju se u skladu s potrebama za toplinom i parametrima pare koja se koristi u proizvodnim procesima i za grijanje. Najčešće se koriste turbine sa jednim i dva kontrolirana ekstrakcija pare i kondenzatori (vidi Sl.). Kontrolirane ekstrakcije omogućuju vam regulaciju proizvodnje topline i električne energije.

Režim SPTE - dnevni i sezonski - uglavnom se određuje potrošnjom topline. Stanica radi najekonomičnije ako njen električni kapacitet odgovara izlaznoj toplini. Istodobno, minimalna količina pare ulazi u kondenzatore. Zimi, kada je potražnja za toplinom najveća, pri izračunatoj temperaturi zraka tijekom radnog vremena industrijskih poduzeća, opterećenje generatora SPTE-a je blizu nominalnog. Tijekom razdoblja kada je potrošnja topline mala, primjerice ljeti, kao i zimi kada je temperatura zraka viša od izračunate, a noću, električna snaga CHP postrojenja, koja odgovara potrošnji topline, opada. Ako elektroenergetskom sustavu treba električna energija, CHP postrojenje se mora prebaciti na mješoviti način, što povećava protok pare u dijelu turbina i niskog tlaka u kondenzatorima. Istodobno se smanjuje učinkovitost elektrane.

Maksimalna proizvodnja električne energije u kogeneracijskim postrojenjima "na potrošnju topline" moguća je samo ako se rade zajedno s moćnim IES i HE, koji preuzimaju značajan dio opterećenja tijekom sati kada je potrošnja topline smanjena.

komparativna analiza metoda za regulaciju toplinskog opterećenja.

Regulacija kvalitete.

Prednost: stabilan hidraulički režim toplinskih mreža.

Nedostaci:

■ niska pouzdanost izvora vršne toplinske snage;

■ potreba da se koriste skupe metode obrade dopunjavajuće vode sustava grijanja na visokim temperaturama nosača topline;

■ povećani temperaturni raspored radi nadoknade povlačenja vode za opskrbu toplom vodom i povezanog smanjenja proizvodnje električne energije na temelju potrošnje topline;

■ veliki transportni zastoj (toplinska inercija) u regulaciji toplinskog opterećenja sustava opskrbe toplinom;

■ visoka brzina korozije cjevovoda zbog rada sustava opskrbe toplinom tijekom većeg dijela grijanja s temperaturama rashladne tekućine od 60-85 ° C;

■ oscilacije temperature unutarnjeg zraka uzrokovane utjecajem opterećenja tople vode na rad sustava grijanja i različitog odnosa potrošne tople vode i grijanja kod pretplatnika;

■ Smanjiti kvalitetu opskrbe toplinom pri regulaciji temperature nosača topline na prosječnoj vanjskoj temperaturi nekoliko sati, što dovodi do fluktuacija temperature zraka u zatvorenom;

■ Na varijabilnoj temperaturi opskrbne vode rad dilatacija je znatno kompliciran.