Cum funcționează o instalație cu ciclu combinat. Turbine cu gaz și instalații cu ciclu combinat. Criterii pentru alegerea unui CCGT

O unitate de turbină cu gaz cu ciclu combinat (CCGT) este o unitate combinată formată dintr-o unitate de turbină cu gaz, un cazan de căldură uzată (HU) și o turbină cu abur (PT). Ciclurile aburului și gazelor sunt realizate în circuite separate, adică în absența unui contact între produsele de ardere și fluidul de lucru vapori-lichid. Interacțiunea corpurilor de lucru se realizează numai sub formă de schimb de căldură la schimbătoarele de căldură de tip superficial.

Utilizarea instalațiilor cu ciclu combinat este una dintre modalitățile posibile și promițătoare de a reduce costurile de combustibil și energie.

Unitatea CCGT combină cu succes termodinamicul parametrii GTU și centralele cu aburi:

GTU-urile funcționează în zona cu temperaturi ridicate ale fluidului de lucru;

Alimentate cu abur - sunt conduse de produse de ardere deja uzate care părăsesc turbina, adică. acționează ca un schimbător de căldură și folosește energia deșeurilor.

Eficiența instalației este crescută ca urmare a suprastructurii termodinamice a ciclului gazelor la temperatură înaltă cu un ciclu de abur, care reduce pierderea de căldură cu gazele de eșapament din turbina cu gaz.

Astfel, unitatea CCGT poate fi considerată a treia etapă în îmbunătățirea unităților de turbină. Unitățile CCGT sunt motoare promițătoare, atât extrem de economice, cât și cu investiții de capital reduse. Calitățile excelente ale plantelor cu ciclu combinat au determinat domeniile lor de aplicare. CCGT-urile sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică și în alte domenii ale complexului de combustibili și energie.

Utilizarea pe scară largă a unor astfel de instalații este împiedicată de lipsa unui punct de vedere comun asupra celor mai raționale direcții de utilizare a căldurii din turbinele cu gaz.

În prezent, o schemă promițătoare CCGT pentru utilizare la MGP este, de asemenea, o unitate CCGT de utilizare pură, cu o suprastructură de ciclu completă, în care generatorul de abur este încălzit doar de gazele de eșapament ale turbinei de gaz (Fig. 6.1).

Conform acestei scheme, produsele de ardere ale GTU după turbina de joasă presiune (LPT) intră în cazanul termic uzat (HU) pentru a genera aburi de înaltă presiune. Aburul rezultat din WHB intră în turbina cu abur (ST), unde se extinde și execută lucrări utile, care se deplasează la antrenarea unui generator electric sau a suflantei. Aburul uzat după ce FH intră în condensatorul K, unde este condensat și apoi readus în cazanul de căldură uzată de pompa de alimentare (FH). Ciclul termodinamic al unei instalații cu ciclu combinat este prezentat în Fig. 6.2. Ciclul gazelor la temperatură înaltă a unui GTU începe cu procesul de compresiune a aerului într-un compresor axial: 1 → 2. În camera de ardere (și, de asemenea, în regenerator, dacă există), se furnizează căldură 2 → 3; produsele de ardere generate intră în turbina cu gaz, unde se extind și își desfășoară activitatea, procesul 3 → 4; și, în final, gazele de evacuare își cedează căldura în cazanul de căldură uzată, apa de încălzire și abur, 4 → 5. Restul căldurii la temperatură scăzută rămân neutilizate și sunt transferate în mediu, 5 → 1.

Figura 6.1 - Schema schematică a unei unități CCGT cu un cazan de căldură uzată

Figura 6.2 - Schema ciclului unei instalații cu ciclu combinat în coordonate T-S

Ciclul abur-gaz este format dintr-o succesiune de procese: 1 "- 2" - 3 "- 4" - 5 "- 1" (Fig. 6.2). În mod convențional, ciclul începe procesul 1 "- 2" - alimentarea cu căldură în economizor. Apa furnizată din condensator are o temperatură scăzută egală cu 39 ° C (la o presiune în condensator P np \u003d 0,007 MPa). Se încălzește până la punctul de fierbere, aproximativ 170 ... 210 ° C, la o presiune constantă corespunzătoare presiunii de funcționare a centralei 0,8 ... 2,0 MPa. 2 "- 3" - procesul de evaporare a apei în evaporator și transformarea acesteia în abur saturat. 3 "- 4" - supraîncălzire cu abur în supraîncălzitor; 4 "- 5" - procesul de extindere a aburului într-o turbină cu abur, cu efectuarea muncii și pierderea temperaturii; 5 "- 1" - aburul este condensat în condensatorul K, iar apa formată este alimentată din nou la centrala termică uzată KU. Ciclul este închis.

Puterea turbinei cu abur (ST) depinde însăși de căderea reală de căldură sau de entalpia, pe toată turbina cu abur și de debitul de abur. Parametrii consumului de abur și ai aburului sunt determinați de funcționarea cazanului termic uzat. Diagrama schematică a cazanului de căldură reziduală este prezentată în Fig. 6.3.

Cazanul de căldură uzată este un cazan cu abur cu circulație forțată, care nu are propriul foc de foc și este încălzit de gazele de ardere ale oricărei centrale.

Prin urmare, căldura uzată a gazelor de evacuare a turbinei cu o temperatură de aproximativ 400 ° C, este suficientă pentru funcționarea eficientă a instalațiilor de utilizare.

În cursul cazanului, schimbătoarele de căldură sunt instalate în serie: economizatorul de apă "E", evaporatorul "I" și supraîncălzitorul "P".

Un economizator de apă este un schimbător de căldură în care apa este încălzită cu gaze fierbinți la temperaturi scăzute (produse de ardere) înainte de a fi alimentată pe tamburul cazanului (separator).

Aburul este generat în subteranul cazanului după cum urmează. Apa de alimentare, preîncălzită în economizor până la punctul de fierbere a gazelor de ardere, intră în tamburul cazanului. Temperatura gazelor fierbinți din secțiunea de coadă a cazanului nu trebuie să scadă sub 120 ° C *.

În modul de generare a aburului, apa circulă prin evaporator. În evaporator, există o absorbție intensă a căldurii, datorită căreia se produce vaporizarea. Procesul de vaporizare în evaporator are loc la punctul de fierbere al apei de alimentare corespunzător unei anumite presiuni de saturație.

În funcție de ce se aleg cicluri abur-gaz, ce alegere va fi optimă și cum va arăta diagrama de flux a procesului CCGT?

Odată ce paritatea capitalului și configurația în raport cu poziția arborelui sunt cunoscute, preselectarea ciclului poate începe.

Gama variază de la „cicluri de presiune unice” foarte simple până la „cicluri de reîncălzire triplă”. Eficiența ciclului crește odată cu creșterea complexității, dar și costurile de capital cresc. Cheia alegerii ciclului potrivit este de a determina ciclul de presiune care este cel mai potrivit pentru o anumită eficiență și obiective de cost.

Instalație cu ciclu combinat cu un ciclu de presiune

Acest ciclu este adesea utilizat pentru carburanți de calitate inferioară, mai favorabili, precum uleiul brut și combustibilul greu, cu un conținut ridicat de sulf.

În comparație cu ciclurile complexe, investițiile în CCGT-uri ale ciclurilor simple sunt nesemnificative.

Diagrama prezintă o unitate CCGT cu o bobină de evaporator suplimentară la capătul rece al cazanului de căldură reziduală. Acest evaporator extrage căldură suplimentară din gazele de eșapament și emite aburul dezactorului pentru a-l folosi pentru încălzirea apei de alimentare.

Se elimină astfel necesitatea extragerii aburului din turbina cu abur pentru dezactor. Comparativ cu cea mai simplă proiectare cu o singură presiune, rezultatul este o îmbunătățire a eficienței, dar investiția de capital este corespunzător mai mare.

Unitate CCGT cu două cicluri de presiune

Majoritatea instalațiilor combinate aflate în funcțiune au duble cicluri de presiune. Apa este furnizată de două pompe de alimentare separate pentru economizatorul cu dublă presiune.

Citește și: Planuri pentru introducerea centralelor electrice cu ciclu combinat în Rusia

Apa de joasă presiune intră apoi în prima bobină de evaporator și apa de înaltă presiune este încălzită în economizor înainte de a se evapora și supraîncălzește în partea fierbinte a centralei termice uzate. Extragerea din tamburul de joasă presiune furnizează aburi dezactorului și turbinei cu abur.

Eficiența ciclului de presiune dublă, așa cum se arată în diagrama T-S din figură, este mai mare decât eficiența ciclului de presiune unic, datorită utilizării mai complete a energiei gazelor de evacuare a turbinei cu gaz (suprafață suplimentară SS "D" D).

Totuși, acest lucru mărește investițiile de capital pentru echipamente suplimentare, de exemplu, pompe de alimentare, economizatoare cu dublă presiune, evaporate, conducte de joasă presiune și două conducte de abur LP la turbina cu abur. Prin urmare, ciclul analizat este utilizat numai cu o paritate mare de capital.

Unitate CCGT cu ciclu de presiune triplu

Acesta este unul dintre cele mai complexe circuite utilizate astăzi. Se aplică în cazuri cu o paritate capitală foarte mare, în timp ce eficiența ridicată poate fi obținută numai la costuri ridicate.

O a treia etapă este adăugată cazanului de căldură uzată, care folosește suplimentar căldura gazelor de eșapament. Pompa de înaltă presiune furnizează apă de alimentare la economizatorul de înaltă presiune în trei trepte și apoi la tamburul separator de înaltă presiune. O pompă de alimentare cu presiune medie furnizează apă unui tambur separator de presiune medie.

O parte din apa de alimentare de la pompa de presiune medie prin dispozitivul de accelerație intră în tambur - separator de presiune joasă. Aburul de pe tamburul de înaltă presiune intră în supraîncălzitor și apoi în partea de înaltă presiune a turbinei cu abur. Aburul evacuat din partea de înaltă presiune (HPP) este amestecat cu aburul din tamburul de presiune medie, se supraîncălzește și intră în intrarea părții de joasă presiune (LPP) a turbinei cu abur.

Citește și: Cum să alegeți o unitate de turbină cu gaz pentru o stație cu un CCGT

Eficiența poate fi sporită suplimentar prin încălzirea combustibilului cu apă de înaltă presiune înainte de a intra în turbina cu gaz.

Schema de selecție a ciclului

Tipurile de cicluri care variază de la un ciclu de presiune unic la un ciclu de reîncălzire cu triplă presiune sunt prezentate ca funcție a parității de alimentare.

Ciclul este selectat determinând care dintre cicluri corespund unui raport de paritate de capital dat pentru o anumită aplicație. Dacă, de exemplu, paritatea de capital este de 1800 de dolari. SUA / kW, apoi este selectat ciclul presiunii duale sau triple.

Ca o primă aproximare, decizia este luată în favoarea ciclului de triplă presiune, deoarece cu o paritate capitală constantă, eficiența și puterea sunt mai mari. Cu toate acestea, la o examinare mai atentă a parametrilor, poate fi mai potrivit să selectați un ciclu de presiune duală pentru a îndeplini alte cerințe.

Există cazuri pentru care diagrama de selecție a ciclului nu se aplică. Cel mai obișnuit exemplu de astfel de caz este situația în care clientul dorește să dispună de energie electrică cât mai curând posibil, iar optimizarea este mai puțin importantă pentru el decât termenele scurte de livrare.

În funcție de circumstanțe, poate fi indicat să alegeți un ciclu de presiune unic într-un ciclu cu mai multe presiuni, deoarece timpul necesar este mai mic. În acest scop, este posibil să se dezvolte o serie de cicluri standardizate cu parametrii dat, care sunt utilizate cu succes în astfel de cazuri.

(Vizitat de 2.507 ori, 1 vizite astăzi)

Despre articolul în care ciclul CCGT-450 este descris în detaliu și în cuvinte simple. Articolul este într-adevăr foarte ușor de digerat. Vreau să vorbesc despre teorie. Pe scurt, dar la obiect.

Am împrumutat materialul din tutorial „Introducere în tehnologia energiei termice”... Autorii acestui tutorial - I.Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman.Manualul este oferit studenților USATU (Ufa State Aviation Technical University) pentru a studia disciplina cu același nume.

O unitate de turbină cu gaz (GTU) este un motor de căldură în care energia chimică a combustibilului este transformată mai întâi în căldură și apoi în energie mecanică pe un arbore rotativ.

Cea mai simplă unitate de turbină cu gaz este formată dintr-un compresor în care aerul atmosferic este comprimat, o cameră de ardere în care se ard combustibil în acest aer și o turbină în care se extind produsele de ardere. Deoarece temperatura medie a gazelor în timpul expansiunii este semnificativ mai mare decât cea a aerului în timpul comprimării, puterea dezvoltată de turbină se dovedește a fi mai mare decât puterea necesară pentru a roti compresorul. Diferența lor reprezintă puterea utilă a GTU.

În fig. 1 prezintă diagrama, ciclul termodinamic și echilibrul termic al unei astfel de instalații. Procesul (ciclul) unei turbine cu gaz care funcționează în acest fel se numește deschis sau deschis. Lichidul de lucru (aer, produse de ardere) este reînnoit constant - preluat din atmosferă și aruncat în ea. Eficiența unei unități de turbină cu gaz, precum cea a oricărui motor de căldură, este raportul dintre puterea utilă N a unei turbine cu gaz și consumul de căldură obținută în timpul combustiei combustibilului:

η GTU \u003d N GTU / Q T.

Din bilanțul energetic rezultă că N GTU \u003d Q T - ΣQ P, unde ΣQ P este cantitatea totală de căldură eliminată din ciclul GTU, egală cu suma pierderilor externe.

Partea principală a pierderilor de căldură ale unei turbine cu gaz cu ciclu simplu este formată din pierderi cu gaze de evacuare:

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

Ponderea celorlalte pierderi este mult mai mică:

a) pierderi cauzate de arderea în camera de ardere ΔQc / Qt ≤ 3%;

b) pierderi datorate scurgerilor de fluid de lucru; ΔQt / Qt ≤ 2%;

c) pierderi mecanice (căldura lor echivalentă este îndepărtată din ciclu cu răcirea uleiului la rulmenți) ΔNmech / Qt ≤ 1%;

d) pierderi în generatorul electric ΔNeg / Qt ≤ 1 ... 2%;

e) pierderea de căldură prin convecție sau radiații în mediu ΔQamb / Qt ≤ 3%

Căldura, care este îndepărtată din ciclul GTU cu gaze de evacuare, poate fi parțial utilizată în afara ciclului GTU, în special, în ciclul puterii cu abur.

Fig. Schemele plantelor cu ciclu combinat de diferite tipuri sunt prezentate în Fig. 2.

În general, eficiența unității CCGT:

Aici - Qgtu este cantitatea de căldură furnizată fluidului de lucru al GTU;

Qsu - cantitatea de căldură furnizată mediului de abur din cazan.

Fig. 1. Principiul funcționării celei mai simple turbine cu gaz

a - diagrama schematică: 1 - compresor; 2 - camera de ardere; 3 - turbină; 4 - generator electric;
b - ciclul termodinamic GTU în diagrama TS;
c - echilibrul energetic.

În cea mai simplă centrală binară cu abur, conform schemei prezentate în Fig. 2 a, tot aburul este generat în cazanul de căldură uzată: η UPG \u003d 0,6 ... 0,8 (depinde în principal de temperatura gazelor arse).

La T G \u003d 1400 ... 1500 K η GTU ≈ 0,35, iar apoi eficiența unei unități binare CCGT poate ajunge la 50-55%.

Temperatura gazelor de eșapament din turbina cu gaz este ridicată (400-450 ° C), prin urmare, pierderea de căldură cu gazele de eșapament este mare, iar eficiența centralelor cu turbină cu gaz este de 38%, adică este practic aceeași cu eficiența centralelor moderne cu turbă cu abur.

Unitățile de turbină cu gaz funcționează cu combustibil, care este semnificativ mai ieftin decât combustibilul. Capacitatea unitară a instalațiilor moderne de turbină cu gaz atinge 250 MW, ceea ce este aproape de capacitatea instalațiilor de turbină cu abur. Avantajele unităților de turbină cu gaz în comparație cu turbinele cu abur includ:

1. cerere scăzută de apă de răcire;
2. greutate mai mică și costuri de capital mai mici pe unitatea de putere;
3. capacitatea de a porni rapid și de a spori sarcina.

Fig. 2. Diagrame schematice pentru diverse plante cu ciclu combinat:

a - CCGT cu un generator de aburi de utilizare;
b - unitate CCGT cu descărcare de gaze în cuptorul cazanului (GPL);
c - CCGT pe un amestec abur-gaz;
1 - aer din atmosferă; 2 - combustibil; 3 - gaze de evacuare în turbină; 4 - gaze de evacuare; 5 - apă din rețea pentru răcire; 6 - evacuare apă de răcire; 7 - abur proaspăt; 8 - apă de alimentare; 9 - supraîncălzirea intermediară a aburului; 10 - aburi de regenerare; 11 - aburul care intră în camera de ardere după turbină.
K - compresor; T - turbină; PT - turbină cu abur;
GV, GN - încălzitoare de apă de înaltă și joasă presiune;
LDPE, HDPE - încălzitoare regenerative de apă de alimentare cu presiune ridicată și joasă; NPG, UPG - generatoare de abur de joasă presiune, cu utilizare redusă; KS - camera de ardere.

Combinând o turbină cu abur și o unitate de turbină cu gaz cu un ciclu tehnologic comun, se obține o centrală cu ciclu combinat (CCGT), a cărei eficiență este semnificativ mai mare decât eficiența unei turbine cu abur și a unei unități de turbină cu gaz.

Eficiența unei centrale electrice cu ciclu combinat este mai mare cu 17-20% decât cea a unei centrale electrice cu turbă cu abur. În varianta celei mai simple instalații de turbină cu gaz cu recuperare de căldură cu gaze reziduale, coeficientul de utilizare a căldurii combustibilului ajunge la 82-85%.

Centralele electrice cu ciclu combinat sunt o combinație de turbine cu abur și gaze. Această combinație face posibilă reducerea pierderilor de căldură reziduale ale turbinelor cu gaz sau a căldurii gazelor de eșapament din cazanele cu abur, ceea ce asigură o creștere a eficienței turbinelor cu gaz cu ciclu combinat (CCGT) în comparație cu centralele cu turbă cu abur și cu turbine cu gaz.

În prezent, există două tipuri de plante cu ciclu combinat:

a) cu cazane de înaltă presiune și cu evacuarea gazelor de evacuare a turbinei în camera de ardere a unui cazan convențional;

b) folosirea căldurii gazelor de evacuare a turbinei în cazan.

Schemele acestor două tipuri de CCGT sunt prezentate în Fig. 2.7 și 2.8.

În fig. 2.7 prezintă o diagramă schematică a unei unități CCGT cu un cazan cu abur de înaltă presiune (HPG) 1 , care este furnizat cu apă și combustibil, ca într-o stație termică convențională pentru producerea aburului. Aburul de înaltă presiune intră în turbina cu condensare 5 , pe același arbore cu care este amplasat generatorul 8 ... Aburul petrecut în turbină intră mai întâi în condensator 6 iar apoi cu o pompă 7 se întoarce la cazan 1 .

Fig 2.7. Schema schematică a psu cu vpg

În același timp, gazele formate în timpul arderii combustibilului în cazan, cu temperaturi și presiune ridicate, sunt trimise la turbina cu gaz 2 ... Există un compresor pe același arbore cu acesta 3 , ca într-o turbină de gaz convențională și un alt generator electric 4 ... Compresorul este conceput pentru a pompa aer în camera de ardere a cazanului. Gazele de evacuare ale turbinei 2 de asemenea, încălziți apa de alimentare a cazanului.

O astfel de schemă CCGT are avantajul că nu necesită un exhauster de fum pentru a îndepărta gazele de evacuare ale cazanului. Trebuie remarcat faptul că funcția ventilatorului de suflare este îndeplinită de compresor 3 ... Eficiența unei astfel de unități CCGT poate ajunge la 43%.

În fig. 2.8 prezintă o diagramă schematică a unui alt tip de CCGT. Spre deosebire de CCGT prezentat în Fig. 2.7, gaz la turbină 2 provine din camera de ardere 9 , nu din cazan 1 ... Mai mult petrecut în turbină 2 gazele saturate cu oxigen până la 16 - 18% datorită prezenței unui compresor intră în cazan 1 .

Această schemă (Fig. 2.8) are un avantaj față de unitatea CCGT discutată mai sus (Fig. 2.7), deoarece folosește un cazan convențional cu capacitatea de a folosi orice tip de combustibil, inclusiv solid. În camera de ardere 3 În același timp, este ars mult mai puțin costisitor gaz sau lichid decât într-un CCGT cu un cazan cu abur de înaltă presiune.

Fig 2.8. Schema schematică a psu (diagrama de descărcare)

O astfel de combinație de două unități (abur și gaz) într-o unitate comună abur-gaz creează posibilitatea de a obține, de asemenea, o manevrabilitate mai mare în comparație cu o centrală termică convențională.

Schema schematică a centralelor nucleare

Prin desemnarea și principiul tehnologic de funcționare, centralele nucleare practic nu diferă de centralele termice tradiționale. Diferența lor semnificativă constă, în primul rând, în faptul că la o centrală nucleară, spre deosebire de o centrală termică, aburul este generat nu în cazan, ci în miezul reactorului și, în al doilea rând, în faptul că se utilizează combustibil nuclear la centrala nucleară, care include izotopi de uraniu-235 (U-235) și uraniu-238 (U-238).

O caracteristică a procesului tehnologic la centralele nucleare este și formarea unor cantități semnificative de produse de fisiune radioactivă, în legătură cu care centralele nucleare sunt din punct de vedere tehnic mai complexe decât centralele termice.

Schema NPP poate fi cu un singur circuit, cu dublu circuit și cu trei circuite (Fig. 2.9).

Fig.2.9. Diagrame schematice NPP

Schema cu un singur circuit (Fig. 2.9, a) este cea mai simplă. Eliberat într-un reactor nuclear 1 datorită reacției în lanț a fisiunii nucleelor \u200b\u200belementelor grele, căldura este transferată de lichidul de răcire. Aburul este adesea folosit ca purtător de căldură, care este apoi utilizat ca în centralele electrice cu turbă cu abur. Cu toate acestea, aburul generat în reactor este radioactiv. Prin urmare, pentru a proteja personalul NPP și mediul înconjurător, majoritatea echipamentelor trebuie să fie protejate de radiații.

Conform schemelor cu două și trei circuite (fig. 2.9, b și 2.9, c), căldura este îndepărtată din reactor de un lichid de răcire, care apoi transferă această căldură direct în mediul de lucru (de exemplu, ca într-un circuit cu două circuite printr-un generator de aburi 3 ) sau prin intermediul unui mediu intermediar de încălzire (de exemplu, ca într-un circuit cu trei circuite între un schimbător de căldură intermediar 2 și un generator de aburi 3 ). În fig. 2,9 la numere 5 , 6 și 7 condensatorul și pompele sunt desemnate, îndeplinind aceleași funcții ca într-o centrală termică convențională.

Un reactor nuclear este adesea denumit „inima” unei centrale nucleare. În prezent, există destul de multe tipuri de reactoare.

În funcție de nivelul energetic al neutronilor, sub influența căruia se produce fisiunea combustibilului nuclear, centralele nucleare pot fi împărțite în două grupuri:

NPP cu reactoare termice;

NPP cu reactoare rapide.

Sub influența neutronilor termici, numai izotopii de uraniu-235 sunt capabili de fisiune, al căror conținut în uraniu natural este de doar 0,7%, restul de 99,3% sunt izotopi de uraniu-238. Sub influența unui flux de neutroni cu un nivel de energie mai mare (neutroni rapizi) din uraniu-238, se formează combustibil nuclear artificial, plutoniu-239, care este utilizat în reactoarele rapide. Majoritatea copleșitoare a reactoarelor de putere care funcționează în prezent sunt de primul tip.

O figură schematică a unui reactor de energie nucleară utilizat într-o schemă NPP cu două circuite este prezentată în Fig. 2.10.

Un reactor nuclear este format dintr-un nucleu, un reflector, un sistem de răcire, un sistem de control, reglare și monitorizare, un vas și protecție biologică.

Nucleul reactorului este zona în care se menține reacția în lanț de fisiune. Este compus din material fisil, moderator și reflector neutron al lichidului de răcire, tije de control și materiale structurale. Elementele principale ale nucleului reactorului, care asigură eliberarea de energie și reacția de auto-susținere, sunt materialul fisil și moderatorul. Zona activă este îndepărtată de dispozitivele externe și de personal de zona de protecție.

Centralele electrice cu ciclu combinat sunt numite centrale electrice în care căldura gazelor de eșapament dintr-un GTU este folosită direct sau indirect pentru a genera energie electrică într-un ciclu turbine cu abur. Diferență de unitățile de putere cu abur și turbine cu gaz, în ceea ce privește eficiența crescută.

Schema unei centrale cu cicluri combinate (din prelegerea Fominei).

GT EG abur

compresor Cazan termic K

aer EG

alimenta apa

KS - camera de ardere

GT - turbină cu gaz

K - turbină cu abur cu condens

EG - generator electric

Centrala cu ciclu combinat este formată din două centrale separate: energia cu abur și turbina cu gaz.

Într-o instalație de turbină cu gaz, turbina este rotită cu produse gazoase de combustie a combustibilului. Combustibilul poate fi atât gaz natural, cât și produse ale industriei petrolului (combustibil, motorină). Primul generator este situat pe același arbore cu turbina, care, datorită rotației rotorului, generează un curent electric. Trecând prin turbina cu gaz, produsele de ardere îi conferă doar o parte din energia lor și au încă o temperatură ridicată la ieșirea turbinei cu gaz. Produsele de ardere din ieșirea turbinei de gaz intră în centrala cu abur, în cazanul de căldură uzată, unde se încălzește apa și vaporii de apă rezultați. Temperatura produselor de ardere este suficientă pentru a aduce aburul la starea necesară utilizării într-o turbină cu abur (temperatura gazelor arse este de aproximativ 500 de grade Celsius, ceea ce face posibilă obținerea aburului supraîncălzit la o presiune de aproximativ 100 de atmosfere). Turbina cu aburi conduce un al doilea generator electric.

Perspective pentru dezvoltarea PSU (din manualul Ametistov).

1. Uzina cu ciclu combinat este cel mai economic motor utilizat pentru a genera energie electrică. O unitate CCGT cu un singur circuit cu un GTU având temperatura inițială de aproximativ 1000 ° C poate avea o eficiență absolută de aproximativ 42%, ceea ce va reprezenta 63% din eficiența teoretică a unei unități CCGT. Eficiența unei unități CCGT cu trei circuite cu reîncălzire a aburului, în care temperatura gazelor din fața turbinei de gaz este la nivelul de 1450 ° C, atinge deja 60% astăzi, ceea ce reprezintă 82% din nivelul teoretic posibil. Nu există nici o îndoială că eficiența poate fi mărită și mai mult.

2. Instalația cu ciclu combinat este cel mai ecologic motor. Acest lucru se datorează în primul rând eficienței ridicate - la urma urmei, toată căldura conținută în combustibil, care nu a putut fi transformată în energie electrică, este aruncată în mediu și are loc poluarea termică. Prin urmare, scăderea emisiilor termice de la o unitate CCGT în comparație cu una alimentată cu abur va fi exact în măsura în care consumul de combustibil pentru generarea de electricitate este mai mic.

3. Instalația cu ciclu combinat este un motor foarte manevrabil, cu care se poate compara doar o turbină cu gaz autonomă în manevrabilitate.

4. Cu aceeași capacitate de alimentare cu aburi și centrale cu ciclu combinat, consumul de apă de răcire al unității CCGT este de aproximativ trei ori mai mic.

5. Unitatea CCGT are un cost moderat pe unitatea de capacitate, care este asociată cu un volum mai mic al părții de construcție, cu absența unui cazan complex de energie electrică, a unui coș scump, a unui sistem regenerativ de încălzire a apei, utilizării unei turbine cu abur mai simple și a unui sistem de alimentare cu apă.

6. Unitățile CCGT au un ciclu de construcție semnificativ mai scurt. Unitățile CCGT, în special cele cu un singur arbore, pot fi introduse în etape. Acest lucru simplifică problema investițiilor.

Instalațiile cu ciclu combinat nu au practic niciun dezavantaj, ci ar trebui să vorbim despre anumite restricții și cerințe pentru echipamente și combustibil. Instalațiile în cauză necesită utilizarea gazelor naturale. Pentru Rusia, unde ponderea gazului relativ ieftin utilizat pentru inginerie electrică depășește 60% și jumătate din acesta este utilizat din motive de mediu la CHPP, există toate posibilitățile pentru construirea unui CCGT.

Toate acestea sugerează că construcția unei unități CCGT este o tendință predominantă în tehnica modernă a energiei termice.

Eficiența utilizării unității de tip CCGT:

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

PTU - unitate turbine cu abur

KU - cazan termic

În general, eficiența unității CCGT:

Aici - Qgtu este cantitatea de căldură furnizată fluidului de lucru al GTU;

Qpsu - cantitatea de căldură furnizată mediului de abur din cazan.

1. Scheme termice de bază pentru furnizarea de abur și căldură de la un CHP. Coeficientul de încălzire în regiune α de CHP. Metode pentru acoperirea încărcării maxime de căldură la instalațiile CHP,

CHP (centrală termică combinată) - proiectat pentru furnizarea centralizată de energie termică și electricitate consumatorilor. Diferența lor față de IES este că utilizează căldura aburului petrecut în turbine pentru nevoile de producție, încălzire, ventilație și alimentare cu apă caldă. Datorită acestei combinații de energie electrică și energie termică, se obțin economii semnificative de combustibil în comparație cu alimentarea separată (generarea de energie electrică la IES și energia termică la cazanele locale). Datorită acestei metode de producție combinată, CHPP atinge o eficiență suficient de ridicată, ajungând la 70%. Prin urmare, plantele de cogenerare sunt răspândite în zonele și orașele cu un consum mare de căldură. Capacitatea maximă a CHPP este mai mică decât cea a IES.

Plantele de cogenerare sunt legate de consumatori, deoarece raza de transfer de căldură (abur, apă caldă) este de aproximativ 15 km. Plantele suburbane CHP transmit apă caldă la o temperatură inițială mai mare pe o distanță de până la 30 km. Aburul pentru nevoile industriale cu o presiune de 0,8-1,6 MPa poate fi transmis pe o distanță de cel mult 2-3 km. Cu o densitate medie de încărcare a căldurii, puterea unui CHPP nu depășește de obicei 300-500 MW. Doar în orașele mari, cum ar fi Moscova sau Sankt Petersburg, cu o densitate mare de încărcare a căldurii, are sens să construim plante cu o capacitate de până la 1000-1500 MW.

Puterea instalației CHP și tipul de generator de turbină sunt selectate în conformitate cu nevoile de căldură și parametrii aburului folosiți în procesele de producție și pentru încălzire. Turbinele cu una și două extracții de abur controlat și condensatoare sunt cele mai utilizate pe scară largă (vezi Fig.). Extragerile controlate vă permit să reglați producția de căldură și electricitate.

Regimul CHPP - zilnic și sezonier - este determinat în principal de consumul de căldură. Stația funcționează cel mai economic dacă capacitatea sa electrică corespunde producerii de căldură. În același timp, o cantitate minimă de aburi intră în condensatoare. În timpul iernii, când cererea de căldură este maximă, la temperatura aerului de proiectare în timpul orelor de funcționare a întreprinderilor industriale, încărcarea generatoarelor CHPP este aproape de cea nominală. În perioadele în care consumul de căldură este scăzut, de exemplu vara, precum și iarna când temperatura aerului este mai mare decât cea calculată și noaptea, energia electrică a instalației CHP, corespunzătoare consumului de căldură, scade. Dacă sistemul de alimentare are nevoie de energie electrică, instalația CHP trebuie să treacă la un mod mixt, ceea ce crește fluxul de abur în partea de joasă presiune a turbinelor și în condensatoare. Eficiența centralei este astfel redusă.

Generarea maximă de energie electrică de către instalațiile de cogenerare „cu consum de căldură” este posibilă numai atunci când lucrează împreună cu IES-uri și HPP-uri puternice, care ocupă o parte semnificativă a încărcăturii în orele în care consumul de căldură este redus.

analiza comparativă a metodelor de reglare a sarcinii termice.

Reglementarea calității.

Avantaj: regim hidraulic stabil al rețelelor de încălzire.

Dezavantaje:

■ fiabilitate scăzută a surselor de putere termică maximă;

■ necesitatea de a utiliza metode costisitoare de prelucrare a apei de completare a sistemului de încălzire la temperaturi ridicate ale purtătorului de căldură;

■ un program de temperatură crescut pentru a compensa retragerea apei pentru alimentarea cu apă caldă și scăderea asociată a producției de energie electrică bazată pe consumul de căldură;

■ decalaj mare de transport (inerție termică) în reglarea sarcinii termice a sistemului de alimentare cu căldură;

■ rata mare de coroziune a conductelor datorită funcționării sistemului de alimentare cu căldură în cea mai mare parte a perioadei de încălzire cu temperaturi de răcire de 60-85 ° C;

■ fluctuații ale temperaturii aerului intern cauzate de influența încărcării apei calde menajere asupra funcționării sistemelor de încălzire și a raportului diferit dintre încărcarea apei calde și a încărcărilor la abonați;

■ Scăderea calității alimentării cu căldură atunci când se reglează temperatura purtătorului de căldură la temperatura exterioară medie timp de câteva ore, ceea ce duce la fluctuații ale temperaturii aerului din interior;

■ la temperatura variabilă a apei de alimentare, operația îmbinărilor de expansiune este semnificativ complicată.