Էներգետիկ գազատուրբինների տեղադրում. Գազատուրբինային կայանների ցիկլեր

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Գազի տուրբինային ագրեգատները (GTP) մեկ, համեմատաբար կոմպակտ էներգահամալիր են, որտեղ ուժային տուրբինն ու գեներատորը աշխատում են զույգերով։ Համակարգը լայն տարածում է գտել այսպես կոչված փոքր էլեկտրաէներգիայի ոլորտում։ Հիանալի է խոշոր ձեռնարկությունների, հեռավոր բնակավայրերի և այլ սպառողների էլեկտրամատակարարման և ջերմամատակարարման համար: Որպես կանոն, գազատուրբինները աշխատում են հեղուկ վառելիքի կամ գազի վրա։

Առաջընթացի եզրին

Էլեկտրակայանների էներգիայի հզորության բարձրացման գործում առաջատար դերը փոխանցվում է գազատուրբինային բլոկներին և դրանց հետագա էվոլյուցիայի՝ համակցված ցիկլի կայաններին (CCGT): Այսպիսով, ԱՄՆ էլեկտրակայաններում 1990-ականների սկզբից շահագործման հանձնված և արդիականացված հզորությունների ավելի քան 60%-ն արդեն եղել են գազատուրբիններ և համակցված ցիկլով կայաններ, իսկ որոշ երկրներում դրանց մասնաբաժինը որոշ տարիներին հասել է 90%-ի։։

Պարզ գազատուրբինները նույնպես կառուցվում են մեծ քանակությամբ։ Գազատուրբինային կայանը՝ շարժական, տնտեսապես շահագործվող և հեշտ վերանորոգվող, ապացուցվեց, որ օպտիմալ լուծում է առավելագույն բեռները ծածկելու համար: Դարավերջին (1999-2000 թթ.) ընդհանուր հզորությունըգազատուրբինային ագրեգատները հասել են 120000 ՄՎտ-ի: Համեմատության համար՝ 1980-ականներին այս տիպի համակարգերի ընդհանուր հզորությունը կազմում էր 8000-10000 ՄՎտ: Գազային տուրբինների զգալի մասը (ավելի քան 60%) նախատեսված էր աշխատել որպես խոշոր երկուական համակցված ցիկլով կայանների մաս՝ մոտ 350 ՄՎտ միջին հզորությամբ։

Պատմական նախապատմություն

Համակցված ցիկլի տեխնոլոգիաների կիրառման տեսական հիմունքները բավական մանրամասնորեն ուսումնասիրվել են մեր երկրում 60-ականների սկզբին։ Արդեն այն ժամանակ պարզ դարձավ, որ ջերմաէներգետիկայի զարգացման ընդհանուր ուղին կապված է հենց համակցված ցիկլի տեխնոլոգիաների հետ։ Այնուամենայնիվ, դրանց հաջող իրականացումը պահանջում էր հուսալի և բարձր արդյունավետությամբ գազատուրբինային ագրեգատներ:

Գազային տուրբինի կառուցման զգալի առաջընթացն էր, որ որոշեց ժամանակակից որակական թռիչքը ջերմաէներգետիկայի ոլորտում: Մի շարք արտասահմանյան ընկերություններ հաջողությամբ լուծեցին արդյունավետ ստացիոնար գազային տուրբինների ստեղծման խնդիրը այն ժամանակ, երբ հրամանատարական տնտեսության առաջատար առաջատար կազմակերպությունները խթանում էին շոգետուրբինային ամենաքիչ հեռանկարային տեխնոլոգիաները (STP)::

Եթե 60-ականներին գազատուրբինային կայանքների արդյունավետությունը 24-32% էր, ապա 80-ականների վերջին ամենալավ ստացիոնար էներգիայի գազատուրբինային կայանքները արդեն ունեին 36-37 (ինքնավար օգտագործմամբ) արդյունավետություն։ %: Դա հնարավորություն է տվել դրանց հիման վրա ստեղծել CCGT-ներ, որոնց արդյունավետությունը հասել է 50%-ի։ Նոր դարասկզբին այս ցուցանիշը հավասար էր 40%-ի, իսկ համակցված գազային ցիկլով կայանների հետ միասին՝ նույնիսկ 60%։։

Գոլորշի տուրբինի համեմատությունև համակցված ցիկլի կայաններ

Գազային տուրբինների վրա հիմնված համակցված ցիկլի կայաններում անմիջական և իրական հեռանկարը 65% և ավելի արդյունավետություն ձեռք բերելն էր: Միևնույն ժամանակ, գոլորշու տուրբինային կայանների համար (մշակված ԽՍՀՄ-ում) միայն այն դեպքում, եթե հաջողությամբ լուծվեն մի շարք բարդ գիտական խնդիրներ՝ կապված գերկրիտիկական գոլորշու առաջացման և օգտագործման հետ, կարելի է հուսալ 46-ից ոչ ավելի արդյունավետության: 49%: Այսպիսով, արդյունավետության առումով գոլորշու տուրբինային համակարգերը անհույս կերպով զիջում են համակցված ցիկլի համակարգերին։

Զգալիորեն զիջում է շոգետուրբինային էլեկտրակայաններին նաև ծախսերի և շինարարության ժամանակի առումով: 2005 թվականին համաշխարհային էներգետիկ շուկայում 200 ՄՎտ և ավելի հզորությամբ CCGT էներգաբլոկի 1 կՎտ-ի գինը կազմել է $500-600/կՎտ։ Ավելի փոքր հզորությունների CCGT-ների համար արժեքը եղել է $600-900/կՎտ միջակայքում: Հզոր գազատուրբինային կայանները համապատասխանում են 200-250 $/կՎտ արժեքներին։ Միավորի հզորության նվազմամբ դրանց գինը բարձրանում է, բայց սովորաբար չի գերազանցում 500 դոլարը / կՎտ: Այս արժեքները մի քանի անգամ ավելի քիչ են, քան մեկ կիլովատ էլեկտրաէներգիայի արժեքը գոլորշու տուրբինային համակարգերում: Օրինակ, կոնդենսացիոն շոգետուրբինային էլեկտրակայաններում տեղադրված կիլովատի գինը տատանվում է 2000-3000 $/կՎտ միջակայքում։

Գազատուրբինային կայանքի սխեման

Տեղադրումը ներառում է երեք հիմնական միավոր՝ գազատուրբին, այրման խցիկ և օդային կոմպրեսոր: Ավելին, բոլոր ստորաբաժանումները տեղավորված են հավաքովի մեկ շենքում: Կոմպրեսորի և տուրբինի ռոտորները կոշտորեն կապված են միմյանց հետ՝ հենված առանցքակալներով:

Այրման խցիկներ (օրինակ՝ 14 հատ) տեղադրված են կոմպրեսորի շուրջ՝ յուրաքանչյուրն իր առանձին պատյանում: Ընդունելության համարՕդային կոմպրեսորը ծառայում է որպես մուտքային խողովակ, օդը դուրս է գալիս գազատուրբինից արտանետվող խողովակով: Գազի տուրբինի մարմինը հիմնված է հզոր հենարանների վրա, որոնք սիմետրիկորեն տեղադրված են մեկ շրջանակի վրա:

Աշխատանքի սկզբունք

Գազատուրբինային ագրեգատների մեծամասնությունը օգտագործում է շարունակական այրման կամ բաց շրջանի սկզբունքը:

• Նախ աշխատանքային հեղուկը (օդը) մղվում է մթնոլորտային ճնշման տակ համապատասխան կոմպրեսորով:
• Այնուհետև, օդը սեղմվում է ավելի բարձր ճնշման և ուղարկվում է այրման պալատ:
• Մատուցվում է վառելիքով, որն այրվում է մշտական ճնշման տակ՝ ապահովելով ջերմության մշտական մատակարարում։ Վառելիքի այրման պատճառով աշխատանքային հեղուկի ջերմաստիճանը բարձրանում է։
• Հաջորդում է աշխատանքային հեղուկը (այժմ այն արդեն գազ է, որը օդի և այրման արտադրանքի խառնուրդ է) մտնում է գազատուրբին, որտեղ ընդլայնվելով մինչև մթնոլորտային ճնշման՝ օգտակար աշխատանք է կատարում (շրջում է առաջացնող տուրբինը։ էլեկտրականություն).
• Տուրբինից հետո գազերը արտանետվում են մթնոլորտ, որի միջոցով աշխատանքային ցիկլը փակվում է։
• Տուրբինի և կոմպրեսորի աշխատանքի տարբերությունը ընկալվում է էլեկտրական գեներատորի կողմից, որը տեղակայված է տուրբինի և կոմպրեսորի հետ ընդհանուր լիսեռի վրա:

Ընդհատվող այրման կայաններ

Ի տարբերություն նախորդ դիզայնի, ընդհատվող այրման համար օգտագործվում են երկու փականներ մեկի փոխարեն:

• Կոմպրեսորը օդը մղում է այրման պալատի մեջ առաջին փականի միջով, մինչդեռ երկրորդ փականը փակ է:
• Երբ այրման պալատում ճնշումը բարձրանում է, առաջին փականը փակ է:Արդյունքում խցիկի ծավալը փակվում է։
• Փականները փակելիս խցիկում վառելիքն այրվում է, բնականաբար, դրա այրումը տեղի է ունենում հաստատուն ծավալով։ Արդյունքում աշխատանքային հեղուկի ճնշումն էլ ավելի է մեծանում։
• Հաջորդը բացվում է երկրորդ փականը, և աշխատանքային հեղուկը մտնում է գազատուրբին: Այս դեպքում տուրբինի դիմաց ճնշումը աստիճանաբար կնվազի։ Երբ այն մոտենում է մթնոլորտին, երկրորդ փականը պետք է փակել, իսկ առաջինը բացել և կրկնել գործողությունների հաջորդականությունը։

Գազային տուրբինային ցիկլեր

Անդրադառնալով այս կամ այն թերմոդինամիկական ցիկլի գործնական իրականացմանը՝ դիզայներները ստիպված են դիմակայել բազմաթիվ անհաղթահարելի տեխնիկական խոչընդոտների։ Ամենաբնորոշ օրինակը. երբ գոլորշու խոնավությունը 8-12%-ից ավելի է, շոգետուրբինի հոսքի ճանապարհին կորուստները կտրուկ աճում են, դինամիկ բեռները մեծանում են, առաջանում է էրոզիա։ Սա, ի վերջո, հանգեցնում է տուրբինի հոսքի ուղու ոչնչացմանը:

Էներգետիկ ոլորտում այս սահմանափակումների արդյունքում (աշխատանք ստանալու համար) առայժմ լայնորեն օգտագործվում են միայն երկու հիմնական թերմոդինամիկական ցիկլեր՝ Ռանկինի ցիկլը և Բրեյթոնի ցիկլը: Էլեկտրակայանների մեծ մասը հիմնված է այս ցիկլերի տարրերի համակցության վրա:

Ռանկինի ցիկլը օգտագործվում է աշխատանքային հեղուկների համար, որոնք փուլային անցում են կատարում ցիկլի իրականացման ընթացքում, գոլորշու էլեկտրակայանները գործում են այս ցիկլի համաձայն: Գործող հեղուկների համար, որոնք չեն կարող խտանալ իրական պայմաններում, և որոնք մենք անվանում ենք գազեր, օգտագործվում է Բրեյտոնի ցիկլը։ Այս ցիկլի միջոցովԳործում են գազատուրբինային կայաններ և ներքին այրման շարժիչներ։

Օգտագործված վառելիք

Գազային տուրբինների ճնշող մեծամասնությունը նախագծված է բնական գազով աշխատելու համար: Երբեմն հեղուկ վառելիքն օգտագործվում է ցածր էներգիայի համակարգերում (ավելի հաճախ՝ միջին, շատ հազվադեպ՝ բարձր հզորությամբ): Նոր միտում է կոմպակտ գազատուրբինային համակարգերի անցումը պինդ այրվող նյութերի (ածուխ, ավելի քիչ հաճախ տորֆ և փայտ) օգտագործմանը: Այս միտումները պայմանավորված են նրանով, որ գազը արժեքավոր տեխնոլոգիական հումք է քիմիական արդյունաբերության համար, որտեղ դրա օգտագործումը հաճախ ավելի շահավետ է, քան էներգետիկ ոլորտում։ Պինդ վառելիքի վրա արդյունավետ աշխատելու ունակ գազատուրբինային կայանների արտադրությունը ակտիվորեն թափ է հավաքում։

Տարբերությունը ICE-ի և GTU-ի միջև

Ներքին այրման շարժիչների և գազատուրբինային համալիրների միջև հիմնարար տարբերությունը հետևյալն է. Ներքին այրման շարժիչում օդի սեղմման, վառելիքի այրման և այրման արտադրանքի ընդլայնման գործընթացները տեղի են ունենում մեկ կառուցվածքային տարրի մեջ, որը կոչվում է շարժիչի գլան: Գազի տուրբիններում այս գործընթացները բաժանվում են առանձին կառուցվածքային միավորների՝

• սեղմումն իրականացվում է կոմպրեսորում;
• վառելիքի այրում, համապատասխանաբար, հատուկ խցիկում;
• Այրման արտադրանքի ընդլայնումն իրականացվում է գազատուրբինում։

Արդյունքում կառուցվածքային առումով գազային տուրբինները և ներքին այրման շարժիչները քիչ նմանություն ունեն, թեև դրանք գործում են նույն թերմոդինամիկական ցիկլերի համաձայն:

Եզրակացություն

Փոքր էներգիայի արտադրության զարգացմամբ, դրա արդյունավետությունը բարձրացնելով, GTP և STP համակարգերը զբաղեցնում են աճող մասնաբաժին ընդհանուրաշխարհի էներգետիկ համակարգը։ Ըստ այդմ, գազատուրբինային կայանի օպերատորի խոստումնալից մասնագիտությունը գնալով ավելի մեծ պահանջարկ ունի: Հետևելով արևմտյան գործընկերներին՝ ռուսաստանյան մի շարք արտադրողներ յուրացրել են ծախսարդյունավետ գազատուրբինային ագրեգատների արտադրությունը: Սանկտ Պետերբուրգի Severo-Zapadnaya CHPP-ը դարձավ Ռուսաստանում նոր սերնդի առաջին համակցված ցիկլով էլեկտրակայանը: