نصب gtu طرح ها و شاخص های تاسیسات توربین گازی نیروگاه ها

واحدهای توربین گاز (GTU) موتورهای حرارتی هستند که در آنها انرژی حرارتیسیال عامل گازی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. اجزای اصلی عبارتند از: کمپرسور، محفظه احتراق و توربین گاز. برای اطمینان از عملکرد و کنترل، نصب دارای مجموعه ای از سیستم های کمکی به هم پیوسته است. به توربین گازی که با ژنراتور الکتریکی ترکیب می شود، واحد توربین گازی می گویند. توان تولیدی یک دستگاه از بیست کیلووات تا ده ها مگاوات متغیر است. اینها واحدهای توربین گاز کلاسیک هستند. تولید برق در نیروگاه با استفاده از یک یا چند توربین گازی انجام می شود.

دستگاه و توضیحات

تاسیسات توربین گاز از دو بخش اصلی واقع در یک ساختمان تشکیل شده است - یک ژنراتور گاز و یک توربین قدرت. در ژنراتور گاز که شامل محفظه احتراق و توربوشارژر است، جریان گاز ایجاد می شود. درجه حرارت بالابر روی پره های توربین قدرت عمل می کند. با کمک یک مبدل حرارتی، گازهای خروجی استفاده می شود و گرما به طور همزمان از طریق یک دیگ آب گرم یا بخار تولید می شود. بهره برداری از نیروگاه های توربین گاز شامل استفاده از دو نوع سوخت - گازی و مایع است.

در حالت عادی، توربین گاز با گاز کار می کند. در مواقع اضطراری یا ذخیره، هنگامی که تامین گاز قطع می شود، انتقال خودکار به سوخت مایع (دیزل) انجام می شود. در حالت بهینه، نیروگاه های توربین گاز ترکیبی الکتریسیته و انرژی گرمایی تولید می کنند. از نظر میزان انرژی حرارتی تولید شده، توربین های گاز برتری قابل توجهی نسبت به دستگاه های پیستونی گازی دارند. واحدهای توربین در نیروگاه ها هم برای عملیات پایه و هم برای جبران بار پیک استفاده می شوند.

تاریخچه خلقت

ایده استفاده از انرژی جریان گاز داغ از زمان های قدیم شناخته شده بوده است. اولین حق ثبت اختراع برای دستگاهی که همان اجزای اولیه توربین های گازی مدرن را ارائه می کرد به جان باربر انگلیسی در سال 1791 صادر شد. کارخانه توربین گاز شامل کمپرسورها (هوا و گاز)، یک محفظه احتراق و یک چرخ توربین فعال بود، اما هرگز کاربرد عملی دریافت نکرد.

در قرن 19 و اوایل قرن 20، بسیاری از دانشمندان و مخترعان در سراسر جهان یک تاسیسات مناسب برای استفاده عملی ساختند، اما همه تلاش ها به دلیل پیشرفت کم علم و فناوری آن زمان ناموفق بود. توان مفید تولید شده توسط نمونه های اولیه با قابلیت اطمینان عملیاتی و پیچیدگی طراحی کم از 14 درصد تجاوز نمی کند.

برای اولین بار، نیروگاه های توربین گازی در سال 1939 در سوئیس مورد استفاده قرار گرفتند. یک نیروگاه با توربو ژنراتور ساخته شده بر اساس ساده ترین طرح با ظرفیت 5000 کیلو وات به بهره برداری رسید. در دهه 1950، این طرح اصلاح و پیچیده شد، که امکان افزایش راندمان و توان را تا 25 مگاوات فراهم کرد. تولید واحدهای توربین گازی در کشورهای صنعتی به یک سطح و جهت توسعه واحد از نظر ظرفیت ها و پارامترهای واحدهای توربین تبدیل شده است. ظرفیت کل واحدهای توربین گاز تولید شده در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه بر حسب میلیون ها کیلووات برآورد شده است.

اصل عملکرد توربین گاز

هوای اتمسفر وارد کمپرسور شده، فشرده شده و تحت فشار زیاد از طریق بخاری هوا و دریچه توزیع هوا به محفظه احتراق هدایت می شود. در همان زمان، گاز از طریق نازل ها به محفظه احتراق می رسد که در جریان هوا می سوزد. احتراق مخلوط گاز و هوا جریانی از گازهای داغ را تشکیل می دهد که با سرعت زیاد بر روی پره های توربین گاز اثر می گذارد و باعث چرخش آنها می شود. انرژی حرارتی جریان گاز داغ به انرژی مکانیکی چرخش محور توربین تبدیل می شود که کمپرسور و ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد. برق از پایانه های ژنراتور از طریق ترانسفورماتور به شبکه برق مصرف کننده ارسال می شود.

گازهای داغ از طریق احیاگر وارد دیگ آب گرم شده و سپس از طریق مبدل حرارتی وارد دودکش می شود. گردش آب بین دیگ آب گرم و نقطه حرارت مرکزی (CHP) با کمک پمپ های شبکه سازماندهی می شود. مایع گرم شده در دیگ بخار وارد ایستگاه حرارت مرکزی می شود که مصرف کنندگان به آن متصل هستند. چرخه ترمودینامیکی یک نیروگاه توربین گاز شامل تراکم هوای آدیاباتیک در کمپرسور، تامین گرمای ایزوباریک در محفظه احتراق، انبساط آدیاباتیک سیال عامل در توربین گاز و حذف حرارت ایزوباریک است.

گاز طبیعی، متان، به عنوان سوخت برای توربین های گازی استفاده می شود. در حالت اضطراری، در صورت قطع گاز، GTU به بار جزئی تغییر می کند و سوخت دیزلییا گازهای مایع (پروپان بوتان). گزینه های ممکنبهره برداری از یک نیروگاه توربین گاز: تامین برق یا تامین ترکیبی برق و انرژی حرارتی.

تولید همزمان

تولید برق با تولید همزمان انرژی حرارتی همراه را تولید همزمان می گویند. این فناوری می تواند بازده اقتصادی مصرف سوخت را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. بسته به نیاز، کارخانه توربین گاز را می توان به دیگ های آب گرم یا بخار مجهز کرد. این امکان دریافت را فراهم می کند آب گرمیا بخار در فشارهای مختلف.

با استفاده بهینه از دو نوع انرژی، حداکثر اثر اقتصادی تولید همزمان حاصل می شود و ضریب مصرف سوخت (FFU) به 90 درصد می رسد. در این حالت حرارت گاز خروجی و انرژی حرارتی حاصل از سیستم خنک کننده واحدهایی که ژنراتورهای الکتریکی را می چرخانند (در واقع انرژی اتلاف) برای هدف مورد نظر خود استفاده می شود. در صورت لزوم می توان از گرمای بازیافتی برای تولید سرما در ماشین های جذب (تریژنیشن) استفاده کرد. سیستم تولید همزمان از چهار بخش کلیدی تشکیل شده است: محرک اصلی (توربین گاز)، ژنراتور الکتریکی، سیستم بازیابی حرارت، سیستم کنترل و نظارت.

کنترل

دو حالت عملیاتی اصلی وجود دارد که در آن واحدهای توربین گاز کار می کنند:

ثابت. در این حالت، توربین با بار نامی یا جزئی ثابت کار می کند. تا همین اواخر، رژیم ثابت اصلی ترین رژیم برای توربین های گاز بود. خاموش شدن توربین چندین بار در سال برای تعمیرات برنامه ریزی شده یا در صورت بروز نقص انجام می شد.
حالت متغیر امکان تغییر قدرت توربین گاز را فراهم می کند. نیاز به تغییر حالت عملکرد توربین می تواند به یکی از دو دلیل باشد: اگر برق مصرفی ژنراتور الکتریکی به دلیل تغییر بار مصرف کننده متصل به آن تغییر کرده باشد و اگر فشار اتمسفرو دمای هوای وارد شده توسط کمپرسور. حالت های غیر ایستا و سخت ترین آنها شامل توقف و راه اندازی یک نیروگاه توربین گازی است. با دومی، اپراتور تاسیسات توربین گاز باید قبل از اولین شوک روتور عملیات متعددی را انجام دهد. قبل از راه اندازی کامل نصب، چرخش اولیه روتور انجام می شود.

تغییر حالت عملیات نصب با تنظیم عرضه سوخت به محفظه احتراق انجام می شود. وظیفه اصلی کنترل GTU تامین توان مورد نیاز است. یک استثنا یک نیروگاه توربین گاز است که وظیفه اصلی کنترل آن ثابت بودن فرکانس چرخش مرتبط با توربین یک ژنراتور الکتریکی است.

کاربرد انرژی

در صنعت برق ثابت از توربین های گازی برای مصارف مختلف استفاده می شود. به عنوان موتورهای محرک اصلی برای ژنراتورهای الکتریکی در نیروگاه های حرارتی، توربین های گازی عمدتاً در مناطقی با گاز طبیعی کافی استفاده می شوند. با توجه به امکان راه اندازی سریع، توربین های گازی به طور گسترده ای برای پوشش بارهای پیک در سیستم های قدرت در دوره های حداکثر مصرف انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. واحدهای توربین گاز آماده به کار نیازهای داخلی TPP را در هنگام خاموش شدن تجهیزات اصلی تامین می کنند.

بهره وری

به طور کلی راندمان الکتریکی توربین های گازی نسبت به سایر واحدهای برق کمتر است. اما با تحقق کامل پتانسیل حرارتی واحد توربین گاز، اهمیت این شاخص کمتر مرتبط می شود. برای نیروگاه های توربین گازی قدرتمند، یک رویکرد مهندسی وجود دارد که شامل استفاده ترکیبی از دو نوع توربین به دلیل دمای بالای گازهای خروجی است.

انرژی حرارتی تولید شده برای تولید بخار برای توربین بخار استفاده می شود که به موازات توربین گاز استفاده می شود. این کار راندمان الکتریکی را تا 59٪ بهبود می بخشد و راندمان سوخت را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. عیب این رویکرد، پیچیدگی سازنده و افزایش هزینه پروژه است. نسبت انرژی الکتریکی و حرارتی تولید شده توسط GTP تقریبا 1:2 است، یعنی برای 10 مگاوات برق 20 مگاوات انرژی حرارتی تولید می شود.

مزایا و معایب

مزایای توربین های گازی عبارتند از:

سادگی دستگاه. به دلیل عدم وجود بلوک دیگ بخار، سیستم لوله کشی پیچیده و مکانیسم های کمکی زیاد، هزینه های فلزی در واحد نیرو برای نیروگاه های توربین گاز بسیار کمتر است.
حداقل دبی آب که در یک توربین گاز فقط برای خنک کردن روغن عرضه شده به یاتاقان ها مورد نیاز است.
راه اندازی سریع. برای واحدهای توربین گاز، زمان راه اندازی از حالت سرد تا پذیرش بار از 20 دقیقه تجاوز نمی کند. برای نیروگاه بخار یک نیروگاه حرارتی، راه اندازی چند ساعت طول می کشد.

ایرادات:

در بهره برداری از واحدهای توربین گاز، از گاز با دمای اولیه بسیار بالا - بیش از 550 درجه استفاده می شود. این امر باعث ایجاد مشکلاتی در اجرای عملی توربین‌های گازی می‌شود، زیرا برای گرم‌ترین قسمت‌ها به مواد ویژه مقاوم در برابر حرارت و سیستم‌های خنک‌کننده ویژه نیاز است.
حدود نیمی از توان تولید شده توسط توربین برای به حرکت درآوردن کمپرسور استفاده می شود.
توربین های گازی از نظر سوخت محدود هستند، از گاز طبیعی یا سوخت مایع با کیفیت بالا استفاده می شود.
ظرفیت یک نیروگاه توربین گازی به 150 مگاوات محدود شده است.

بوم شناسی

یک عامل مثبت در استفاده از توربین های گازی حداقل محتوای آن است مواد مضردر انتشارات بر اساس این معیار، توربین های گازی از نزدیک ترین رقیب خود - نیروگاه های رفت و برگشتی جلوتر هستند. به دلیل سازگاری با محیط زیست، واحدهای توربین گازی به راحتی می توانند در مجاورت محل سکونت افراد قرار گیرند. محتوای کم انتشارات مضر در حین کار توربین های گاز باعث صرفه جویی در هزینه ساخت دودکش ها و خرید کاتالیزور می شود.

اقتصاد GTU

در نگاه اول، قیمت واحدهای توربین گاز بسیار بالا است، اما با ارزیابی عینی از قابلیت های این تجهیزات قدرت، همه جوانب در جای خود قرار می گیرند. سرمایه گذاری های بالای سرمایه در شروع یک پروژه انرژی به طور کامل با هزینه های پایین در طول عملیات بعدی جبران می شود. علاوه بر این، پرداخت های زیست محیطی به طور قابل توجهی کاهش می یابد، هزینه های خرید برق و گرما کاهش می یابد و تاثیر آن بر محیطو جمعیت به همین دلایل سالانه صدها واحد توربین گازی جدید خریداری و نصب می شود.

توربین گازیموتوری است که مزایای توربین بخار و موتور را ترکیب می کند احتراق داخلی. برخلاف توربین بخار، سیال کار در اینجا بخار دیگ بخار نیست، بلکه گازهایی است که در طی احتراق سوخت در محفظه های ویژه تولید می شود. برخلاف موتور احتراق داخلی، انرژی سیال عامل به انرژی مکانیکی چرخش شفت نه در نتیجه حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر، بلکه با چرخش چرخ توربین تحت عمل یک سرعت بالا تبدیل می شود. جت گازی که از نازل جاری می شود.

توربین گاز مانند توربین بخار مکانیزمی غیرقابل برگشت است، بنابراین برای معکوس کردن در تاسیسات توربین گازی باید یک توربین تهیه کرد. معکوس کردنیا هر وسیله دیگری مانند پیچ گام قابل کنترل (CPP).

کارخانه توربین گاز(GTU) از بخش های اصلی زیر تشکیل شده است: توربین گازی، که در آن انرژی حرارتی گازهای داغ به مکانیکی تبدیل می شود. کمپرسور هوامکیدن و فشرده کردن هوای لازم برای احتراق سوخت. محفظه های احتراق(ژنراتور گاز)، که در آن سوخت مایع اتمیزه شده با هوا مخلوط شده و سوزانده می شود و یک سیال کار تشکیل می دهد - گاز داغ; خطوط لولهبرای تامین هوا به ژنراتور گاز، تامین گاز از ژنراتور به توربین گاز و گازهای خروجی به اتمسفر؛ دستگاه های بازیافت، استفاده از گرمای گازهای خروجی را فراهم می کند.

برنج. 124. فرم کلی(الف) و نمودار یک توربین گاز با محفظه احتراق (ب) (قدرت 4040 کیلووات).

1 - کمپرسور فشار کم; 2 - بخاری هوا; 3 - TVD; 4 - کمپرسور فشار بالا; 5 - توربین راه اندازی; 6 - محفظه احتراق; 7 - نازل؛ 8 - TND;

9 - کولر هوا; 10 - گیربکس

علاوه بر این، GTU شامل سیستم های سوخت و روغن، سوخت محفظه احتراق و روغن برای یاتاقان های توربین و قطار دنده و همچنین یک توربین بخار راه اندازی کوچک با استفاده از بخار از یک دیگ کمکی.

دستگاه توربین گاز شبیه به توربین بخار است. اما توربین گاز بارهای دمایی بالاتری را تجربه می کند: پره های روتور آن در دمای گازهای داغ (650-850 درجه) کار می کنند، در حالی که دمای بخار کار 400-500 درجه است. این امر باعث کاهش قابل توجه عمر توربین گاز می شود. بسته به روش اتخاذ شده برای فشرده سازی هوا و تولید گازهای داغ، توربین های گاز با محفظه احتراق و توربین های گاز با ژنراتورهای گاز پیستونی آزاد (SPGG) متمایز می شوند.

در یک GTP با محفظه احتراق (شکل 124)، هوای بیرون توسط یک کمپرسور گریز از مرکز فشار کم مکیده شده و از طریق یک خنک کننده هوا به یک کمپرسور فشار بالا و از آنجا از طریق یک گرم کننده هوا به محفظه احتراق تغذیه می شود.

در همان زمان، سوخت از طریق نازل به محفظه احتراق تزریق می شود. احتراق و تشکیل گازهای داغ رخ می دهد که به طور متوالی وارد توربین های گاز پرفشار و کم فشار شده و از طریق خط لوله اگزوز به اتمسفر خارج می شوند. یک بخاری هوا و یک دیگ بخار حرارتی در امتداد مسیر گاز اگزوز نصب شده است که بخار آن را می توان برای یک توربو ژنراتور یا برای یک توربین کمکی که توسط یک شفت پروانه تغذیه می شود استفاده کرد. کمپرسورهای گریز از مرکز فشار کم و بالا به ترتیب توسط توربین های فشار کم و بالا هدایت می شوند. فقط توربین کم فشار روی پروانه از طریق گیربکس کار می کند.

برنج. 125. نمای کلی (a) و طرح SPGG (b).

1 - شیرهای ورودی کمپرسور؛ 2 - دریچه های اگزوز کمپرسور;

3 - پیستون کمپرسور; 4 - سیلندر کمپرسور;

5 - پنجره های ورودی; 6 - پنجره های خروجی; 7 - نازل؛ 8 - سیلندر کار; 9 - سیلندر بافر; 10 - پیستون بافر؛ 11 - گیرنده هوای تصفیه; 12 - پیستون کار؛ 13 - مکانیزم همگام سازی پیستون

یک توربین گاز با ژنراتورهای گاز پیستونی آزاد (SPGG) (شکل 125) با توربین گازی با محفظه احتراق متفاوت است زیرا گازهای داغ در یک ژنراتور گاز ویژه که بر اساس اصل یک موتور احتراق داخلی با پیستون‌های آزادانه واگرا کار می‌کند، تشکیل می‌شوند. SPGG یک واحد متقارن متشکل از یک موتور تک سیلندر دو زمانه با پیستون های متضاد متحرک، یک کمپرسور تک مرحله ای است. اقدام سادهو دو سیلندر بافر سیلندر شامل دو پیستون فعال است که به کمپرسورها و پیستون های بافر متصل هستند.

برنج. 126. طرح یک نیروگاه توربین گاز با SGSG.

1 - SPGG; 3 - توربین گاز; 3 - کاهنده; 4 - دیزل ژنراتور

حرکت کاری (واگرا) گروه های پیستون تحت عمل انبساط گاز در سیلندر کار انجام می شود. در این حالت، هوا در سیلندرهای کمپرسور ابتدا فشرده شده و سپس از طریق دریچه های خروجی وارد گیرنده هوای تصفیه می شود. همزمان با فشرده‌سازی هوا در سیلندرهای کمپرسور، هوای سیلندرهای بافر فشرده می‌شود و پس از آن انرژی آن صرف حرکت معکوس پیستون‌های کار و فشرده‌سازی هوا در سیلندر کار می‌شود.

در انتهای حرکت پیستون ابتدا دریچه های اگزوز و سپس دریچه های ورودی باز می شوند. از طریق درگاه های خروجی، گازهای خروجی وارد توربین گاز می شوند و از طریق درگاه های ورودی، هوای فشرده شده تخلیه از گیرنده سیلندر کار را پر می کند.

هوای اضافی با گازهای خروجی داغ مخلوط می شود و همچنین به سمت توربین گاز جریان می یابد.

در حین حرکت معکوس پیستون های کار، تحت تأثیر هوای فشرده شده در سیلندرهای بافر، پنجره های ورودی بسته می شوند، سپس پنجره های خروجی بسته می شوند و در عین حال هوا از طریق دریچه ها به داخل سیلندرهای کمپرسور مکیده می شود. در لحظه ای که پیستون ها به یکدیگر نزدیک می شوند، سوخت از طریق نازل به سیلندر کار تزریق می شود و این روند تکرار می شود.

GTP و SPSG جمع و جور، وزن نسبتاً کوچک 16-24 کیلوگرم بر کیلووات و مصرف سوخت کم 260 گرم در (کیلووات ساعت) هستند. مزیت آن توانایی مونتاژ نیروگاه از چندین SGSG است که استفاده منطقی تر از حجم MCO را ممکن می سازد (شکل 126). علاوه بر انواع توربین های گاز فوق در کشتی های پرسرعت کوچک، به ویژه در هیدروفویل ها، توربین های گازی سبک هواپیما (1.5-4.0 کیلوگرم بر کیلووات) به طور گسترده ای استفاده می شود. اما آنها دارای یک منبع موتور کوچک و افزایش مصرف سوخت (340-380 گرم در کیلووات ساعت) هستند.

نقطه ضعف توربین های گازی در انواع مختلف، به جز افزایش مصرف سوخت و عمر کوتاه، سر و صدای زیاد در MKO است که برای کاهش آن باید به اقدامات خاصی متوسل شد.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

اسناد مشابه

شرح طرح تکنولوژیکی تاسیسات برای استفاده از گرمای گازهای زائد کوره تکنولوژیکی. محاسبه فرآیند احتراق، ترکیب سوخت و میانگین ظرفیت های حرارتی خاصگازها محاسبه تعادل حرارتیکوره و کارایی آن تجهیزات دیگ بخار حرارتی زباله.

مقاله ترم، اضافه شده 10/07/2010

تعیین جرم قابل احتراق و ارزش حرارتی سوخت های هیدروکربنی. محاسبه مقدار نظری و واقعی هوای مورد نیاز برای احتراق. ترکیب، کمیت، جرم محصولات احتراق. تعیین آنتالپی محصولات احتراق برای نفت و گاز.

کار عملی، اضافه شده 12/16/2013

هدف، دستگاه، اجزاء و اصل عملکرد مجتمع "متان" به عنوان حفاظت گاز مستقل معدن. بررسی سلامت تجهیزات. اندازه گیری متان در اتمسفر و عملکرد تجهیزات زمانی که غلظت متان بیش از حد باشد.

کار آزمایشگاهی، اضافه شده 10/15/2009

احتراق کاتالیستی متان. جستجوی روش هایی برای کاهش غلظت اکسیدهای نیتروژن. شرایط آماده‌سازی و مطالعه ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی کاتالیزورهای پالادیوم و اکسید رسوب‌شده بر روی یک حامل فلزی با قاب سلولی.

پایان نامه، اضافه شده 12/19/2011

دستگاه دیگ گرمای زباله P-83. روش تعیین آنتالپی گازها و ضریب استفاده از گرما. ویژگی های محاسبه سوپرهیترها، اواپراتورها و اکونومایزرهای فشار بالا و پایین و همچنین اکونومایزرهای اضافی و جوشان.

کار کنترل، اضافه شده در 2010/06/25

تجزیه و تحلیل اقتصاد انرژی فروشگاه تامین گرما و گاز JSC "Ural Steel". بازسازی دیگ بخار حرارتی زباله KST-80 به منظور نصب توربین چگالشی. اتوماسیون و مکانیزاسیون فرآیندهای تولید. ایمنی شغلی و سازگاری با محیط زیست.

پایان نامه، اضافه شده در 2009/02/17

فناوری تولید اسید سولفوریک و محصولات مبتنی بر آن. توسعه طراحی واحدهای دیگ بخار حرارتی زباله. مکانیزاسیون نگهداری و تعمیرات قسمت دیگ بخار حرارتی زباله. توسعه فرآیند تکنولوژیکیتولید "طناب درام".

پایان نامه، اضافه شده در 1395/09/11

طرح ها و شاخص های تاسیسات توربین گازی نیروگاه ها

نیروگاه های توربین گاز در اتحاد جماهیر شوروی به عنوان نیروگاه های مستقل توزیع محدودی دریافت کرده اند. واحدهای توربین گاز سریال (GTU) بسیار کارآمد نیستند و معمولاً سوخت با کیفیت بالا (مایع یا گاز) مصرف می کنند. با هزینه های سرمایه پایین برای ساخت و ساز، آنها با مانور بالا مشخص می شوند، بنابراین، در برخی از کشورها، به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا، آنها به عنوان نیروگاه های اوج استفاده می شود. GTP ها در مقایسه با توربین های بخار افزایش یافته اند ویژگی های نویزنیاز به عایق صوتی اضافی موتورخانه و ورودی های هوا. کمپرسور هوا بخش قابل توجهی (50-60٪) از توان داخلی توربین گاز را مصرف می کند. با توجه به نسبت خاص کمپرسور و توان توربین گاز، دامنه تغییرات بار الکتریکی توربین گاز کم است.

ظرفیت واحد توربین های گازی نصب شده از 100-150 مگاوات تجاوز نمی کند که بسیار کمتر از ظرفیت واحد مورد نیاز واحدهای بزرگ نیرو است.

اکثر توربین های گاز مدرن بر اساس طرح احتراق مداوم سوخت کار می کنند و بسته به نوع سوخت سوزانده شده در چرخه باز (باز) یا بسته (بسته) انجام می شوند.

که در توربین گاز سیکل بازسوخت مورد استفاده سوخت توربین گاز مایع کم گوگرد یا گاز طبیعی است که به محفظه احتراق وارد می شود (شکل 9.1). هوای لازم برای احتراق سوخت در یک دستگاه تصفیه هوای پیچیده (فیلتر) تمیز می شود و در کمپرسور تا فشار MPa فشرده می شود. برای به دست آوردن دمای گاز معین در مقابل یک توربین گاز درجه سانتی گراد در محفظه احتراق، هوای اضافی مورد نیاز (2.5-5.0) با در نظر گرفتن دمای احتراق نظری سوخت، نوع سوخت، روش احتراق آن و غیره حفظ می شود. گازهای داغ سیال عامل در توربین گاز، جایی که آنها منبسط می شوند، و سپس دما درجه سانتی گراد به داخل دودکش ریخته می شوند.

برنج. 9.1. نمودار شماتیک یک توربین گازی چرخه باز:

به- کمپرسور هوا؛ GT- توربین گازی؛ G -ژنراتور الکتریکی؛ PU- دستگاه راه اندازی؛ F-فیلتر هوا؛ KS- محفظه احتراق سوخت

توربین گاز سیکل بسته(شکل 9.2) امکان استفاده از سوخت مایع جامد و با سولفور بالا (روغن سوخت) سوخته شده در محفظه احتراق، جایی که بخاری سیال کار، معمولاً هوا، نصب می شود را می دهد. گنجاندن کولر هوا در مدار کار تراکم در کمپرسور را کاهش می دهد و احیا کننده راندمان توربین گاز را افزایش می دهد. تاکنون از توربین های گازی سیکل بسته با سیالات کاری دیگر (هلیوم و ...) استفاده نشده است.

مزیت اصلی توربین های گازی برای سیستم قدرت تحرک آنهاست. بسته به نوع نصب، زمان راه اندازی و بارگذاری آن 5-20 دقیقه است. GTU ها با هزینه واحد پایین تر (50-80٪ کمتر از واحدهای برق پایه) مشخص می شوند. درجه بالاآمادگی برای راه اندازی، عدم نیاز به آب خنک کننده، امکان ساخت سریع نیروگاه های حرارتی با ابعاد کوچک نیروگاه و آلودگی جزئی محیطی. در عین حال، توربین های گاز راندمان تولید برق پایینی دارند (30-28٪)، تولید کارخانه آنها پیچیده تر از توربین های بخار است، آنها به سوخت های گران قیمت و کمیاب نیاز دارند. این شرایط همچنین منطقی‌ترین منطقه را برای استفاده از توربین‌های گازی در سیستم قدرت به‌عنوان واحدهای پیک و معمولاً مستقل راه‌اندازی با ظرفیت نصب شده 500 تا 1000 ساعت در سال تعیین کرد. برای چنین تاسیساتی، یک طرح طراحی به شکل یک GTP تک شفت یک چرخه ساده بدون بازسازی یا با یک احیاء کننده حرارت گاز دودکش ترجیح داده می شود (شکل 9.3، a، b). چنین طرحی با سادگی و فشرده بودن نصب مشخص می شود که عمدتاً در کارخانه تولید و مونتاژ می شود. توربین های گاز قدرت، که عملیات آنها در بخش نیمه اساسی برنامه بار الکتریکی برنامه ریزی شده است، از نظر اقتصادی توجیه می شود که طبق یک طرح طراحی پیچیده تر انجام شود (شکل 9.3، ج).

برنج. 9.2. نمودار شماتیک یک واحد توربین گاز سیکل بسته:

معاون- گرم کننده ی هوا؛ GT- توربین گازی؛ آر- احیا کننده؛ VC-کمپرسور هوا؛ جی- ژنراتور الکتریکی؛ PU- دستگاه راه اندازی

برنج. 9.3. طرح های ساختاری انواع مختلف GTU:

آ- GTU یک چرخه ساده بدون بازسازی. ب - GTP یک چرخه ساده با یک بازسازی کننده حرارتی گازهای خروجی. V- GTU دو شفت با تامین حرارت سوخت دو مرحله ای: تی- تامین سوخت؛ KVD. بهره وری- کمپرسورهای هوا با فشار بالا و پایین؛ GTVD، GTND -توربین های گازی فشار قوی و کم فشار

در اتحاد جماهیر شوروی، نیروگاه های توربین گازی با توربین های گازی GT-25-700، GT-45-3، GT-100-750-2 و انواع دیگر با دمای اولیه گاز در مقابل توربین گاز 700 کار می کنند. -950 درجه سانتیگراد شرکت فلزکاری لنینگراد پروژه هایی را برای سری جدیدی از توربین های گازی با ظرفیت 125-200 مگاوات در دمای اولیه گاز 950، 1100 و 1250 درجه سانتی گراد توسعه داده است. آنها طبق یک طرح ساده با چرخه عملیات باز، تک شفت، بدون احیا کننده ساخته شده اند (جدول 9.1). نمودار حرارتی کارخانه توربین گازی GT-100-750-2 LMZ در شکل نشان داده شده است. 9.4، a، و طرح نیروگاه با چنین توربین هایی در شکل نشان داده شده است. 9.4b. این توربین‌های گازی در نیروگاه کراسنودار CHP در GRES im کار می‌کنند. Klassona Mosenergo، در نیروگاه حرارتی اوج در شهر Inot، مجارستان جمهوری خلقو غیره.

جدول 9.1

	نشانگرهای توربین گازی
کارخانه توربین گاز	توان الکتریکی، مگاوات	مصرف هوا از طریق کمپرسور، کیلوگرم بر ثانیه	نسبت تراکم در کمپرسور	دمای اولیه گازها، o C	راندمان الکتریکی،٪
GT-25-700*		194,5	4,7/9,7
GT-35-770			6,7		27,5
GTE-45-2**	54,3(52,9)		7,7		28(27,6)
GT-100-750-2M*			4,5/6,4	750/750
GTE-150
GTE-200			15,6
M9 7001 جنرال الکتریک			9,6		30,7

* کمپرسور توربین و دو شفت؛ شفت با توربین و کمپرسور فشار قوی دارد افزایش فرکانسچرخش

** کارکردن روی گاز طبیعی(سوخت توربین گاز مایع).

برنج. 9.4. کارخانه توربین گاز GT-100-750-2 LMZ:

آ- طرح حرارتی: 1-8 - بلبرینگ GTU؛ / - هوا از جو؛ II- آب خنک کننده؛ III- سوخت (گاز طبیعی)؛ /V - گازهای خروجی؛ V - بخار به توربین راه اندازی (p=1.2 مگاپاسکال، t=235 درجه سانتیگراد). GSH-صدا خفه کن; KND - کمپرسور کم فشار؛ که در- کولرهای هوا؛ KVD- کمپرسور فشار بالا؛ KSVD -محفظه احتراق فشار بالا؛ TVD- توربین فشار بالا؛ KSND -محفظه احتراق کم فشار؛ TND- توربین کم فشار؛ معاون- بلبرینگ داخلی؛ که در- بیماری زا؛ جمعه- توربین راه اندازی؛ APK -شیرهای ضد ولتاژ پشت LPC; ب - طرح (مقطع): / - KND; 2-VO; 3 - HPC; 4 - KSVD; 5 - TVD; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - دودکش؛ 10 - شیر ضد افزایش (APC)؛ ژنراتور الکتریک (G)؛ 12- چرثقیل هوایی؛ 13- فیلترهای تصفیه هوا؛ 14 - سرکوب کننده های سر و صدا؛ 15 - پمپ روغن سیستم کنترل؛ 16- بخاری های گرمایشی؛ /7 - دریچه های دروازه در کانال های گاز اگزوز. 18 - کولرهای روغنی

سوخت توربین گاز مایع مورد استفاده برای توربین های گاز خانگی در نیروگاه تحت فیلتراسیون و شستشو از نمک های فلزات قلیایی قرار می گیرد. سپس یک افزودنی منیزیم به سوخت اضافه می شود تا از خوردگی وانادیوم جلوگیری شود. با توجه به داده های عملیات، چنین آماده سازی سوخت به عملکرد طولانی مدت توربین های گاز بدون آلودگی و خوردگی مسیر جریان کمک می کند.

شعبه روستوف ATEP یک طرح استاندارد برای نیروگاه توربین گازی اوج با GTU GTE-150-1100 ایجاد کرده است. روی انجیر 9.5 یک نمودار حرارتی شماتیک از چنین توربین گازی را نشان می دهد که برای سوزاندن سوخت توربین گاز مایع یا گاز طبیعی طراحی شده است. توربین گاز طبق یک طرح باز ساده ساخته شده است، توربین گاز و روتورهای کمپرسور در یک محفظه قابل حمل قرار دارند که به طور قابل توجهی زمان نصب و هزینه کار را کاهش می دهد. واحدهای توربین گاز به صورت عرضی در موتورخانه نیروگاه با دهانه 36 و سلول بلوک 24 متر نصب می شوند و گازهای دودکش به دودکشی به ارتفاع 120 متر با سه شفت اگزوز گاز فلزی تخلیه می شوند.

برنج. 9.5. نمودار شماتیک کارخانه توربین گاز LMZ GTE-150-1100:

VC- کمپرسور کمکی برای اتمیزاسیون پنوماتیک سوخت: جمعه- توربین بخار؛ آر- کاهنده بلوک دستگاه شتاب دهنده؛ ED -موتور کمپرسور کمکی GT- توربین گازی؛ تی- تامین سوخت مایع، مطابق با GOST 10743-75 = 42.32 MJ/kg (10 110 kcal/kg) DT- دودکش؛ APK- شیر ضد ولتاژ

یکی از ویژگی های مهم نیروگاه های توربین گاز، وابستگی عملکرد آنها به پارامترهای هوای بیرون و در درجه اول به دمای آن است. تحت تأثیر آن، جریان هوا از طریق کمپرسور تغییر می کند، نسبت توان داخلی کمپرسور و توربین گاز و در نتیجه قدرت الکتریکی توربین گاز و کارایی آن تغییر می کند. MPEI محاسبات چند متغیره عملکرد GTE-150 را بر روی سوخت توربین گاز مایع و گاز طبیعی تیومن بسته به دما و فشار هوای بیرون انجام داد (شکل 9.6، 9.7). نتایج به‌دست‌آمده افزایش راندمان حرارتی توربین گاز را با افزایش دمای گاز در جلوی توربین گاز و با کاهش دمای هوای بیرون تأیید می‌کند. افزایش دما از 800 درجه سانتی‌گراد به 1100 درجه سانتی‌گراد، بازده الکتریکی GTP را 3 درصد در -40 درجه سانتی‌گراد و 19 درصد در دمای 40 درجه سانتی‌گراد، افزایش می‌دهد. کاهش دمای هوای بیرون از +40 به -40 درجه سانتیگراد منجر به افزایش قابل توجهی در توان الکتریکی توربین گاز می شود. برای دماهای اولیه مختلف، این افزایش 140-160٪ است. به منظور محدود کردن رشد توان GTU با کاهش دمای هوای بیرون و با در نظر گرفتن امکان بارگذاری بیش از حد ژنراتور الکتریکی (در مورد نوع TGV-200)، لازم است یکی از این دو را تحت تأثیر قرار دهیم. دمای گازهای جلوی توربین گاز، کاهش مصرف سوخت (منحنی 4 در شکل 9.6 و 9.7)، یا در دمای هوای بیرون با مخلوط کردن مقدار کمی از گازهای خروجی (2-4٪) با هوای مکیده شده توسط کمپرسور. همچنین می توان با پوشاندن پره راهنمای ورودی (VNA) کمپرسور GTU، جریان هوای ثابت در محدوده بار 100-80٪ را حفظ کرد.

برنج. 9.6. وابستگی توان الکتریکی توربین گاز به دمای بیرون:

1- =1100 درجه سانتیگراد; 2- = 950 درجه سانتی گراد; 3 - = 800 درجه سانتیگراد؛ 4- = ; - کار GTP روی گاز طبیعی؛ عملکرد توربین گاز با سوخت مایع

برنج. 9.7. وابستگی راندمان الکتریکی واحد توربین گاز به دمای هوای بیرون (به نمادهای شکل 9.6 مراجعه کنید)

تغییر در راندمان الکتریکی در جهت کاهش آن به ویژه در دمای بیرونی بالای 5-10 درجه سانتیگراد قابل توجه است (شکل 9.7). با افزایش دمای هوای بیرون از 15+ تا 40+ درجه سانتی گراد، این راندمان بسته به دمای گازهای جلوی توربین گاز و نوع سوخت سوزانده شده 13 تا 27 درصد کاهش می یابد.

افزایش دمای هوای بیرون باعث افزایش نسبت هوای اضافی پشت توربین گاز و دمای گازهای خروجی می شود که به بدتر شدن عملکرد انرژی توربین گاز کمک می کند.

یک کارخانه توربین گاز (GTU) از دو بخش اصلی تشکیل شده است - یک توربین قدرت و یک ژنراتور که در یک ساختمان قرار دارند. جریان گاز با دمای بالا بر روی پره های توربین قدرت عمل می کند (گشتاور ایجاد می کند). بازیابی حرارت از طریق مبدل حرارتی یا دیگ حرارت هدر رفته راندمان کلی نصب را افزایش می دهد.

GTU می تواند با سوخت مایع و گاز کار کند. در حالت کارکرد عادی - روی گاز و در حالت ذخیره (اضطراری) - به طور خودکار به سوخت دیزل تغییر می کند. حالت بهینه کار یک نیروگاه توربین گاز، تولید ترکیبی گرما و برق است. توربین گاز می تواند هم در حالت پایه و هم برای پوشش بارهای پیک کار کند.

یک کارخانه توربین گازی ساده برای احتراق مداوم و چیدمان عناصر اصلی آن

نمودار شماتیک یک نیروگاه توربین گازی ساده در شکل 1 نشان داده شده است.

تصویر 1.نمودار شماتیک توربین گاز: 1 - کمپرسور. 2 - محفظه احتراق; 3 - توربین گاز; 4 - ژنراتور برق

کمپرسور 1 هوا را از جو می مکد، آن را تا فشار معینی فشرده می کند و به محفظه احتراق 2 می رساند. سوخت مایع یا گاز نیز به طور مداوم در اینجا عرضه می شود. احتراق سوخت در این طرح به طور مداوم و در فشار ثابت اتفاق می‌افتد، بنابراین، چنین GTPهایی را نیروگاه‌های احتراق پیوسته توربین گاز یا GTP با احتراق در فشار ثابت می‌نامند.

گازهای داغ تشکیل شده در محفظه احتراق در نتیجه احتراق سوخت وارد توربین 3 می شود. در توربین، گاز منبسط می شود و انرژی درونیتبدیل به کار مکانیکی گازهای خروجی از توربین به محیط (اتمسفر) خارج می شوند.

بخشی از توان تولید شده توسط توربین گاز صرف چرخش کمپرسور می شود و بقیه (قدرت مفید) به مصرف کننده داده می شود. توان مصرفی کمپرسور نسبتاً زیاد است و در طرح‌های ساده در دمای متوسط محیط کار می‌تواند ۲ تا ۳ برابر بیشتر از توان مفید توربین گاز باشد. این به این معنی است که قدرت کل خود توربین گاز برای مدت طولانی بسیار بیشتر از توان مفید توربین گاز خواهد بود.

از آنجایی که توربین گاز تنها در حضور هوای فشرده که فقط از کمپرسور هدایت شده توسط توربین دریافت می‌شود، می‌تواند کار کند، بدیهی است که GTU باید از یک منبع انرژی خارجی (موتور راه‌اندازی) راه‌اندازی شود که به کمک آن کمپرسور می چرخد تا احتراق محفظه، گاز با پارامترهای خاص و به مقدار کافی برای شروع کار یک توربین گاز شروع به جریان نمی کند.

از توضیحات بالا مشخص می شود که یک کارخانه توربین گاز از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: توربین گاز، کمپرسور و محفظه احتراق. اصل عملکرد و دستگاه این عناصر را در نظر بگیرید.

توربین. شکل 2 نمودار یک توربین ساده تک مرحله ای را نشان می دهد. قسمت های اصلی آن عبارتند از؛ محفظه (سیلندر) توربین 1 که در آن پره های راهنما 2 ثابت شده اند، تیغه کار 3 که در اطراف کل محیط روی لبه دیسک 4 نصب شده است، روی شفت 5 نصب شده است. محور توربین در یاتاقان های 6 می چرخد. مهر و موم انتهایی 7 در مکان هایی که شفت از محفظه خارج می شود نصب می شود و نشت گازهای داغ از محفظه توربین را محدود می کند. تمام قطعات دوار، توربین ها (پره ها، دیسک، شفت) روتور آن را تشکیل می دهند. محفظه با پره های راهنمای ثابت و آب بندی استاتور توربین را تشکیل می دهد. یک دیسک با تیغه ها یک پروانه را تشکیل می دهد.

شکل 2.طرح یک توربین تک مرحله ای

به ترکیب تعدادی از پره های راهنما و کار، مرحله توربین می گویند. شکل 3 نموداری از چنین مرحله توربین را نشان می دهد و در زیر بخشی از پره های راهنما و روتور یک استوانه است. سطوح a-a، سپس روی صفحه طراحی گسترش یافت.

شکل 3نمودار مرحله توربین

پره های راهنما 1 کانال های باریک کننده را در مقطع عرضی تشکیل می دهند که نازل نامیده می شوند. کانال های تشکیل شده توسط پره های روتور 2 نیز معمولاً دارای شکل مخروطی هستند.

گاز داغ در فشار خون بالاوارد نازل های توربین می شود، جایی که منبسط می شود و افزایش سرعت متناظر رخ می دهد. در نتیجه فشار و دمای گاز کاهش می یابد. بنابراین در نازل های توربین، انرژی پتانسیل گاز به انرژی جنبشی تبدیل می شود. گاز پس از خروج از نازل ها وارد کانال های بین تیغه ای تیغه های کار می شود و در آنجا جهت خود را تغییر می دهد. هنگامی که گاز در اطراف پره های روتور جریان دارد، فشار روی سطح مقعر آنها بیشتر از سطح محدب است و تحت تأثیر این اختلاف فشار، پروانه می چرخد (جهت چرخش در شکل 3 با فلش u نشان داده شده است). . بنابراین، بخشی از انرژی جنبشی گاز روی پره های روتور به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که به دلایل قدرت پره های روتور یا دیسک توربین غیرقابل قبول است. در چنین مواردی، توربین ها چند مرحله ای هستند. نمودار یک توربین چند مرحله ای در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4طرح یک توربین چند مرحله ای: 1-بلبرینگ. 2 مهر و موم انتهایی؛ 3-لوله ورودی; 4-بدن؛ 5-پره های راهنما; 6 تیغه کار؛ 7-روتور؛ لوله 8 خروجی توربین

توربین از یک سری مراحل مجزا تشکیل شده است که به صورت سری چیده شده اند که در آن گاز به تدریج منبسط می شود. افت فشار قابل انتساب به هر مرحله و در نتیجه سرعت c1 در هر مرحله از چنین توربین، کمتر از یک مرحله تک مرحله ای است. تعداد مراحل را می توان طوری انتخاب کرد که در یک سرعت محیطی معین و نسبت مورد نظر به دست آید

کمپرسور. طرح یک کمپرسور محوری چند مرحله ای در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5طرح کمپرسور محوری چند مرحله ای: لوله 1 ورودی. 2 مهر و موم انتهایی؛ 3-بلبرینگ; پره راهنمای 4 ورودی؛ 5-تیغه های کاری؛ 6-پره های راهنما; 7- مورد؛ 8-صاف کننده; 9 دیفیوزر; لوله 10 خروجی; 11-روتور.

اصلی آن قطعات تشکیل دهندهعبارتند از: روتور 2 با تیغه های کاری 5 ثابت روی آن، محفظه 7 (سیلندر) که پره های راهنمای 6 و مهر و موم انتهایی 2 به آن متصل شده اند و یاتاقان ها 3. ترکیبی از یک ردیف تیغه های چرخان و یک ردیف پره های راهنمای ثابت واقع شده است. پشت آنها مرحله کمپرسور نامیده می شود. هوای مکیده شده توسط کمپرسور به طور متوالی از عناصر زیر کمپرسور که در شکل 5 نشان داده شده است عبور می کند: لوله ورودی 1، پره راهنمای ورودی 4، گروه مراحل 5، 6، صاف کننده 8، دیفیوزر 9 و لوله خروجی 10.

هدف این عناصر را در نظر بگیرید. لوله انشعاب ورودی برای تامین یکنواخت هوا از جو به پره راهنمای ورودی طراحی شده است که قبل از ورود به درجه اول باید جهت لازم را به جریان بدهد. در مراحل به دلیل انتقال انرژی مکانیکی به جریان هوا از پره های دوار، هوا فشرده می شود. از آخرین مرحله، هوا وارد صاف کننده می شود، که برای دادن جهت محوری جریان قبل از ورود به دیفیوزر طراحی شده است. در دیفیوزر، فشرده سازی گاز به دلیل کاهش انرژی جنبشی آن ادامه می یابد. لوله خروجی برای تامین هوا از دیفیوزر به خط لوله بای پس طراحی شده است. پره های کمپرسور 1 (شکل 6) یک سری کانال های در حال گسترش (دیفیوزر) را تشکیل می دهند. هنگامی که روتور می چرخد، هوا با سرعت نسبی بالا وارد کانال های بین پره ای می شود (سرعت هوا که از پره های متحرک مشاهده می شود). هنگامی که هوا از طریق این کانال ها حرکت می کند، فشار آن در نتیجه کاهش سرعت نسبی افزایش می یابد. در کانال های در حال گسترش تشکیل شده توسط پره های راهنمای ثابت 2، افزایش بیشتر فشار هوا، همراه با کاهش متناظر در انرژی جنبشی آن وجود دارد. بنابراین تبدیل انرژی در مرحله کمپرسور نسبت به مرحله توربین در جهت مخالف صورت می گیرد.

شکل 6نمودار مرحله کمپرسور محوری

محفظه احتراق

هدف از ایجاد محفظه احتراق افزایش دمای سیال عامل به دلیل احتراق سوخت در محیط هوای فشرده است. طرح محفظه احتراق در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7محفظه احتراق

احتراق سوخت تزریق شده از طریق نازل 1 در ناحیه احتراق محفظه رخ می دهد که توسط لوله شعله 2 محدود شده است. این منطقه تنها مقداری از هوا را دریافت می کند که برای احتراق کامل و فشرده سوخت لازم است (این هوا اولیه نامیده می شود).

هوای وارد شده به منطقه احتراق از طریق چرخاننده 3 عبور می کند که به اختلاط خوب سوخت با هوا کمک می کند. در ناحیه احتراق دمای گازها به 1300...2000 درجه سانتی گراد می رسد. با توجه به شرایط قدرت پره های توربین گاز، چنین دمایی غیر قابل قبول است. بنابراین گازهای داغ تولید شده در ناحیه احتراق محفظه با هوای سرد رقیق می شوند که به آن ثانویه می گویند. هوای ثانویه از فضای حلقوی بین لوله شعله 2 و بدنه 4 جریان می یابد. بخشی از این هوا از طریق پنجره های 5 وارد محصولات احتراق می شود و بقیه با چشم های داغ پس از لوله شعله مخلوط می شود. بنابراین کمپرسور باید چندین برابر هوای لازم برای احتراق سوخت به محفظه احتراق برساند و محصولات احتراق وارد شده به توربین به شدت با هوا رقیق شده و خنک می شوند.

شاید خواندن آن مفید باشد: