Namestitev GTU. Sheme in indikatorji plinskoturbinskih naprav elektrarn

Plinske turbine (GTU) so toplotni stroji, v katerih termalna energija Delovna tekočina v plinastem stanju se pretvarja v mehansko energijo. Glavne komponente so: kompresor, zgorevalna komora in plinska turbina. Za zagotovitev delovanja in nadzora ima naprava kompleks medsebojno povezanih pomožnih sistemov. Plinska turbina skupaj z električnim generatorjem se imenuje plinska turbina. Proizvedena moč ene naprave se giblje od dvajset kilovatov do več deset megavatov. To so klasične plinskoturbinske enote. Proizvodnja električne energije v elektrarni se izvaja z uporabo ene ali več plinskoturbinskih enot.

Naprava in opis

Enote plinske turbine so sestavljene iz dveh glavnih delov, ki sta nameščena v enem ohišju - plinskega generatorja in močnostne turbine. Pretok plina nastane v generatorju plina, ki vključuje zgorevalno komoro in turbopolnilnik visoka temperatura, ki delujejo na lopatice močnostne turbine. Z uporabo toplotnega izmenjevalnika se izpušni plini reciklirajo in hkrati proizvede toplota skozi toplovodni ali parni kotel. Delovanje plinskoturbinskih enot vključuje uporabo dveh vrst goriva - plinastega in tekočega.

V normalnem načinu plinska turbina deluje na plin. V zasilnem stanju ali stanju pripravljenosti, ko je oskrba s plinom ustavljena, se izvede samodejni preklop na tekoče (dizelsko) gorivo. V optimalnem načinu plinske turbine proizvajajo kombinirano električno in toplotno energijo. Po količini proizvedene toplotne energije so plinske turbine bistveno boljše od plinskih batnih naprav. Turbinske enote se uporabljajo v elektrarnah tako za delovanje v osnovnem načinu kot za kompenzacijo koničnih obremenitev.

Zgodovina ustvarjanja

Zamisel o uporabi energije toka vročega plina je znana že od antičnih časov. Prvi patent za napravo, ki je imela enake osnovne komponente kot sodobne plinske turbine, je leta 1791 izdal Anglež John Barber. Plinska turbina je vključevala kompresorje (zračni in plinski), zgorevalno komoro in aktivno turbinsko kolo, vendar ni bila nikoli uvedena v praktično uporabo.

V 19. in začetku 20. stoletja so številni znanstveniki in izumitelji po vsem svetu razvili napravo, primerno za praktično uporabo, vendar so bili vsi poskusi neuspešni zaradi nizke razvitosti znanosti in tehnologije tistega časa. Koristna moč, ki so jo proizvedli prototipi, ni presegla 14% z nizko zanesljivostjo delovanja in kompleksnostjo zasnove.

Plinske turbinske elektrarne so bile prvič uporabljene leta 1939 v Švici. Začela je obratovati elektrarna s turbogeneratorjem, izdelanim po najpreprostejši konstrukciji, z močjo 5000 kW. V 50. letih je bila ta shema izpopolnjena in zapletena, kar je omogočilo povečanje učinkovitosti in moči na 25 MW. Proizvodnja plinskoturbinskih enot v industrializiranih državah se je glede na zmogljivosti in parametre turbinskih enot oblikovala v enotno raven in smer razvoja. Skupna zmogljivost plinskih turbin, proizvedenih v Sovjetski zvezi in Rusiji, znaša milijone kW.

Načelo delovanja plinske turbine

Atmosferski zrak vstopa v kompresor, se stisne in se pod visokim pritiskom usmeri skozi grelnik zraka in razdelilni ventil zraka v zgorevalno komoro. Istočasno se skozi šobe v zgorevalno komoro dovaja plin, ki v zračnem toku zgori. Zgorevanje mešanice plina in zraka tvori tok vročih plinov, ki z veliko hitrostjo deluje na lopatice plinske turbine in povzroča njihovo vrtenje. Toplotna energija toka vročih plinov se pretvori v mehansko energijo vrtenja turbinske gredi, ki poganja kompresor in električni generator. Električna energija s sponk generatorja se prek transformatorja pošlje v električno omrežje porabnika.

Vroči plini vstopajo v toplovodni kotel skozi regenerator in nato skozi toplotni izmenjevalnik v dimnik. Kroženje vode je organizirano med toplovodnim kotlom in centralno kurilno točko (CHS) s pomočjo omrežnih črpalk. Tekočina, segreta v kotlu, teče v centralno toplotno postajo, na katero so priključeni porabniki. Termodinamični cikel plinskoturbinske naprave je sestavljen iz adiabatnega stiskanja zraka v kompresorju, izobaričnega dovoda toplote v zgorevalno komoro, adiabatnega raztezanja delovne tekočine v plinski turbini in izobaričnega odvzema toplote.

Kot gorivo za plinsko turbinsko enoto se uporablja zemeljski plin - metan. V zasilnem načinu se v primeru prekinitve oskrbe s plinom plinskoturbinski agregat preklopi na delno obremenitev in dizelsko gorivo ali utekočinjeni plini (propan-butan). Možne možnosti obratovanje plinskoturbinske enote: dobava električne energije ali kombinirana dobava električne in toplotne energije.

Kogeneracija

Proizvodnja električne energije ob hkratni proizvodnji spremljajoče toplotne energije se imenuje soproizvodnja. Ta tehnologija lahko bistveno izboljša ekonomsko učinkovitost porabe goriva. Glede na potrebe je lahko plinskoturbinski agregat dodatno opremljen s toplovodnimi ali parnimi kotli. To omogoča prejemanje topla voda ali para različnih pritiskov.

Z optimalno izrabo dveh vrst energije je dosežen največji ekonomski učinek soproizvodnje, faktor izkoriščenosti goriva (FUF) pa doseže 90 %. V tem primeru se toplota izpušnih plinov in toplotna energija iz hladilnega sistema agregatov, ki vrtijo električne generatorje (v bistvu odpadna energija), uporabita za predvideni namen. Po potrebi lahko pridobljeno toploto uporabimo za proizvodnjo hladu v absorpcijskih strojih (trigeneracija). Sistem soproizvodnje je sestavljen iz štirih ključnih delov: glavnega pogona (plinske turbine), električnega generatorja, sistema za rekuperacijo toplote ter sistema za nadzor in nadzor.

Nadzor

Obstajata dva glavna načina delovanja plinskoturbinskih enot:

  • Stacionarni. V tem načinu turbina deluje pri fiksni nazivni ali delni obremenitvi. Do nedavnega je bil stacionarni način glavni za plinske turbine. Turbina je bila večkrat letno ustavljena zaradi rednih popravil ali v primeru okvar.
  • Spremenljivi način omogoča spreminjanje moči plinskoturbinske enote. Potrebo po spremembi načina delovanja turbine lahko povzroči eden od dveh razlogov: če se je moč, ki jo porabi električni generator, spremenila zaradi spremembe obremenitve porabnika, ki je nanj priključen, in če Atmosferski tlak in temperaturo zraka, ki ga zajema kompresor. Nestacionarni načini in najbolj zapleteni vključujejo zaustavitev in zagon plinskoturbinske enote. Pri slednjem mora upravljavec plinske turbine pred prvim udarcem rotorja izvesti številne operacije. Pred popolnim zagonom naprave se rotor predhodno zavrti.

Spreminjanje načina delovanja naprave se izvede s prilagajanjem dovoda goriva v zgorevalno komoro. Glavna naloga krmiljenja plinske turbine je zagotavljanje potrebne moči. Izjema je plinska turbinska elektrarna, za katero je glavna naloga nadzora konstantnost frekvence vrtenja, povezane s turbino električnega generatorja.

Energetske aplikacije

V stacionarni elektroenergetiki se plinskoturbinske enote uporabljajo za različne namene. Plinskoturbinske enote se uporabljajo predvsem kot glavni pogonski motorji električnih generatorjev v termoelektrarnah na območjih z zadostnimi količinami zemeljskega plina. Zaradi možnosti hitrega zagona se plinskoturbinske enote pogosto uporabljajo za pokrivanje koničnih obremenitev elektroenergetskih sistemov v obdobjih največje porabe energije. Rezervne plinske turbinske enote zagotavljajo notranje potrebe termoelektrarn med zaustavitvijo glavne opreme.

Učinkovitost

Na splošno je električni izkoristek plinskih turbin nižji kot pri drugih pogonskih sklopih. Toda s popolno realizacijo toplotnega potenciala plinskoturbinske enote postane pomen tega kazalnika manj pomemben. Za močne plinske turbine obstaja inženirski pristop, ki vključuje kombinirano uporabo dveh vrst turbin zaradi visoke temperature izpušnih plinov.

Ustvarjena toplotna energija se uporablja za proizvodnjo pare za parno turbino, ki se uporablja vzporedno s plinsko turbino. To poveča električni izkoristek na 59 % in bistveno izboljša izkoristek goriva. Pomanjkljivost tega pristopa je, da postane dizajn bolj zapleten in dražji. Razmerje električne in toplotne energije, ki jo proizvede GTU, je približno 1:2, kar pomeni, da za 10 MW električne energije proizvedemo 20 MW toplotne energije.

Prednosti in slabosti

Prednosti plinskih turbin vključujejo:

  • Enostavnost naprave. Zaradi odsotnosti kotlovskega bloka, zapletenega cevovodnega sistema in številnih pomožnih mehanizmov imajo plinske turbinske naprave bistveno manjšo porabo kovine na enoto moči.
  • Minimalna poraba vode, ki je v plinski turbinski enoti potrebna samo za hlajenje olja, ki se dovaja v ležaje.
  • Hitro zagon. Pri plinskoturbinskih enotah čas zagona iz hladnega stanja pred prevzemom obremenitve ne presega 20 minut. Za parno elektrarno termoelektrarne zagon traja več ur.

Napake:

  • Enote plinskih turbin uporabljajo plin z zelo visoko začetno temperaturo - več kot 550 stopinj. To povzroča težave pri praktični zasnovi plinskih turbin, saj so za najbolj segrete dele potrebni posebni toplotno odporni materiali in posebni hladilni sistemi.
  • Približno polovica moči, ki jo razvije turbina, se porabi za pogon kompresorja.
  • Plinske turbine so omejene na gorivo; uporablja se zemeljski plin ali visokokakovostno tekoče gorivo.
  • Moč ene plinske turbine je omejena na 150 MW.

Ekologija

Pozitiven dejavnik pri uporabi plinskoturbinskih enot je minimalna vsebnost škodljive snovi v emisijah. Po tem kriteriju so plinske turbine pred svojim najbližjim konkurentom - batnimi elektrarnami. Zaradi svoje prijaznosti do okolja se lahko plinske turbinske enote brez težav postavijo v bližino bivališč ljudi. Nizka vsebnost škodljivih emisij med delovanjem plinske turbine vam omogoča, da prihranite denar pri gradnji dimnikov in nakupu katalizatorjev.

Ekonomika GTU

Na prvi pogled so cene plinskoturbinskih enot precej visoke, vendar z objektivno oceno zmogljivosti te energetske opreme vsi vidiki pridejo na svoje mesto. Visoke kapitalske naložbe na začetku energetskega projekta se v celoti nadomestijo z nepomembnimi stroški med nadaljnjim delovanjem. Poleg tega se bistveno zmanjšajo okoljska plačila, zmanjšajo se stroški za nakup električne in toplotne energije ter vpliv na okolju in prebivalstva. Zaradi teh razlogov je vsako leto kupljenih in nameščenih na stotine novih plinskoturbinskih enot.

Plinska turbina je motor, ki združuje prednosti parne turbine in motorja notranje zgorevanje. Za razliko od parne turbine delovna tekočina tukaj ni para iz kotlov, temveč plini, ki nastanejo pri zgorevanju goriva v posebnih komorah. Za razliko od motorja z notranjim zgorevanjem se energija delovne tekočine pretvori v mehansko energijo vrtenja gredi ne zaradi izmeničnega gibanja bata v cilindru, temveč zaradi vrtenja turbinskega kolesa pod delovanjem toka visoke hitrosti. plinov, ki tečejo iz šobe.

Plinska turbina je tako kot parna turbina nepovratni mehanizem, zato je za vzvratno delovanje plinskih turbinskih naprav potrebno zagotoviti turbino vzvratno ali katero koli drugo napravo, na primer propeler z nadzorovanim korakom (CPR).

Tovarna plinskih turbin(GTU) je sestavljen iz naslednjih glavnih delov: plinska turbina, pri katerem se toplotna energija vročih plinov pretvori v mehansko energijo; kompresor, sesanje in stiskanje zraka, potrebnega za zgorevanje goriva; zgorevalne komore(plinski generator), v katerem se razpršeno tekoče gorivo zmeša z zrakom in zgori, pri čemer nastane delovna tekočina - vroč plin; cevovodov za dovod zraka v plinski generator, dovod plinov iz generatorja v plinsko turbino in odvod izpušnih plinov v ozračje; naprave za recikliranje, ki zagotavlja uporabo toplote iz izpušnih plinov.

riž. 124. Splošni obrazec(a) in diagram plinskoturbinske enote z zgorevalno komoro (b) (moč 4040 kW).

1 - kompresor nizek pritisk; 2 - grelnik zraka; 3 - gledališče; 4 - kompresor visok pritisk; 5 - zagonska turbina; 6 - zgorevalna komora; 7 - šoba; 8 - TND;

9 - hladilnik zraka; 10 - menjalnik

Poleg tega GTU vključuje sistemi za gorivo in olje, ki dovaja gorivo v zgorevalno komoro in olje v ležaje turbine in zobniški pogon, kot tudi zagonsko parno turbino majhne moči, ki uporablja paro iz pomožnega kotla.

Zasnova plinske turbine je podobna parni turbini. Toda plinska turbina doživlja višje temperaturne obremenitve: njene delovne lopatice delujejo pri temperaturi vročih plinov (650-850 °), medtem ko je temperatura delovne pare 400-500 °. To bistveno zmanjša življenjsko dobo plinske turbine. Glede na sprejeti način kompresije zraka in tvorbe vročih plinov ločimo plinske turbine z zgorevalno komoro in plinske turbine s prostim batom (SPGG).

V plinskoturbinski enoti z zgorevalno komoro (slika 124) se zunanji zrak vsesa z nizkotlačnim centrifugalnim kompresorjem in se preko zračnega hladilnika dovaja v visokoobremenjeni kompresor: tlak, od tam pa skozi grelnik zraka v zgorevalno komoro.

Istočasno se skozi šobo vbrizga gorivo v zgorevalno komoro. Pride do zgorevanja in nastajajo vroči plini, ki zaporedno vstopajo v visoko- in nizkotlačne plinske turbine in se skozi izpušni plinovod izpuščajo v ozračje. Na poti izpušnih plinov sta nameščena grelnik zraka in rekuperacijski kotel, para iz katerega se lahko uporablja za turbogenerator ali za pomožno turbino, ki deluje na gred propelerja. Nizkotlačne in visokotlačne centrifugalne kompresorje poganjajo nizkotlačne oziroma visokotlačne turbine. Samo nizkotlačna turbina poganja propeler skozi menjalnik.

riž. 125. Splošni pogled (a) in diagram SPGG (b).

1 - vstopni ventili kompresorja; 2 - izpušni ventili kompresorja;

3 - bat kompresorja; 4 - valj kompresorja;

5 - vstopna okna; 6 - izpušna okna; 7 - šoba; 8 - delovni valj; 9 - vmesni valj; 10 - puferski bat; 11 - sprejemnik odzračevalnega zraka; 12 - delovni bat; 13 - batni sinhronizacijski mehanizem

Plinska turbina z generatorji s prostim batom (SPGG) (slika 125) se razlikuje od plinskoturbinske enote z zgorevalno komoro po tem, da nastajajo vroči plini v posebnem plinskem generatorju, ki deluje po principu motorja z notranjim zgorevanjem s prosto. divergentni bati. SGNG je simetrična enota, sestavljena iz dvotaktnega enovaljnega motorja z nasprotno gibajočimi se bati, enostopenjskega kompresorja preprosto dejanje in dva vmesna cilindra. Cilinder vsebuje dva delovna bata, povezana s kompresorji in puferske bate.

riž. 126. Postavitev plinske turbinske elektrarne z UZP.

1 - SPGG; 3 - plinska turbina; 3 - menjalnik; 4 - dizelski generator

Delovni (divergentni) hod batnih skupin se izvaja pod vplivom plina, ki se širi v delovnem cilindru. V tem primeru se zrak v valjih kompresorja najprej stisne in nato teče skozi izpušne ventile v sprejemnik splakovalnega zraka. Hkrati s stiskanjem zraka v cilindrih kompresorja se zrak v vmesnih valjih stisne, nato pa se njegova energija porabi za obračanje delovnih batov in stiskanje zraka v delovnem valju.

Na koncu giba bata se najprej odprejo izpušna, nato pa sesalna okna. Skozi izpušne odprtine vstopijo izpušni plini v plinsko turbino, skozi sesalne odprtine pa stisnjen čistilni zrak iz sprejemnika napolni delovni valj.

Presežek čistilnega zraka se pomeša z vročimi izpušnimi plini in prav tako dovaja v plinsko turbino.

Med povratnim hodom delovnih batov se pod vplivom zraka, stisnjenega v vmesnih valjih, zaprejo vstopna okna, nato izstopna okna, hkrati pa se skozi ventile v kompresorske valje vsesa zrak. V trenutku, ko se bati približajo drug drugemu, se gorivo skozi šobo vbrizga v delovni valj in postopek se ponovi.

Plinske turbine in LPGG so kompaktni, imajo relativno nizko težo 16-24 kg/kW in nizko porabo goriva 260 g/(kWh). Prednost je možnost sestavljanja elektrarne iz več NGV, kar omogoča učinkovitejšo uporabo prostornine MCO (slika 126). Poleg zgoraj navedenih vrst plinskih turbin se na majhnih hitrih plovilih, zlasti na hidrogliserjih, pogosto uporabljajo lahke letalske plinske turbine (1,5-4,0 kg/kW). Imajo pa kratko življenjsko dobo in povečano porabo goriva (340-380 g/kWh).

Pomanjkljivost vseh vrst plinskih turbin je poleg povečane porabe goriva in kratke življenjske dobe visoka raven hrupa v MKO, za zmanjšanje katere je potrebno uporabiti posebne ukrepe.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Dobro opravljeno na spletno mesto">

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Podobni dokumenti

    Opis tehnološke sheme naprave za recikliranje toplote iz odpadnih plinov procesne peči. Izračun zgorevalnega procesa, sestave goriva in povprečja specifične toplotne kapacitete plini Izračun toplotna bilanca peč in njena učinkovitost. Oprema za kotle na odpadno toploto.

    tečajna naloga, dodana 10.7.2010

    Določanje gorljive mase in zgorevalne toplote ogljikovodikovih goriv. Izračun teoretične in dejanske količine zraka, potrebnega za zgorevanje. Sestava, količina, masa produktov zgorevanja. Določanje entalpije produktov zgorevanja nafte in plina.

    praktično delo, dodano 16.12.2013

    Namen, zasnova, komponente in princip delovanja kompleksa "Metan" kot neodvisna plinska zaščita rudnika. Preverjanje funkcionalnosti opreme. Merjenje metana v atmosferi in sprožitev opreme ob prekoračitvi koncentracije metana.

    laboratorijske vaje, dodano 15.10.2009

    Katalitično zgorevanje metana. Iskanje metod za zmanjšanje koncentracije dušikovih oksidov. Pogoji priprave in proučevanje fizikalno-kemijskih lastnosti paladijevih in oksidnih katalizatorjev, nanesenih na kovinski nosilec s celičnim okvirjem.

    diplomsko delo, dodano 19.12.2011

    Izgradnja kotla za odpadno toploto P-83. Postopek določanja plinskih entalpij in koeficienta toplotnega izkoristka. Značilnosti izračuna parnih pregrevalcev, uparjalnikov in visokotlačnih in nizkotlačnih ekonomizatorjev ter dodatnih in vrelnih ekonomizatorjev.

    test, dodan 25.06.2010

    Analiza energetskega upravljanja delavnice za oskrbo s toploto in plinom Ural Steel OJSC. Rekonstrukcija kotla odpadne toplote KST-80 za vgradnjo kondenzacijske turbine. Avtomatizacija in mehanizacija proizvodnih procesov. Varnost pri delu in prijaznost do okolja.

    diplomsko delo, dodano 17.02.2009

    Tehnologija za proizvodnjo žveplove kisline in izdelkov na njeni osnovi. Razvoj zasnove komponent kotla na odpadno toploto. Mehanizacija vzdrževalnih in popravljalnih del kotla na odpadno toploto. Razvoj tehnološki proces izdelava "vrvnega bobna".

    diplomsko delo, dodano 09.11.2016

Sheme in indikatorji plinskoturbinskih naprav elektrarn

Elektrarne na plinske turbine v ZSSR so bile omejeno razširjene kot samostojne elektrarne. Serijske plinskoturbinske enote (GTU) imajo nizek izkoristek in praviloma porabijo visoko kakovostno gorivo (tekoče ali plinasto). Z nizkimi kapitalskimi stroški za gradnjo jih odlikuje visoka manevrska sposobnost, zato se v nekaterih državah, na primer v ZDA, uporabljajo kot vršne elektrarne. Plinske turbine imajo večji izkoristek v primerjavi s parnimi turbinami značilnosti hrupa, ki zahteva dodatno zvočno izolacijo strojnice in naprav za dovod zraka. Zračni kompresor porabi pomemben delež (50-60 %) notranje moči plinske turbine. Zaradi specifičnega razmerja moči kompresorja in plinske turbine je obseg spreminjanja električne obremenitve plinske turbine majhen.

Enota moči nameščenih plinskih turbin ne presega 100-150 MW, kar je bistveno manj od zahtevane enote moči velikih agregatov.

Večina sodobnih plinskih turbin deluje po shemi stalnega zgorevanja goriva in se izvaja v odprtem (odprtem) ali zaprtem (zaprtem) ciklu, odvisno od vrste goriva, ki se zgoreva.

IN Plinska turbina z odprtim ciklom Uporabljeno gorivo je tekoče gorivo za plinske turbine z nizko vsebnostjo žvepla ali zemeljski plin, ki se dovaja v zgorevalno komoro (slika 9.1). Zrak, potreben za zgorevanje goriva, se prečisti v kompleksni napravi za čiščenje zraka (filtru) in stisne v kompresorju na tlak MPa. Za dosego določene temperature plina pred plinsko turbino °C se v zgorevalni komori vzdržuje zahtevani presežek zraka (2,5-5,0) ob upoštevanju teoretične temperature zgorevanja goriva, vrste goriva, načina njegovega zgorevanja itd. Vroči plini so delovna tekočina v plinsko turbino, kjer se razširijo, in nato, ko temperatura °C se spustijo v dimnik.

riž. 9.1. Shematski toplotni diagram plinskoturbinske enote z odprtim ciklom:

TO- kompresor; GT- plinska turbina; G - električni generator; PU- zagonska naprava; F- zračni filter; KS- zgorevalna komora za gorivo

Enota plinske turbine z zaprtim ciklom(Sl. 9.2) omogočajo uporabo tako trdnega kot tekočega goriva z visoko vsebnostjo žvepla (kurilnega olja), ki se zgoreva v zgorevalni komori, kjer je nameščen grelnik delovne tekočine, običajno zraka. Vključitev zračnega hladilnika v tokokrog zmanjša kompresijsko delo v kompresorju, regenerator pa poveča učinkovitost plinskoturbinske enote. Uporabe plinskih turbin z zaprtim ciklom z drugimi delovnimi tekočinami (helij ipd.) še nismo srečali.

Glavna prednost plinskih turbin za elektroenergetski sistem je njihova mobilnost. Odvisno od vrste napeljave je čas zagona in nalaganja 5-20 minut. Za plinske turbine so značilni nižji specifični stroški (50-80% nižji od osnovnih pogonskih enot), visoka stopnja pripravljenost za zagon, ni potrebe po hladilni vodi, možnost hitre gradnje termoelektrarn ob majhnih dimenzijah elektrarne in neznatnem onesnaževanju okolja. Hkrati imajo plinske turbine nizek izkoristek proizvodnje električne energije (28-30%), njihova tovarniška proizvodnja je bolj zapletena kot parne turbine in zahtevajo drage in redke vrste goriva. Te okoliščine so tudi določile najracionalnejše področje uporabe plinskih turbin v elektroenergetskem sistemu kot agregati s vršnim in vršnim in običajno avtonomnim zagonom z instalirano zmogljivostjo 500-1000 h/leto. Za takšne naprave je prednostna zasnova plinskoturbinske enote z eno gredjo enostavnega cikla brez regeneracije ali z regeneratorjem toplote dimnih plinov (slika 9.3, a, b). Za to shemo je značilna velika enostavnost in kompaktnost namestitve, ki je večinoma izdelana in nameščena v tovarni. Energijske plinske turbine, katerih delovanje je načrtovano v polosnovnem delu razporeda električne obremenitve, je ekonomsko upravičeno izvesti po bolj zapleteni konstrukcijski shemi (slika 9.3, c).

riž. 9.2. Shema plinske turbine z zaprtim ciklom:

podpredsednik- grelnik zraka; GT- plinska turbina; R- regenerator; VC-kompresor; G- električni generator; PU- zagonska naprava

riž. 9.3. Strukturni diagrami različne vrste GTU:

A- enostavna plinskoturbinska enota brez regeneracije; b - enota plinske turbine enostavnega cikla z regeneratorjem toplote dimnih plinov; V- dvogredni plinskoturbinski agregat z dvostopenjskim dovodom toplote goriva: T- oskrba z gorivom; KVD. Učinkovitost- visokotlačni in nizkotlačni zračni kompresorji; GTVD, GTND - visoko in nizkotlačne plinske turbine

V Sovjetski zvezi plinske turbinske elektrarne delujejo s plinskimi turbinami tipa GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 in drugimi z začetno temperaturo plina pred plinsko turbino 700 -950 °C. Leningradska kovinska tovarna je razvila načrte za novo serijo plinskoturbinskih enot z zmogljivostjo 125-200 MW pri začetni temperaturi plina 950, 1100 in 1250 °C. Izdelani so po preprosti zasnovi z odprtim ciklom delovanja, z eno gredjo, brez regeneratorja (tabela 9.1). Toplotni diagram plinskoturbinske enote GT-100-750-2 LMZ je prikazan na sl. 9.4,a, postavitev elektrarne s takimi turbinami pa je prikazana na sl. 9.4, b. Te plinske turbinske enote delujejo v termoelektrarni Krasnodar, v državni okrožni elektrarni poimenovani po. Klasson Mosenergo, v najvišji termoelektrarni Inota na Madžarskem Ljudska republika in itd.

Tabela 9.1

Indikatorji GTU
Tovarna plinskih turbin Električna moč, MW Pretok zraka skozi kompresor, kg/s Kompresijsko razmerje v kompresorju Začetna temperatura plina, o C Električna učinkovitost, %
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 "General Electric" 9,6 30,7

* Turbine in kompresorji so dvogredni; gred s turbino in visokotlačnim kompresorjem ima povečana frekvenca rotacija.

** Delati na zemeljski plin(tekoče plinsko turbinsko gorivo).

riž. 9.4. Plinskoturbinska enota GT-100-750-2 LMZ:

A- toplotni diagram: 1-8 - GTU ležaji; / - zrak iz ozračja; II- hladilna voda; III- gorivo (zemeljski plin); /V - izpušni plini; V - para do začetne turbine (р=1,2 MPa, t=235°С); GSH- dušilec hrupa; LPC - nizkotlačni kompresor; IN- hladilniki zraka; KVD- visokotlačni kompresor; KSWD - visokotlačna zgorevalna komora; gledališče operacij- visokotlačna turbina; KSND - nizkotlačna zgorevalna komora; TND- nizkotlačna turbina; podpredsednik- notranji ležaj; IN- patogen; PT- zagonska turbina; APK - protinapetostni ventili za tlačno črpalko; b - postavitev (prerez):/ - LPC; 2-VO; 3 - povečanje tlaka; 4 - KSVP; 5 - gledališče; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - dimnik; 10 - protiprenapetostni ventil (APV); L-električni generator (G); 12- mostni žerjav; 13- filtri za čiščenje zraka; 14 - dušilci hrupa; 15 - oljne črpalke krmilnega sistema; 16- grelniki za daljinsko ogrevanje; /7 - lopute na izpušnih kanalih; 18 - hladilniki olja

Tekoče gorivo za plinske turbine, ki se uporablja za domače plinske turbine, je v elektrarni izpostavljeno filtraciji in pranju, da se odstranijo soli alkalijskih kovin. Nato se gorivu doda magnezijev aditiv za preprečevanje korozije vanadija. Po operativnih podatkih takšna priprava goriva prispeva k dolgotrajnemu delovanju plinskih turbin brez kontaminacije in korozije pretočne poti.

Rostovska podružnica ATEP je razvila standardno zasnovo za konično plinsko turbinsko elektrarno s plinsko turbinsko enoto GTE-150-1100. Na sl. Slika 9.5 prikazuje osnovni toplotni diagram takšne plinskoturbinske enote, ki je zasnovana za zgorevanje tekočega plinskoturbinskega goriva ali zemeljskega plina. Plinska turbina je izdelana po enostavni odprti konstrukciji, rotorja plinske turbine in kompresorja sta nameščena v enem prenosnem ohišju, kar bistveno skrajša čas namestitve in stroške dela. Plinske turbine so nameščene prečno v strojnici elektrarne z razponom 36 in blok celico 24 m. Dimni plini se odvajajo v dimnik višine 120 m s tremi kovinskimi odvodnimi jaški.

riž. 9.5. Shematski toplotni diagram plinskoturbinske enote LMZ GTE-150-1100:

VC- pomožni kompresor za pnevmatsko razprševanje goriva: PT- parna turbina; R- menjalnik bloka pospeševalne naprave; ED - pomožni kompresorski motor GT- plinska turbina; T- dobava tekočega goriva v skladu z GOST 10743-75 = 42,32 MJ / kg (10,110 kcal / kg) DT- dimnik; kmetijsko-industrijski kompleks- protiprenapetostni ventil

Pomembna značilnost plinskoturbinskih naprav je odvisnost njihovega delovanja od parametrov zunanjega zraka, predvsem od njegove temperature. Pod njegovim vplivom se spremeni pretok zraka skozi kompresor, razmerje notranjih moči kompresorja in plinske turbine ter navsezadnje električna moč plinske turbine in njen izkoristek. V MPEI so bili izvedeni multivariatni izračuni delovanja GTE-150 na tekoče plinsko turbinsko gorivo in na zemeljski plin Tyumen v odvisnosti od temperature in tlaka zunanjega zraka (sl. 9.6, 9.7). Dobljeni rezultati potrjujejo povečanje toplotnega izkoristka plinske turbine s povišanjem temperature plinov pred plinsko turbino in z zniževanjem temperature zunanjega zraka. Zvišanje temperature iz =800°C na =1100°C poveča električni izkoristek plinskoturbinske enote za 3% pri = -40°C in za 19% pri =40°C. Znižanje temperature zunanjega zraka s +40 na -40 °C povzroči znatno povečanje električne moči plinskoturbinske enote. Za različne začetne temperature je to povečanje 140-160%. Za omejitev rasti moči plinske turbine pri znižanju zunanje temperature in ob upoštevanju možnosti preobremenitve električnega generatorja (v obravnavanem primeru tipa TGV-200) je treba vplivati ​​bodisi na temperaturo plinov pred plinske turbine, zmanjšanje porabe goriva (krivulje 4 na sl. 9.6 in 9.7), ali na temperaturo zunanjega zraka, mešanje majhne količine izpušnih plinov (2-4%) v zrak, ki ga vsesa kompresor. Konstanten pretok zraka v območju obremenitve 100-80 % je mogoče vzdrževati tudi s pokrivanjem vstopne vodilne lopatice (IVA) kompresorja plinske turbine.

riž. 9.6. Odvisnost električne moči plinskoturbinskega agregata od zunanje temperature zraka:

1-=1100°C; 2- = 950°C; 3 - = 800 °C; 4- = ; - obratovanje plinskoturbinskih agregatov na zemeljski plin; delovanje plinskoturbinskih enot na tekoče gorivo

riž. 9.7. Odvisnost električnega izkoristka plinskoturbinske enote od zunanje temperature zraka (za simbole glej sliko 9.6)

Sprememba električne učinkovitosti v smeri njenega zmanjšanja je še posebej pomembna pri temperaturah zunanjega zraka nad 5-10 °C (slika 9.7). S povišanjem zunanje temperature zraka od +15 do +40 C se ta izkoristek zmanjša za 13-27%, odvisno od temperature plinov pred plinsko turbino in vrste zgorelega goriva.

Zvišanje zunanje temperature zraka poveča koeficient presežka zraka za plinsko turbino in temperaturo izpušnih plinov, kar prispeva k poslabšanju energetske učinkovitosti plinskoturbinske naprave.

Enota plinske turbine (GTU) je sestavljena iz dveh glavnih delov - močnostne turbine in generatorja, ki sta nameščena v enem ohišju. Visokotemperaturni plinski tok deluje na lopatice močnostne turbine (ustvarja navor). Rekuperacija toplote prek toplotnega izmenjevalnika ali kotla na odpadno toploto poveča splošno učinkovitost naprave.

Plinska turbina lahko deluje na tekoča in plinasta goriva. V normalnem načinu delovanja deluje na plin, v rezervnem (zasilnem) načinu pa samodejno preklopi na dizelsko gorivo. Optimalni način delovanja plinskoturbinske enote je kombinirana proizvodnja toplotne in električne energije. Plinska turbina lahko deluje tako v osnovnem načinu kot za pokrivanje koničnih obremenitev.

Enostavna plinska turbinska naprava za neprekinjeno zgorevanje in zasnova njenih glavnih elementov

Shematski diagram preproste plinske turbine je prikazan na sliki 1.

Slika 1. Shema plinske turbinske enote: 1 - kompresor; 2 - zgorevalna komora; 3 - plinska turbina; 4 – električni generator

Kompresor 1 sesa zrak iz atmosfere, ga stisne do določenega tlaka in dovaja v zgorevalno komoro 2. Tukaj se neprekinjeno dovaja tudi tekoče ali plinasto gorivo. Zgorevanje goriva v tej shemi poteka neprekinjeno, pri konstantnem tlaku, zato se takšne plinskoturbinske naprave imenujejo plinskoturbinske enote s stalnim zgorevanjem ali plinskoturbinske naprave z zgorevanjem pri konstantnem tlaku.

Vroči plini, ki nastanejo v zgorevalni komori kot posledica zgorevanja goriva, vstopijo v turbino 3. V turbini se plin razširi in notranja energija pretvori v mehansko delo. Izpušni plini izstopajo iz turbine v okolje (atmosfero).

Del moči, ki jo razvije plinska turbina, se porabi za vrtenje kompresorja, preostali del (neto moč) pa se odda potrošniku. Moč, ki jo porabi kompresor, je razmeroma velika in je v enostavnih tokokrogih pri zmerni temperaturi delovnega okolja lahko 2-3 krat večja od uporabne moči plinskoturbinske enote. To pomeni, da bo skupna moč same plinske turbine dolgo bistveno večja od uporabne moči plinskoturbinskega agregata.

Ker lahko plinska turbina deluje le ob prisotnosti stisnjenega zraka, ki ga dobi le kompresor, ki ga poganja turbina, je očitno, da je treba plinsko turbino zagnati iz zunanjega vira energije (zagonskega motorja), s pomočjo katerega se kompresor se vrti, dokler ne zapusti zgorevalne komore, ne bo začel dovajati plina določenih parametrov in v količinah, ki zadoščajo za začetek delovanja plinske turbine.

Iz zgornjega opisa je razvidno, da plinskoturbinsko napravo sestavljajo trije glavni elementi: plinska turbina, kompresor in zgorevalna komora. Oglejmo si načelo delovanja in strukturo teh elementov.

Turbina. Slika 2 prikazuje diagram preproste enostopenjske turbine. Njeni glavni deli so; ohišje (cilinder) turbine 1, v katerem so nameščene vodilne lopatice 2, delovne lopatice 3, nameščene vzdolž celotnega oboda na obodu diska 4, nameščenega na gredi 5. Turbinska gred se vrti v ležajih 6. Končna tesnila 7 so nameščeni na mestih, kjer gred izstopa iz ohišja in omejujejo uhajanje vročih plinov iz ohišja turbine. Vsi vrtljivi deli, turbine (lopatice, disk, gred) sestavljajo njegov rotor. Ohišje s fiksnimi vodilnimi lopaticami in tesnili tvori stator turbine. Disk z rezili tvori rotor.

Slika 2. Diagram enostopenjske turbine

Kombinacija več vodilnih in rotorskih lopatic se imenuje turbinska stopnja. Zgornja slika 3 prikazuje diagram takšne turbinske stopnje, spodaj pa prečni prerez vodila in delovnih lopatic cilindričnega površine a-a, nato pa razširil na risalno ravnino.

Slika 3. Shema stopenj turbine

Vodilne lopatice 1 tvorijo zožene kanale v prečnem prerezu, imenovane šobe. Kanali, ki jih tvorijo delovna rezila 2, imajo običajno tudi stožčasto obliko.

Vroč plin pri visok krvni pritisk vstopi v turbinske šobe, kjer se razširi in pride do ustreznega povečanja hitrosti. Ob tem padeta tlak in temperatura plina. Tako se potencialna energija plina pretvori v kinetično energijo v turbinskih šobah. Ko plin zapusti šobe, vstopi v medrezilne kanale delovnih rezil, kjer spremeni svojo smer. Ko plin teče okoli lopatic rotorja, se izkaže, da je tlak na njihovi konkavni površini večji kot na konveksni površini in pod vplivom te razlike v tlaku se rotor vrti (smer vrtenja na sliki 3 je prikazana s puščico u) . Tako se del kinetične energije plina pretvori v mehansko energijo na delovnih lopaticah, kar je nedopustno zaradi trdnosti delovnih lopatic oziroma turbinskega diska. V takih primerih so turbine večstopenjske. Diagram večstopenjske turbine je prikazan na sliki 4.

Slika 4. Diagram večstopenjske turbine: 1-ležaji; 2-končna tesnila; 3-dovodna cev; 4-telo; 5-vodilne lopatice; 6-delovna rezila; 7-rotor; 8-izhodna turbinska cev

Turbina je sestavljena iz številnih zaporedno razporejenih posameznih stopenj, v katerih se plin postopoma širi. Padec tlaka na posamezno stopnjo in posledično vrtilna frekvenca c1 v vsaki stopnji take turbine je manjši kot pri enostopenjski turbini. Število stopenj je mogoče izbrati tako, da se pri določeni obodni hitrosti doseže želeno razmerje

.

Kompresor. Diagram večstopenjskega aksialnega kompresorja je prikazan na sliki 5.

Slika 5. Diagram večstopenjskega aksialnega kompresorja: 1-dovodna cev; 2-končna tesnila; 3-ležaji; 4-vhodna vodilna lopatica; 5-delovna rezila; 6-vodilne lopatice; 7-telo 8-naprava za ravnanje; 9-difuzor; 10-odvodna cev; 11-rotor.

Njegova glavna komponente so: rotor 2 s pritrjenimi delovnimi lopaticami 5, ohišje 7 (cilinder), na katerega so pritrjene vodilne lopatice 6 in končna tesnila 2 ter ležaji 3. Kombinacija ene vrste vrtljivih delovnih lopatic in ene vrste fiksnih vodilnih lopatic ki se nahaja za njimi, se imenuje kompresorska stopnja. Zrak, ki ga vsesa kompresor, zaporedno prehaja skozi naslednje elemente kompresorja, prikazane na sliki 5: vstopno cev 1, vstopno vodilno lopatico 4, skupino stopenj 5, 6, usmerjevalnik 8, difuzor 9 in izstopno cev 10.

Razmislimo o namenu teh elementov. Vhodna cev je zasnovana tako, da enakomerno dovaja zrak iz atmosfere do vstopne vodilne lopatice, ki mora pred vstopom v prvo stopnjo dati zahtevano smer pretoka. V stopnjah se zrak stisne s prenosom mehanske energije na zračni tok iz vrtečih se lopatic. Od zadnje stopnje vstopi zrak v napravo za ravnanje, ki je zasnovana tako, da daje tok aksialno smer pred vstopom v difuzor. Stiskanje plina se nadaljuje v difuzorju zaradi zmanjšanja njegove kinetične energije. Odvodna cev je zasnovana za dovod zraka iz difuzorja v obvodni cevovod. Kompresorske lopatice 1 (slika 6) tvorijo vrsto razširljivih kanalov (difuzorjev). Ko se rotor vrti, vstopi zrak v kanale med lopaticami z visoko relativno hitrostjo (hitrost gibanja zraka, opazovana s premikajočih se lopatic). Ko se zrak premika skozi te kanale, se njegov tlak poveča zaradi zmanjšanja relativne hitrosti. V razširjajočih se kanalih, ki jih tvorijo fiksne vodilne lopatice 2, pride do nadaljnjega povečanja zračnega tlaka, ki ga spremlja ustrezno zmanjšanje njegove kinetične energije. Tako se pretvorba energije v kompresorski stopnji odvija v nasprotni smeri kot v turbinski.

Slika 6. Stopenjski diagram aksialnega kompresorja

Zgorevalna komora

Namen zgorevalne komore je zvišanje temperature delovne tekočine zaradi zgorevanja goriva v okolju stisnjenega zraka. Diagram zgorevalne komore je prikazan na sliki 7.

Slika 7. Zgorevalna komora

Zgorevanje goriva, vbrizganega skozi šobo 1, se pojavi v zgorevalnem območju komore, omejeno s plamensko cevjo 2. V to območje vstopi le količina zraka, ki je potrebna za popolno in intenzivno zgorevanje goriva (ta zrak se imenuje primarni zrak) .

Zrak, ki vstopa v območje zgorevanja, prehaja skozi vrtinčnik 3, ki spodbuja dobro mešanje goriva z zrakom. V območju zgorevanja temperatura plina doseže 1300 ... 2000 ° C. Glede na pogoje trdnosti lopatic plinske turbine je takšna temperatura nesprejemljiva. Zato se vroči plini, ki nastajajo v zgorevalnem območju komore, razredčijo s hladnim zrakom, ki se imenuje sekundarni. Sekundarni zrak teče skozi obročasti prostor med plamensko cevjo 2 in ohišjem 4. Del tega zraka vstopi v produkte zgorevanja skozi okna 5, preostanek pa se zmeša z vročimi očmi po plamenski cevi. Tako mora kompresor v zgorevalno komoro dovajati nekajkrat več zraka, kot je potrebno za zgorevanje goriva, produkti zgorevanja, ki vstopajo v turbino, pa so močno razredčeni z zrakom in ohlajeni.



 

Morda bi bilo koristno prebrati: