Instalimet e turbinave me gaz energjetik. Ciklet e impianteve të turbinave me gaz

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Njësitë e turbinave me gaz (GTP) janë një kompleks i vetëm, relativisht kompakt i energjisë, në të cilin një turbinë e energjisë dhe një gjenerator punojnë në çifte. Sistemi është bërë i përhapur në të ashtuquajturën industri të energjisë në shkallë të vogël. E shkëlqyeshme për furnizimin me energji dhe ngrohje të ndërmarrjeve të mëdha, vendbanimeve të largëta dhe konsumatorëve të tjerë. Si rregull, turbinat me gaz funksionojnë me karburant të lëngshëm ose gaz.

Në buzë të përparimit

Në rritjen e kapacitetit energjetik të termocentraleve, roli kryesor u transferohet njësive të turbinave me gaz dhe evolucioni i tyre i mëtejshëm - impiantet me cikël të kombinuar (CCGT). Kështu, në termocentralet amerikane që nga fillimi i viteve 1990, më shumë se 60% e kapaciteteve të operuara dhe të modernizuara kanë qenë tashmë turbina me gaz dhe termocentrale me cikël të kombinuar, dhe në disa vende në disa vite pjesa e tyre arriti në 90%.

Turbinat e thjeshta me gaz ndërtohen gjithashtu në numër të madh. Impianti i turbinave me gaz - i lëvizshëm, ekonomik në funksionim dhe i lehtë për t'u riparuar - rezultoi të ishte zgjidhja optimale për të mbuluar ngarkesat maksimale. Në kapërcyell të shekullit (1999-2000), kapaciteti i përgjithshëmNjësitë e turbinave me gaz arritën 120,000 MW. Për krahasim: në vitet 1980, kapaciteti i përgjithshëm i sistemeve të këtij lloji ishte 8,000-10,000 MW. Një pjesë e konsiderueshme e turbinave me gaz (më shumë se 60%) synohej të funksiononte si pjesë e impianteve të mëdha të ciklit të kombinuar binar me një fuqi mesatare prej rreth 350 MW.

Sfondi historik

Bazat teorike për përdorimin e teknologjive të ciklit të kombinuar janë studiuar me detaje të mjaftueshme në vendin tonë në fillim të viteve '60. Tashmë në atë kohë, u bë e qartë se rruga e përgjithshme për zhvillimin e inxhinierisë së energjisë termike është e lidhur pikërisht me teknologjitë e ciklit të kombinuar. Megjithatë, zbatimi i tyre i suksesshëm kërkonte njësi të besueshme dhe shumë efikase të turbinave me gaz.

Ishte përparimi i rëndësishëm në ndërtimin e turbinave me gaz ai që përcaktoi kërcimin cilësor modern në inxhinierinë e energjisë termike. Një numër firmash të huaja zgjidhën me sukses problemin e krijimit të turbinave stacionare efikase të gazit në një kohë kur organizatat kryesore vendase kryesore në një ekonomi komanduese po promovonin teknologjitë më pak premtuese të turbinave me avull (STP).

Nëse në vitet '60 efikasiteti i instalimeve të turbinave me gaz ishte në nivelin 24-32%, atëherë në fund të viteve '80 instalimet më të mira të turbinave me energji të palëvizshme kishin tashmë një efikasitet (me përdorim autonom) 36-37 %. Kjo bëri të mundur krijimin e CCGT-ve mbi bazën e tyre, efikasiteti i të cilave arriti në 50%. Në fillim të shekullit të ri, kjo shifër ishte e barabartë me 40%, dhe në kombinim me impiantet e ciklit të kombinuar të gazit, ajo ishte edhe 60%.

Krahasimi i turbinës me avulldhe impiantet me cikël të kombinuar

Në impiantet me cikël të kombinuar të bazuara në turbina me gaz, perspektiva e menjëhershme dhe reale ishte të përftohej një efikasitet prej 65% ose më shumë. Në të njëjtën kohë, për impiantet e turbinave me avull (të zhvilluara në BRSS), vetëm nëse mund të zgjidhen me sukses një numër problemesh komplekse shkencore që lidhen me gjenerimin dhe përdorimin e avullit superkritik, mund të shpresohet për një efikasitet prej jo më shumë se 46- 49%. Kështu, për sa i përket efikasitetit, sistemet e turbinave me avull janë pashpresë inferiore ndaj sistemeve të ciklit të kombinuar.

Në mënyrë domethënëse inferiore ndaj termocentraleve me turbina me avull, gjithashtu për sa i përket kostos dhe kohës së ndërtimit. Në vitin 2005, në tregun botëror të energjisë, çmimi prej 1 kW për një njësi CCGT me kapacitet 200 MW ose më shumë ishte 500-600 $/kW. Për CCGT me kapacitete më të vogla, kostoja ishte në intervalin 600-900 $/kW. Impiantet e fuqishme të turbinave me gaz korrespondojnë me vlerat 200-250 $/kW. Me një ulje të fuqisë së njësisë, çmimi i tyre rritet, por zakonisht nuk i kalon 500 dollarë / kW. Këto vlera janë disa herë më pak se kostoja e një kilovat energjie elektrike në sistemet e turbinave me avull. Për shembull, çmimi i një kilovati të instaluar në termocentralet me turbina me avull me kondensim varion nga 2000-3000 $/kW.

Skema e një impianti turbinash me gaz

Instalimi përfshin tre njësi bazë: një turbinë me gaz, një dhomë djegieje dhe një kompresor ajri. Për më tepër, të gjitha njësitë janë të vendosura në një ndërtesë të vetme të parafabrikuar. Rotorët e kompresorit dhe turbinës janë të lidhur fort me njëri-tjetrin, të mbështetur nga kushinetat.

Dhomat e djegies (për shembull, 14 copë) vendosen rreth kompresorit, secila në strehimin e vet të veçantë. Për pranim nëKompresori i ajrit shërben si një tub hyrës, ajri largohet nga turbina e gazit përmes tubit të shkarkimit. Trupi i turbinës me gaz bazohet në mbështetëse të fuqishme të vendosura në mënyrë simetrike në një kornizë të vetme.

Parimi i punës

Shumica e njësive të turbinave me gaz përdorin parimin e djegies së vazhdueshme ose ciklit të hapur:

• Së pari, lëngu i punës (ajri) pompohet në presionin atmosferik nga kompresori përkatës.
• Më tej, ajri kompresohet në një presion më të lartë dhe dërgohet në dhomën e djegies.
• Furnizohet me karburant, i cili digjet me presion konstant, duke siguruar një furnizim të vazhdueshëm me nxehtësi. Për shkak të djegies së karburantit, temperatura e lëngut të punës rritet.
• Më pas, lëngu i punës (tani është tashmë një gaz, i cili është një përzierje e ajrit dhe produkteve të djegies) hyn në turbinën me gaz, ku, duke u zgjeruar në presionin atmosferik, bën punë të dobishme (kthehet turbina që gjeneron energji elektrike).
• Pas turbinës, gazrat shkarkohen në atmosferë, përmes së cilës mbyllet cikli i punës.
• Dallimi midis funksionimit të turbinës dhe kompresorit perceptohet nga një gjenerator elektrik i vendosur në një bosht të përbashkët me turbinën dhe kompresorin.

Uzinat me djegie me ndërprerje

Ndryshe nga modeli i mëparshëm, djegia me ndërprerje përdor dy valvola në vend të një.

• Kompresori forcon ajrin në dhomën e djegies përmes valvulës së parë ndërsa valvula e dytë është e mbyllur.
• Kur presioni në dhomën e djegies rritet, valvula e parë mbyllet. Si rezultat, vëllimi i dhomës mbyllet.
• Kur valvulat mbyllen, karburanti digjet në dhomë, natyrisht, djegia e tij ndodh me një vëllim konstant. Si rezultat, presioni i lëngut të punës rritet më tej.
• Më pas hapet valvula e dytë dhe lëngu i punës hyn në turbinën me gaz. Në këtë rast, presioni përpara turbinës do të ulet gradualisht. Kur i afrohet atmosferës, valvula e dytë duhet të mbyllet dhe e para duhet të hapet dhe të përsërisë sekuencën e veprimeve.

Ciklet e turbinave me gaz

Duke u kthyer në zbatimin praktik të një ose një cikli tjetër termodinamik, projektuesit duhet të përballen me shumë pengesa teknike të pakapërcyeshme. Shembulli më karakteristik: kur lagështia e avullit është më shumë se 8-12%, humbjet në rrugën e rrjedhës së turbinës me avull rriten ndjeshëm, rriten ngarkesat dinamike dhe ndodh erozioni. Kjo përfundimisht çon në shkatërrimin e rrugës së rrjedhës së turbinës.

Si rezultat i këtyre kufizimeve në sektorin e energjisë (për gjetjen e një pune), vetëm dy cikle termodinamike bazë janë përdorur gjerësisht deri tani: cikli Rankine dhe cikli Brayton. Shumica e termocentraleve bazohen në një kombinim të elementeve të këtyre cikleve.

Cikli Rankine përdoret për lëngjet e punës që bëjnë një kalim fazor gjatë zbatimit të ciklit; termocentralet me avull funksionojnë sipas këtij cikli. Për lëngjet e punës që nuk mund të kondensohen në kushte reale dhe që ne i quajmë gaze, përdoret cikli Brayton. Përmes këtij cikliImpiantet e turbinave me gaz dhe motorët me djegie të brendshme janë duke funksionuar.

Karburanti i përdorur

Shumica dërrmuese e turbinave me gaz janë projektuar për të punuar me gaz natyror. Ndonjëherë lëndët djegëse të lëngshme përdoren në sisteme me fuqi të ulët (më rrallë - mesatare, shumë rrallë - fuqi e lartë). Një prirje e re është kalimi i sistemeve kompakte të turbinave me gaz në përdorimin e materialeve të ngurta të djegshme (thëngjill, më rrallë torfe dhe dru). Këto tendenca janë për faktin se gazi është një lëndë e parë teknologjike e vlefshme për industrinë kimike, ku përdorimi i tij është shpesh më fitimprurës sesa në sektorin e energjisë. Prodhimi i impianteve të turbinave me gaz të aftë për të funksionuar me efikasitet me lëndë djegëse të ngurtë po fiton në mënyrë aktive vrull.

Dallimi midis ICE dhe GTU

Dallimi themelor midis motorëve me djegie të brendshme dhe komplekseve të turbinave me gaz është si më poshtë. Në një motor me djegie të brendshme, proceset e kompresimit të ajrit, djegies së karburantit dhe zgjerimit të produkteve të djegies ndodhin brenda një elementi strukturor, të quajtur cilindër i motorit. Në turbinat me gaz, këto procese ndahen në njësi të veçanta strukturore:

• kompresimi kryhet në kompresor;
• djegia e karburantit, përkatësisht, në një dhomë të veçantë;
• zgjerimi i produkteve të djegies kryhet në një turbinë me gaz.

Si rezultat, strukturalisht, turbinat me gaz dhe motorët me djegie të brendshme kanë pak ngjashmëri, megjithëse funksionojnë sipas cikleve të ngjashme termodinamike.

Përfundim

Me zhvillimin e prodhimit të energjisë në shkallë të vogël, duke rritur efikasitetin e tij, sistemet GTP dhe STP zënë një peshë në rritje në totalsistemi energjetik i botës. Prandaj, profesioni premtues i operatorit të impiantit të turbinave me gaz është gjithnjë e më i kërkuar. Pas partnerëve perëndimorë, një numër prodhuesish rusë kanë zotëruar prodhimin e njësive të turbinave me gaz me kosto efektive. Severo-Zapadnaya CHP në Shën Petersburg u bë termocentrali i parë me cikël të kombinuar i një gjenerate të re në Rusi.