ენერგეტიკული გაზის ტურბინის დანადგარები. გაზის ტურბინის ქარხნების ციკლები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

გაზის ტურბინის ერთეულები (GTP) არის ერთიანი, შედარებით კომპაქტური სიმძლავრის კომპლექსი, რომელშიც დენის ტურბინა და გენერატორი მუშაობენ წყვილებში. სისტემა ფართოდ გავრცელდა ე.წ. მცირე ენერგეტიკულ ინდუსტრიაში. შესანიშნავია მსხვილი საწარმოების, დისტანციური დასახლებების და სხვა მომხმარებლების ელექტროენერგიითა და თბომომარაგებისთვის. როგორც წესი, გაზის ტურბინები მუშაობს თხევად საწვავზე ან გაზზე.

პროგრესის ზღვარზე

ელექტროსადგურების ენერგეტიკული სიმძლავრის გაზრდაში წამყვანი როლი ეთმობა გაზის ტურბინის ბლოკებს და მათ შემდგომ განვითარებას - კომბინირებული ციკლის სადგურებს (CCGT). ამრიგად, აშშ-ს ელექტროსადგურებზე 1990-იანი წლების დასაწყისიდან ექსპლუატაციაში შესული და მოდერნიზებული სიმძლავრის 60%-ზე მეტი უკვე იყო გაზის ტურბინები და კომბინირებული ციკლის სადგურები, ზოგიერთ ქვეყანაში კი მათი წილი ზოგიერთ წლებში 90%-ს აღწევდა..

უბრალო გაზის ტურბინები ასევე აშენებულია დიდი რაოდენობით. გაზის ტურბინის ქარხანა - მობილური, ეკონომიური მუშაობისთვის და ადვილად შესაკეთებელი - აღმოჩნდა ოპტიმალური გადაწყვეტა პიკური დატვირთვების დასაფარად. საუკუნის მიჯნაზე (1999-2000 წწ.) მთლიანი სიმძლავრეგაზის ტურბინის ერთეულებმა მიაღწია 120000 მეგავატს. შედარებისთვის: 1980-იან წლებში ამ ტიპის სისტემების ჯამური სიმძლავრე იყო 8000-10000 მეგავატი. გაზის ტურბინების მნიშვნელოვანი ნაწილი (60%-ზე მეტი) განზრახული იყო ემუშავა, როგორც დიდი ორობითი კომბინირებული ციკლის სადგურების ნაწილი, რომელთა საშუალო სიმძლავრე იყო დაახლოებით 350 მეგავატი..

ისტორიული ფონი

კომბინირებული ციკლის ტექნოლოგიების გამოყენების თეორიული საფუძვლები საკმარისად დეტალურად იქნა შესწავლილი ჩვენს ქვეყანაში 60-იანი წლების დასაწყისში. უკვე იმ დროს გაირკვა, რომ თბოენერგეტიკის განვითარების ზოგადი გზა დაკავშირებულია ზუსტად კომბინირებული ციკლის ტექნოლოგიებთან. თუმცა, მათი წარმატებული განხორციელება მოითხოვდა საიმედო და მაღალეფექტურ გაზის ტურბინის ერთეულებს.

ეს იყო მნიშვნელოვანი პროგრესი გაზის ტურბინების მშენებლობაში, რამაც განსაზღვრა თანამედროვე ხარისხობრივი ნახტომი თბოენერგეტიკაში. არაერთმა უცხოურმა ფირმამ წარმატებით გადაჭრა ეფექტური სტაციონარული გაზის ტურბინების შექმნის პრობლემა იმ დროს, როდესაც ბრძანების ეკონომიკის წამყვანი წამყვანი ორგანიზაციები ავრცელებდნენ ყველაზე ნაკლებად პერსპექტიულ ორთქლის ტურბინის ტექნოლოგიებს (STP)..

თუ 60-იან წლებში გაზის ტურბინების დანადგარების ეფექტურობა იყო 24-32% დონეზე, მაშინ 80-იანი წლების ბოლოს საუკეთესო სტაციონარული გაზის ტურბინების დანადგარებს უკვე ჰქონდათ ეფექტურობა (ავტონომიური გამოყენებით) 36-37. % ამან შესაძლებელი გახადა მათ ბაზაზე CCGT-ების შექმნა, რომელთა ეფექტურობამ 50% მიაღწია. ახალი საუკუნის დასაწყისისთვის ეს მაჩვენებელი 40%-ს უდრიდა, ხოლო კომბინირებული ციკლის გაზის ციკლის ქარხნებთან ერთად 60%-საც კი შეადგენდა..

ორთქლის ტურბინის შედარებადა კომბინირებული ციკლის მცენარეები

გაზის ტურბინებზე დაფუძნებულ კომბინირებულ ციკლის ქარხნებში, უშუალო და რეალური პერსპექტივა იყო 65% ან მეტი ეფექტურობის მიღება. ამავდროულად, ორთქლის ტურბინის ქარხნებისთვის (განვითარებული სსრკ-ში), მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ წარმატებით გადაიჭრება მრავალი რთული სამეცნიერო პრობლემა, რომელიც დაკავშირებულია სუპერკრიტიკული ორთქლის წარმოქმნასთან და გამოყენებასთან, შეიძლება იმედი ჰქონდეს არაუმეტეს 46-ზე. 49%. ამრიგად, ეფექტურობის თვალსაზრისით, ორთქლის ტურბინის სისტემები უიმედოდ ჩამორჩება კომბინირებული ციკლის სისტემებს.

მნიშვნელოვნად ჩამოუვარდება ორთქლის ტურბინის ელექტროსადგურებს ასევე ღირებულებით და მშენებლობის დროით. 2005 წელს მსოფლიო ენერგეტიკულ ბაზარზე 200 მგვტ და მეტი სიმძლავრის CCGT ბლოკის 1 კვტ-ის ფასი შეადგენდა $500-600/კვტ. მცირე სიმძლავრის CCGT-ებისთვის ღირებულება იყო $600-900/კვტ დიაპაზონში. ძლიერი გაზის ტურბინის ქარხნები შეესაბამება 200-250 $/კვტ ღირებულებებს. ერთეულის სიმძლავრის შემცირებით, მათი ფასი იზრდება, მაგრამ ჩვეულებრივ არ აღემატება 500 დოლარს / კვტ. ეს ღირებულებები რამდენჯერმე ნაკლებია, ვიდრე კილოვატი ელექტროენერგიის ღირებულება ორთქლის ტურბინის სისტემებში. მაგალითად, კონდენსატორული ორთქლის ტურბინის ელექტროსადგურებზე დამონტაჟებული კილოვატის ფასი მერყეობს 2000-3000 $/კვტ..

გაზტურბინის ქარხნის სქემა

ინსტალაცია მოიცავს სამ ძირითად ერთეულს: გაზის ტურბინას, წვის კამერას და ჰაერის კომპრესორს. უფრო მეტიც, ყველა ერთეული განთავსებულია ასაწყობ ერთ კორპუსში. კომპრესორი და ტურბინის როტორები ერთმანეთთან მჭიდროდ არის დაკავშირებული საკისრებით.

წვის კამერები (მაგალითად, 14 ცალი) მოთავსებულია კომპრესორის გარშემო, თითოეული თავის ცალკეულ კორპუსში. დასაშვებადჰაერის კომპრესორი ემსახურება როგორც შესასვლელი მილი, ჰაერი ტოვებს გაზის ტურბინას გამონაბოლქვი მილის მეშვეობით. გაზის ტურბინის კორპუსი დაფუძნებულია მძლავრ საყრდენებზე, რომლებიც განლაგებულია სიმეტრიულად ერთ ჩარჩოზე.

მუშაობის პრინციპი

გაზის ტურბინების უმეტესობა იყენებს უწყვეტი წვის პრინციპს ან ღია ციკლს:

• პირველ რიგში, სამუშაო სითხე (ჰაერი) ატმოსფერულ წნევაზე ატმოსფერულ წნევაზე შესაბამისი კომპრესორის მიერ.
• შემდეგ, ჰაერი შეკუმშულია უფრო მაღალ წნევამდე და იგზავნება წვის კამერაში.
• მომარაგებულია საწვავით, რომელიც იწვის მუდმივ წნევაზე, უზრუნველყოფს სითბოს მუდმივ მიწოდებას. საწვავის წვის გამო მატულობს სამუშაო სითხის ტემპერატურა.
• შემდეგ, სამუშაო სითხე (ახლა უკვე არის აირი, რომელიც არის ჰაერისა და წვის პროდუქტების ნაზავი) შედის გაზის ტურბინაში, სადაც ატმოსფერულ წნევამდე გაფართოებით ასრულებს სასარგებლო სამუშაოს (აქცევს ტურბინას, რომელიც წარმოქმნის. ელექტროენერგია).
• ტურბინის შემდეგ აირები ატმოსფეროში ჩაედინება, რომლის მეშვეობითაც სამუშაო ციკლი იხურება.
• სხვაობა ტურბინისა და კომპრესორის მუშაობას შორის აღიქმება ელექტრო გენერატორის მიერ, რომელიც მდებარეობს ტურბინასთან და კომპრესორთან საერთო ლილვზე.

წყვეტილი წვის მცენარეები

წინა დიზაინისგან განსხვავებით, წყვეტილი წვა იყენებს ორ სარქველს ერთის ნაცვლად.

• კომპრესორი აიძულებს ჰაერს წვის პალატაში პირველი სარქვლის გავლით, ხოლო მეორე სარქველი დახურულია.
• როდესაც წვის პალატაში წნევა იზრდება, პირველი სარქველი იკეტება.შედეგად, კამერის მოცულობა იხურება.
• სარქველების დახურვისას საწვავი იწვება კამერაში, ბუნებრივია, მისი წვა ხდება მუდმივი მოცულობით. შედეგად, სამუშაო სითხის წნევა კიდევ უფრო იზრდება.
• შემდეგ იხსნება მეორე სარქველი და სამუშაო სითხე შედის გაზის ტურბინაში. ამ შემთხვევაში ტურბინის წინ წნევა თანდათან შემცირდება. როდესაც ის ატმოსფეროს უახლოვდება, მეორე სარქველი უნდა დაიხუროს, ხოლო პირველი უნდა გაიხსნას და გაიმეოროს მოქმედებების თანმიმდევრობა.

გაზის ტურბინის ციკლები

მიმართავს ამა თუ იმ თერმოდინამიკური ციკლის პრაქტიკულ განხორციელებას, დიზაინერებს უწევთ მრავალი გადაულახავი ტექნიკური დაბრკოლების წინაშე. ყველაზე დამახასიათებელი მაგალითი: როდესაც ორთქლის ტენიანობა 8-12%-ზე მეტია, ორთქლის ტურბინის დინების გზაზე დანაკარგები მკვეთრად იზრდება, დინამიური დატვირთვები იზრდება და ხდება ეროზია. ეს საბოლოოდ იწვევს ტურბინის დინების ბილიკის განადგურებას.

ენერგეტიკის სექტორში ამ შეზღუდვების შედეგად (სამსახურის მისაღებად), ჯერჯერობით ფართოდ გამოიყენება მხოლოდ ორი ძირითადი თერმოდინამიკური ციკლი: რანკინის ციკლი და ბრეიტონის ციკლი. ელექტროსადგურების უმეტესობა დაფუძნებულია ამ ციკლების ელემენტების ერთობლიობაზე.

Rankine ციკლი გამოიყენება სამუშაო სითხეებისთვის, რომლებიც ახორციელებენ ფაზურ გადასვლას ციკლის განხორციელებისას; ორთქლის ელექტროსადგურები მუშაობენ ამ ციკლის მიხედვით. სამუშაო სითხეებისთვის, რომლებიც არ შეიძლება კონდენსირებული რეალურ პირობებში და რომელსაც ჩვენ გაზებს ვუწოდებთ, გამოიყენება ბრეიტონის ციკლი. ამ ციკლის მეშვეობითმუშაობს გაზის ტურბინის ქარხნები და შიდა წვის ძრავები.

გამოყენებული საწვავი

გაზის ტურბინების დიდი უმრავლესობა შექმნილია ბუნებრივ აირზე მუშაობისთვის. ზოგჯერ თხევადი საწვავი გამოიყენება დაბალი სიმძლავრის სისტემებში (ნაკლებად ხშირად - საშუალო, ძალიან იშვიათად - მაღალი სიმძლავრის). ახალი ტენდენციაა კომპაქტური გაზის ტურბინის სისტემების გადასვლა მყარი აალებადი მასალების გამოყენებაზე (ქვანახშირი, ნაკლებად ხშირად ტორფი და ხე). ეს ტენდენციები განპირობებულია იმით, რომ გაზი არის ღირებული ტექნოლოგიური ნედლეული ქიმიური მრეწველობისთვის, სადაც მისი გამოყენება ხშირად უფრო მომგებიანია, ვიდრე ენერგეტიკის სექტორში. გაზის ტურბინის ქარხნების წარმოება, რომლებსაც შეუძლიათ ეფექტურად იმუშაონ მყარ საწვავზე, აქტიურად იძენს იმპულსს.

სხვაობა ICE-სა და GTU-ს შორის

შიდაწვის ძრავებსა და გაზის ტურბინის კომპლექსებს შორის ფუნდამენტური განსხვავება შემდეგია. შიდა წვის ძრავში ჰაერის შეკუმშვის, საწვავის წვის და წვის პროდუქტების გაფართოების პროცესები ხდება ერთ სტრუქტურულ ელემენტში, რომელსაც ძრავის ცილინდრი ეწოდება. გაზის ტურბინებში ეს პროცესები იყოფა ცალკეულ სტრუქტურულ ერთეულებად:

• შეკუმშვა ხორციელდება კომპრესორში;
• საწვავის წვა, შესაბამისად, სპეციალურ კამერაში;
• წვის პროდუქტების გაფართოება ხორციელდება გაზის ტურბინაში.

შედეგად, სტრუქტურულად, გაზის ტურბინებსა და შიდა წვის ძრავებს მცირე მსგავსება აქვთ, თუმცა ისინი მუშაობენ მსგავსი თერმოდინამიკური ციკლების მიხედვით.

დასკვნა

მცირემასშტაბიანი ენერგიის გამომუშავების განვითარებით, მისი ეფექტურობის გაზრდით, GTP და STP სისტემები იკავებენ მზარდ წილს მთლიანობაში.მსოფლიოს ენერგეტიკული სისტემა. შესაბამისად, გაზის ტურბინის ქარხნის ოპერატორის პერსპექტიული პროფესია სულ უფრო მოთხოვნადია. დასავლელი პარტნიორების შემდეგ, რამდენიმე რუსი მწარმოებელი დაეუფლა ეკონომიური გაზის ტურბინების წარმოებას. Severo-Zapadnaya CHPP სანკტ-პეტერბურგში გახდა ახალი თაობის პირველი კომბინირებული ციკლის ელექტროსადგური რუსეთში.