Kombinuoto ciklo įrenginio veikimo principas. Didžioji naftos ir dujų enciklopedija

Schemos ir rodikliaidujų turbinajėgainių įrenginiai

Dujų turbinų elektrinės SSRS kaip nepriklausomos elektrinės buvo platinamos ribotai. Serijiniai dujų turbinų blokai (GTU) yra mažai efektyvūs, paprastai sunaudoja aukštos kokybės kurą (skystą ar dujinį). Esant nedidelėms kapitalinėms statybų sąnaudoms, jie pasižymi dideliu manevringumu, todėl kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, JAV, jie naudojami kaip didžiausia jėgainė. Palyginti su garų turbinais, dujų turbinos turi padidintas triukšmo charakteristikas, kurioms reikalinga papildoma mašinų skyriaus garso izoliacija ir oro įsiurbimo įtaisai. Oro kompresorius sunaudoja didelę dalį (50–60%) dujų turbinos vidinės galios. Dėl specifinio kompresoriaus ir dujų turbinos talpos santykio, dujų turbinos elektrinės apkrovos kitimo diapazonas yra nedidelis.

Sumontuotų dujų turbinų vienetinis pajėgumas neviršija 100–150 MW, tai yra žymiai mažiau nei reikia didelių vienetų galingumo.

Dauguma šiuolaikinių dujų turbinų veikia pagal nuolatinio kuro deginimo schemą ir yra vykdomos pagal atvirą (atvirą) arba uždarą (uždarą) ciklą, atsižvelgiant į deginamo kuro rūšį.

Į GTU atviras ciklaskaip degalai naudojami skysti mažai sieros turbinų degalai arba gamtinės dujos, kurios tiekiamos į degimo kamerą (9.1 pav.). Kuro deginimui reikalingas oras išvalomas sudėtiniame oro valymo įrenginyje (filtre) ir kompresoriuje suspaudžiamas iki MPa slėgio. Norėdami iš anksto nustatyti dujų temperatūrą priešais dujų turbiną

° C, reikalingas oro perteklius palaikomas degimo kameroje (2,5–5,0), atsižvelgiant į teorinę kuro temperatūrą, kuro rūšį, degimo būdą ir kt. Karštos dujos yra darbinis skystis dujų turbinoje, kur jos plečiasi, o tada, kai temperatūra

° C mesti į kaminą.

Fig. 9.1. Atvirojo ciklo GTU schema:

Kam- oro kompresorius; GT- dujų turbina; G -elektros generatorius; PU- paleidimo įtaisas; F-oro filtras; Policininkas- kuro degimo kamera

Uždaro ciklo dujų turbina(9.2 pav.) Leidžiama naudoti ir kietą, ir labai sieros skystą kurą (mazutą), sudeginamą degimo kameroje, kur yra darbinis skysčio šildytuvas, dažniausiai oras. Oro aušintuvo įtraukimas į grandinę sumažina kompresoriaus suspaudimo darbą, o regeneratorius padidina dujų turbinos efektyvumą. Iki šiol jie nebuvo naudojęsi uždaro ciklo dujų turbina su kitais darbiniais skysčiais (heliu ir kt.).

Pagrindiniai dujų turbinų pranašumai elektros sistemai yra jų mobilumas. Priklausomai nuo įrengimo tipo, jo paleidimo ir pakrovimo laikas yra 5-20 minučių. GTU būdingos mažesnės vieneto sąnaudos (50–80% mažesnės nei bazinių blokų), didelis pasirengimas paleisti, trūksta aušinimo vandens, galimybė greitai pastatyti TPP mažais jėgainės matmenimis ir maža aplinkos tarša. Tuo pačiu metu dujų turbinoms būdingas žemas elektros energijos gamybos efektyvumas (28–30 proc.), Jų gamyklinė gamyba sudėtingesnė nei garų turbinų, joms reikia brangaus ir menko kuro. Šios aplinkybės taip pat nustatė racionaliausią dujų turbinų naudojimo energetikos sistemoje plotą kaip piko ir paprastai autonomiškai paleistas jėgaines, kurių instaliuota galia yra 500–1000 h / metus. Tokiems įrenginiams geriau pasirinkti struktūrinę schemą, sudarytą iš vieno veleno dujų turbinos agregato su paprastu ciklu be regeneracijos arba su šilumos generatoriumi išmetamosioms dujoms (9.3 pav., A, b). Tokia schema pasižymi dideliu įrengimo, kuris dažniausiai gaminamas ir montuojamas gamykloje, paprastumu ir kompaktiškumu. Energinių dujų turbinas, kurių eksploatacija numatyta elektrinės apkrovos grafiko pusiau bazinėje dalyje, ekonomiškai pateisinama atlikti pagal sudėtingesnę konstrukcinę schemą (9.3 pav., C).

Fig. 9.2. Uždaro ciklo dujų turbinos schema:

VP- oro šildytuvas; GT- dujų turbina; P- regeneratorius; V. K.-air kompresorius; G- elektros generatorius; PUpaleidimo įtaisas

Fig. 9.3. Įvairių tipų dujų turbinų struktūrinės schemos:

bet- GTU paprastas ciklas be regeneracijos; b - paprasto ciklo su išmetamųjų dujų šilumos regeneratoriumi GTU; į- dviejų velenų dujų turbina su dviejų pakopų šilumos tiekimu: T- kuro tiekimas; KVD. Efektyvumas- aukšto ir žemo slėgio oro kompresoriai; Dujų turbinų variklis, dujų turbinų variklis -aukšto ir žemo slėgio dujų turbinos

Sovietų Sąjungoje veikia dujų turbinų elektrinės, kurių GTU tipai yra GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 ir kitos, kurių pradinė dujų temperatūra priešais 700–950 ° C dujų turbiną. Leningrado metalo gamykla sukūrė naujos serijos dujų turbinų, kurių galia yra 125–200 MW, pradinę dujų temperatūrą atitinkamai 950, 1100 ir 1250 ° C projektus. Jie gaminami pagal paprastą schemą su atviru veikimo ciklu, vieno veleno, be regeneratoriaus (9.1 lentelė). „GT-100-750-2 LMZ“ dujų turbinos bloko šiluminė schema parodyta fig. 9.4, a, ir elektrinės su tokiomis turbinais išdėstymas parodytas fig. 9.4, b. Šios dujų turbinos yra eksploatuojamos Krasnodaro šiluminėje elektrinėje, pavadintoje SDPP Klassonas Mosenergo, aukščiausioje TPP Inotos mieste, Vengrijos Liaudies Respublikoje ir kt.

9.1 lentelė

	GTU rodikliai
Dujų turbina nustatymas	Elektrinis galia, MW	Oro sąnaudos ha per kom spaustuvas, kg / s Dalis oro, išeinančio iš kompresoriaus, patenka tiesiai į degimo kameros sienas, kad palaikytų palyginti žemą temperatūrą. Kita dalis cirkuliuoja turbinos menčių viduje, palikdama skylutes kraštuose, kurie sukuria plėvelę menčių paviršiuje. Turbinoje yra energija, esanti degimo dujose, esant slėgiui ir pakilusiai temperatūrai. Kaip minėta aukščiau, didelę šios galios dalį tiesiogiai sugeria kompresorius. Ši aukšta temperatūra reiškia, kad jose esanti energija gali būti panaudota turbinos veikimui pagerinti arba, kaip įprasta, garui gaminti šilumos šilumos katile. Tada šis garas įleidžiamas į garų turbiną ir pasiekiamas 55% ar net didesnis našumas.	Suspaudimo laipsnis tia suspaudžiant	Pradinis dujų temperatūra	Elektrinis
GT-100-750-2M * Gamtinės dujos suvokiamos kaip geras elektros energijos šaltinis dėl kelių priežasčių - tiek ekonominių, tiek eksploatacinių, tiek aplinkosauginių: jos kelia nedidelę riziką, išskiria mažiau anglies dvideginio nei kiti iškastiniai degalai, dujines elektrines galima pastatyti palyginti greitai, kai kuriais atvejais maždaug per dvejus metus, skirtingai nei branduoliniai įrenginiai, kurie gali būti pastatyti daug ilgiau. Remiantis Tarptautinės energetikos agentūros prognozėmis, iki šiol gamtinės dujos ir toliau didins savo dalį pasauliniame energijos balanse - padidės 2% per metus. Gamtinės dujos sudaro ketvirtadalį pasaulyje sunaudojamos pirminės energijos ir pastaraisiais metais labai padidėjo, o tai daugiausia lemia tai, kad jos naudojamos kaip elektros energijos generatorius šiluminėse elektrinėse, nesvarbu, ar naujos, ar pritaikytos.
„General Electric“

* Turbinos ir dviejų velenų kompresorius; velenas su turbina ir aukšto slėgio kompresoriumi turi padidintą greitį.

** Gamyba iš gamtinių dujų (skystų dujų turbinų kuras).

Fig. 9.4. GT-100-750-2 LMZ dujų turbinų įrengimas:

bet- šiluminė grandinė: 1-8 - GTU guoliai; / - oras iš atmosferos; II - aušinimo vanduo; III- kuras (gamtinės dujos); / V - išmetamosios dujos; V - garai į pradinę turbiną (p \u003d 1,2 MPa, t \u003d 235 ° C); GSHduslintuvas; KND - žemo slėgio kompresorius; Į- oro aušintuvai; KVD- aukšto slėgio kompresorius; KSVD -aukšto slėgio degimo kamera; TVD- aukšto slėgio turbina; KSDN -žemo slėgio degimo kamera; TND- žemo slėgio turbina; VP- vidinis guolis; Į- patogenas; PT- startinė turbina; APK -apsauginiai vožtuvai KND; b - išdėstymas (skerspjūvis): / - KND; 2-IN; 3 - HPC; 4 - KSVD; 5 - teatras; 6 - RDC; 7-TND; 8 - PT; 9 - kaminas 10 - viršįtampio vožtuvas (AIC); L generatorius (G); 12- tiltinis kranas; 13- oro valymo filtrai; 14 - duslintuvai; 15 - reguliavimo sistemos alyvos siurbliai; 16- šildytuvai; / 7 - vartai ant išmetimo kanalų; 18 - alyvos aušintuvai

Skystųjų dujų turbinų kuras, naudojamas buitinėms dujų turbinoms, filtruojamas ir plaunamas iš šarminių metalų druskų jėgainėje. Tada degalams pridedamas priedas, kuriame yra magnio, kad būtų išvengta vanadžio korozijos. Remiantis eksploatacijos duomenimis, toks kuro paruošimas prisideda prie ilgalaikio dujų turbinų darbo be taršos ir srauto dalies korozijos.

ATEP Rostovo filialas sukūrė tipišką dujų turbinų jėgainės su GTU GTE-150-1100 tipišką projektą. Fig. 9.5 yra tokios dujų turbinos, suprojektuotos deginti skystųjų dujų turbinos ar gamtines dujas, šiluminė schema. Dujų turbina suprojektuota pagal paprastą atvirą grandinę, dujų turbinos ir kompresoriaus rotoriai yra viename gabenamame korpuse, o tai žymiai sumažina montavimo laiką ir darbo sąnaudas. Dujų turbinų agregatai įrengiami skersai jėgainės mašinų skyriuje, kurio ilgis 36 ir blokas 24 m. Dūmtakio dujos išleidžiamos į 120 m aukščio kaminą trimis metalinėmis dujų išmetimo dėžėmis.

Fig. 9.5. Dujų turbinos bloko LMZ GTE-150-1100 schema:

V. K.- pagalbinis kompresorius pneumatiniam kuro purškimui: PT- garinė turbina; P- stiprintuvo pavarų dėžė; ED -pagalbinis kompresoriaus variklis GT- dujų turbina; T- skysto kuro tiekimas pagal GOST 10743-75, \u003d 42,32 MJ / kg (10 110 kcal / kg) DT- kaminas; Agroverslas- apsauginis vožtuvas

Svarbi dujų turbinų jėgainių savybė yra jų veikimo priklausomybė nuo lauko oro parametrų, o pirmiausia nuo jo temperatūros. Jai veikiant keičiasi oro srautas per kompresorių, keičiasi kompresoriaus ir dujų turbinos vidinių pajėgumų santykis ir dėl to dujų turbinos elektrinė galia bei jos efektyvumas. MPEI atliko daugiamatį GTE-150 veikimo skysto turbinos kurui ir Tiumenės gamtinėms dujoms skaičiavimą, atsižvelgiant į lauko oro temperatūrą ir slėgį (9.6, 9.7 pav.). Rezultatai patvirtina padidėjusį dujų turbinų šiluminį efektyvumą padidėjus dujų temperatūrai priešais dujų turbiną

ir mažėjant lauko temperatūrai . Temperatūros kilimas nuo

\u003d Nuo 800 ° C iki

\u003d 1100 ° C padidina dujų turbinų elektrinį efektyvumą 3% esant \u003d -40 ° C ir 19% esant \u003d 40 ° C. Sumažinus lauko oro temperatūrą nuo +40 iki -40 ° C, žymiai padidėja dujų turbinų elektrinė galia. Įvairioms pradinėms temperatūroms šis padidėjimas yra 140–160%. Norint apriboti dujų turbinos galios augimą, sumažinant lauko oro temperatūrą ir atsižvelgiant į galimybę perkrauti elektros generatorių (nagrinėjamu atveju tipas TGV-200), būtina paveikti arba dujų temperatūrą priešais dujų turbiną, sumažinant degalų sąnaudas (kreivės) 4 pav. 9.6 ir 9.7) arba esant lauko temperatūrai, sumaišius nedidelį kiekį išmetamųjų dujų (2–4%) su kompresoriaus įsiurbtu oru. Pastovų 100–80% oro srauto greitį taip pat galima išlaikyti dengiant dujų turbinos kompresoriaus įleidimo kreipiamąsias mentes (VNA).

Fig. 9.6. Dujų turbinų elektrinės galios priklausomybė

nuo lauko temperatūros :

1-

\u003d 1100 ° C; 2–2

\u003d 950 ° C; 3 -

\u003d 800 ° C; 4

=

; - gamtinių dujų turbinų darbas; GTU veikimas skystu kuru

Fig. 9.7. Dujų turbinų elektrinio efektyvumo priklausomybė

   nuo lauko temperatūros (žymėjimas pateiktas 9.6 pav.)

Elektrinio efektyvumo pokytis jo mažėjimo kryptimi yra ypač reikšmingas esant lauko temperatūrai aukštesnei kaip 5–10 ° С (9.7 pav.). Pakilus lauko temperatūrai nuo +15 iki +40 C, šis efektyvumas sumažėja 13–27%, atsižvelgiant į dujų, esančių priešais dujų turbiną, temperatūrą ir sudegusio kuro rūšį.

Padidėjus lauko oro temperatūrai, padidėja oro perteklius už dujų turbinos ir išmetamųjų dujų temperatūra, o tai prisideda prie dujų turbinų energijos rodiklių pablogėjimo.

Padidėjęs atmosferos slėgis padidėja oro srautas per kompresorių dėl padidėjusio oro tankio. Didėjant šiam slėgiui diapazone

kPa (720–800 mm Hg) esant pastoviai lauko temperatūrai, dujų turbinos elektrinė galia padidėja apie 10%, o įrenginio elektrinis efektyvumas išlieka beveik pastovus.

Dujų turbinos šiluminės grandinės apskaičiavimas atliekamas nuosekliai apskaičiuojant kompresoriaus ir dujų turbinos našumą. Norėdami pakankamai tiksliai nustatyti vienpakopės paprastos dujų turbinos (žr. 9.1 pav.) Energinį naudingumą, galite naudoti šias priklausomybes:

Galia, kW, kompresoriaus pavara

kur - savitasis oro karštis, kJ / (kg-K);

- lauko temperatūra, K; - oro suspaudimo laipsnis kompresoriuje;

- izentropų rodiklis;

- polipropinio kompresoriaus efektyvumas; - oro srautas per kompresorių, kg / s.

Kuro sąnaudos degimo kameroje, kg / s,

kur - oro temperatūra už kompresoriaus, ° С;

- oro nutekėjimas per kompresoriaus galinius sandariklius, kg / s; - oro sąnaudos dujų turbinos ašmenų aparatui aušinti, kg / s;

- degimo kameros efektyvumas.

Vidinė dujų turbinos galia, kW,

Dujų entalpija

, kJ / kg, esant dujų turbinos įleidimo ir išleidimo temperatūrai, galima apytiksliai nustatyti išraišką

Apytiksliai galima įvertinti pataisos koeficientą, atsižvelgiant į deginto kuro poveikį dujų sudėčiai: \u003d 1,0125 deginant skystą kurą,

deginant gamtines dujas.

Dujų, esančių už dujų turbinos, temperatūra, ° C,

nustatoma imant pirma

; vidinis santykinis dujų turbinos efektyvumas

;

- dujų išsiplėtimo laipsnis dujų turbinoje, atsižvelgiant į oro slėgio praradimą degimo kameroje ir turbinos išmetime. Pagal gautą vertę

nustatyti prasmę

, ir tada apskaičiuokite tikrąją temperatūrą t ct , pakeičiant reikšmes (20.5)

k=0.5(k nt - k ct ) .

GTU elektros galia, kW,

kur

.

GTU elektros efektyvumas

.

Elektrinių kombinuoto ciklo įrenginiai

Garo turbinų ir dujų turbinų blokų derinys, sujungtas į bendrą technologinį ciklą, vadinamas jėgainės kombinuoto ciklo dujų turbinų bloku (CCGT). Sujungus šiuos agregatus kaip visumą galima sumažinti šilumos nuostolius su dujų turbinos ar garo katilo išmetamosiomis dujomis, deginant kurą, naudokite už dujų turbinų esančias dujas kaip šildomą oksidatorių, gaukite papildomos galios iš dalies pakeisdami garų turbinų jėgainių regeneraciją ir galiausiai padidinkite kombinuoto ciklo dujų turbinų jėgainės efektyvumą. palyginti su garų turbinų ir dujų turbinų elektrinėmis.

CCGT naudojimas šiandienos energijai yra efektyviausia priemonė žymiai padidinti iškastiniu kūrenimu kūrenamų elektrinių šiluminį ir bendrą efektyvumą. Geriausių esamų CCGT jėgainių efektyvumas yra iki 46%, o suprojektuotų - iki 48–49%, t.y., didesnis nei suprojektuotų MHD įrenginių.

Tarp įvairių kombinuoto ciklo dujų turbinų variantų buvo plačiausiai naudojamos šios schemos: kombinuoto ciklo garų generatoriai su aukšto slėgio garų generatoriumi (HSV), kombinuoto ciklo garų generatoriai su dujų turbinų dujomis išleidžiant į garo katilo krosnį, kombinuoto ciklo garų generatoriai su regeneravimo garo katilu (CCP), pusiau nepriklausomi kombinuoto ciklo garų generatoriai ir kombinuoto ciklo kietojo kuro dujinimas.

Sukūrė NPO CKTI CCGT su aukšto slėgio garų generatoriuminaudokite gamtines dujas arba skystųjų dujų turbinų kurą (9.8 pav.). Oro kompresorius tiekia suslėgtą orą į žiedinį korpuso prošvaistį HSVir į papildomą degimo kamerą BCS,kur jo temperatūra pakyla. Deginant kurą degimo kameroje, karštos dujos turi 0,6–1,2 MPa slėgį, atsižvelgiant į oro slėgį už kompresoriaus, ir yra naudojamos garui ir jo perkaitimui generuoti. Po tarpinio perkaitintuvo - paskutinis kaitinimo paviršius HSV- dujos, kurių temperatūra yra maždaug 700 ° C, patenka į papildomą degimo kamerą, kur jos įkaitinamos iki 900 ° C ir patenka į dujų turbiną. Išmetamosios dujos, esančios dujų turbinoje, siunčiamos į trijų pakopų dujų ir vandens ekonomaizerį, kur jos aušinamos tiekiamu vandeniu ir pagrindiniu garų turbinos kondensatu. Šis ekonomaizerių jungtis užtikrina pastovią 120–140 ° C išmetamųjų dujų temperatūrą prieš išeinant į kaminą. Tuo pačiu metu tokiame CCGT įrenginyje iš dalies keičiamas regeneravimas ir padidėja garo turbinos įrengimo galia.

Fig. 9.8. Kombinuoto ciklo įrenginio PGU-250 su aukšto slėgio garų generatoriumi VPG-600-140 schema:

BS -būgno separatorius; PE- perkaitintuvas; PP -tarpinis perkaitintuvas; Ir- garų kaitinimo paviršiai; TsN-cirkuliacinis siurblys; EK1 - EKSH- dujų-vandens ekonomaizeriai, naudojantys dujų turbinų išmetamųjų dujų šilumą; DPV -pašaro vandens deaeratorius; BCS- papildoma degimo kamera

Aukšto slėgio garų generatorius yra įprasta kuro degimo kamera garo turbinos ir dujų turbinos įrengimui. Tokio CCGT ypatybė yra tai, kad per didelis dujų slėgis grandinėje leidžia neįrengti dūmų šalintuvų, o oro kompresorius pakeičia pūstuvo ventiliatorių; nereikia oro šildytuvo. Garas iš HSV siunčiamas į garų turbinos bloką, turintį įprastą šiluminę grandinę.

Reikšmingas šio įrenginio pranašumas yra sumažintos HSV dydžio ir masės rodikliai, darbinis slėgis dujų kelyje 0,6–1,2 MPa. Aukšto slėgio garų generatorius gaminamas visiškai gamykloje. Pagal transportavimo reikalavimus vieno VPGne korpuso garų galia viršija 350–10 3 kg / h. Pvz., Garų generatorius POG TKZ VPG-650-140-545 / 545 sudaro du pastatai. Jos dūmtakiai yra ekranuoti suvirintomis dujoms nepralaidžiomis fasoninių vamzdžių plokštėmis.

Patartina naudoti CCGT su HSV esant žemai dujų temperatūrai priešais dujų turbiną. Pakilus šiai temperatūrai, sumažėja šilumos dalis, kurią perduoda aukšto slėgio garų generatoriaus šildymo paviršiaus dujos.

Neįmanoma autonomiškai valdyti CCGT garų etapo su HSV, o tai yra šios schemos trūkumas, reikalaujantis vienodo dujų turbinos įrengimo, garų turbinos ir garų generatoriaus patikimumo. Dujų turbinų su įmontuotomis degimo kameromis (pavyzdžiui, dujų turbinų varikliams-150) naudojimas taip pat nepriimtinas.

CCGT naudojimas kartu su HSV yra perspektyvus schemose su anglies ciklo dujinimo ciklu.

Fig. 9.9 parodytas PGU-200-250 išdėstymas su turbinomis K-160-130 ir GT-35-770 arba K-210-130 ir GT-45-3. Panaši instaliacija keletą metų sėkmingai veikia Nevinnomysskaya TPP. Naudojant tokias kombinuoto ciklo elektrines galima sutaupyti degalų šiluminėse elektrinėse 15%, sumažinti specifines kapitalo investicijas 12-20%, sumažinti metalo sąnaudas įrenginiams 30%, palyginti su garų turbinų jėgaine.

CCGT su dujų išleidimudujų turbinos į garų katilo krosnį pasižymi tuo, kad dujų turbinos išmetamosios dujos yra labai kaitinamos (450–550 ° C) balastuotas oksidatorius, kurio deguonies kiekis yra 14–16%. Dėl šios priežasties patartina juos naudoti didžiąją dalį kuro deginant garų katile (9.10 pav.). Pagal šią schemą CCPP buvo įgyvendinta ir sėkmingai veikia Moldovos valstybinės apygardos elektrinėje (stoties elektriniai Nr. 11 ir 12). CCGT buvo naudojama serijinė įranga: garų turbina K-210-130 POT LMZ garo parametrams 13 MPa, 540/540 ° C, dujų turbina GT-35-770 POAT KhTZ, garų ir dujų stadijų elektriniai generatoriai TGV-200 ir TVF-63-. 243, vienkartinis garo katilas su natūralia cirkuliacija, tipas TME-213, našumas 670 * 10 3 kg / val. Katilas tiekiamas be oro šildytuvo ir gali veikti tiek su slėgiu, tiek su subalansuota grimzle. Norėdami tai padaryti, schema suteikia dūmų ištraukiklius DS.Ši CCGT schema leidžia dirbti trimis skirtingais režimais: CCGT režimu ir autonominiu dujų ir garo etapų valdymu.

Fig. 9.9. Pagrindinio pastato PGU-250 su aukšto slėgio garų generatoriumi išdėstymas:

bet- skerspjūvis; b - planas; žymėjimai žr. 9.8

Pagrindinis yra kombinuoto ciklo įrenginio veikimo režimas. Dujų turbinos išmetamosios dujos (skystų dujų turbinų kuras yra deginamas jos degimo kameroje) tiekiamos į pagrindinius katilo degiklius. Degiklis taip pat gauna degimo procesui pašildytą orą, kuris šildomas krosnyje ir kurį siurbia papildomas oro ventiliatorius Ore.Garo katilo išmetamosios dujos aušinamos aukšto ir žemo slėgio ekonomaizeriuose ir tada siunčiamos į kaminą. Per aukšto slėgio ekonomaizerį Ekvdtiek CCGT režimu, tiek autonomiškai veikiant garų stadijai, maždaug 50% pašaro vandens tiekiama po tiekimo siurblių. Tada visas tiekiamas vanduo patenka į pagrindinį katilo ekonomaizerį, kurio temperatūra yra 250 ° C. Žemo slėgio ekonomaizeris Ekndpagrindinis turbinos kondensatas teka po PND5(kai krovinys didesnis kaip 50%) arba po PND4(esant mažesnėms nei 50% apkrovoms). Šiuo atžvilgiu garo turbinos regeneracinis ištraukimas iš dalies nėra iškraunamas, o garų slėgis jo srauto dalyje šiek tiek padidėja; padidėjęs garų perdavimas į turbinos kondensatorių.

Fig. 9.9. Tęsinys

Savarankiškai veikiant garo stadijai, oras, reikalingas kurui deginti katile, tiekiamas iš pūstuvo Tolimieji Rytaišildytuvuose, kur jis pašildomas iki 180 ° C ir tada siunčiamas į degiklį. Garų katilas veikia vakuume, kurį sukuria dūmų ištraukikliai DS.Autonominio dujų etapo metu išmetamosios dujos nukreipiamos į kaminą.

CCGT veikimo galimybė įvairiais režimais užtikrinama įdiegiant automatiškai valdomą didelio skersmens dujų-oro vartų (sklendžių), greitai užrakinamų, pritvirtintų prie dujų-oro kanalų, sistemą tam, kad būtų galima išjungti tam tikrą montavimo elementą. Tai padidina grandinės kainą ir sumažina jos patikimumą.

Didėjant dujų temperatūrai priešais CCGT dujų turbiną ir esant mažesniam oro suspaudimo laipsniui kompresoriuje, deguonies kiekis dujų turbinos išmetamosiose dujose sumažėja, todėl reikia tiekti papildomą orą. Dėl to padidėja dujų, patenkančių pro garo katilo konvekcinius šildymo paviršius, tūris, taip pat padidėja šilumos nuostoliai išmetamosiose dujose. . Ventiliatoriaus pavaros energijos sąnaudos taip pat padidėja. Deginant kietojo kuro katilą, dulkių paruošimo sistemoje naudojamas šildomas oras.

CCGT-250 eksploatavimo patirtis įmonėje „Moldavskaya GRES“ parodė, kad jos efektyvumas labai priklauso nuo garų ir dujų pakopų apkrovos. Konkrečios ekvivalentiškos degalų sąnaudos esant 240–250 MW vardinei apkrovai siekia 315 g / (kWh).

Šio tipo kombinuoto ciklo elektrinės yra plačiai paplitusios užsienyje (JAV, Anglijoje, Vokietijoje ir kt.). Šio tipo CCGT pranašumas yra tas, kad jame naudojamas įprastos konstrukcijos garo katilas, kuriame galima naudoti bet kokio tipo kurą, įskaitant kietą. Dujų turbinos degimo kameroje sudeginama ne daugiau kaip 15–20% viso CCGT įrenginio sunaudojamo kuro, o tai sumažina jo retų markių sunaudojimą. Tokio kombinuoto ciklo dujų turbinos bloko paleidimas paprastai prasideda nuo dujų turbinos bloko paleidimo, kurio metu išmetamųjų dujų šiluma leidžia padidinti garų katilo garų parametrus ir sumažinti degalų kiekį, naudojamą garo turbinos įrangai paleisti.

Fig. 9.10. CCGT-250 su GTU dujų išleidimu į garų katilo krosnį schema:

PE-šviežio garo perkaitintuvas; PP-tarpinis perkaitintuvas; EK, EKVD, EKDD- ekonomaizeriai: pagrindinis, aukštas ir žemas slėgis; P1–P7 - garų pakopų regeneracinės sistemos šildytuvai; DPV- pašaro vandens deaeratorius; PEN, KN, DN- pašarų, kondensato, drenažo siurbliai; HP- siurblys pagrindinio kondensato cirkuliacijai ECD; Tolimieji Rytai, orlaiviai- pūtimo ir papildomo oro ventiliatoriai ; KL1, KL11- pirmojo ir antrojo pakopų šildytuvai ; Į- injekcija tiekti vandenį iš PEN tarpinės stadijos; DS- dūmų išmetimas

CCGT su panaudojimugaro katilai leidžia naudoti dūmų dujas iš dujų turbinų garui generuoti. Tokiuose įrenginiuose įmanoma atlikti visiškai dvejetainį ciklą be papildomo deginimo kuriant žemo lygio garą. Fig. 9.11 parodyta tokios kombinuoto ciklo jėgainės, kurioje naudojama atominė elektrinė, naudojama dujų turbina GTE-150-1100 ir prisotinta garų turbina K-70-29, MPEI schema. Garų parametrai prieš turbiną 3 MPa, 230 ° C. Esant leistiniems temperatūrų skirtumams tarp dujų ir garo ir esant visiškiausiam išmetamųjų dujų šilumos panaudojimui, tarpinis perkaitintuvas yra garai-garai ir dedamas už ekonomaizerio išilgai dujų kelio. Dalis išmetamųjų dujų, esančių už dujų turbinos, patenka į pjūvį tarp regeneravimo garo katilo išgarinimo ir ekonomaizerio šildymo paviršių CPCkuris pateikia norimos temperatūros galvutę. Tokiems augalams būdingos aukštos CCGT energijos koeficiento vertės ir naudojamas tik aukštos kokybės iškastinis kuras, daugiausia gamtinės dujos. Esant + 15 ° С lauko temperatūrai ir 160 ° С išmetamųjų dujų temperatūrai, bendra CCGT įrenginio elektrinė galia yra maždaug 220 MW, efektyvumas 44,7%, o ekvivalentiškų degalų savitasis sunaudojimas yra 281 g / (kW-h).

Fig. 9.11. CCGT-220 su regeneravimo katilu ir prisotinta garų turbina be degalų deginimo schema:

CPC- utilizavimo katilas (garo generatorius); C - drėgmės separatorius; DN- kanalizacijos siurblys; kiti pavadinimai žr. 20.8, 20.10

Visos Sąjungos termotechnikos institutas ir ATEP sukūrė manevringo CCGT variantą nesudegindami degalų priešais rekuperacinį garo katilą. Į CCGT įeina viena dujų turbina GTE-150-1100, vieno cilindro garo turbina, kurios galia 75 MW, esant 3,5 MPa, 465 ° C temperatūros garų parametrams, kai garų srautas yra 280–10 3 kg / h, rekuperacinis garo katilas, kurio šildymo paviršius yra 40–10. 3 m 2 vamzdžių. Tokio CCGT-250 jėgainės pagrindinio pastato modulis yra suprojektuotas vieno ilgio, kurio tarpatramio plotis yra 24 m. Dujų turbinos įrenginys, garo turbina ir elektros generatorius tarp jų yra sumontuoti vieno veleno bloko pavidalu. Esant +5 ° С lauko temperatūrai, CCGT-250 specifinės ekvivalentinės degalų sąnaudos yra 279 g / (kW-h).

Norint naudoti galingesnius serijinius garų turbinų agregatus pagal CCGT schemą su regeneravimo katilais, reikės didesnių garo sunaudojimo aukštų parametrų. Tai įmanoma, jei dujų temperatūra katilo įleidimo angoje pakyla iki 800–850 ° C dėl papildomo deginimo iki 25% viso kuro (gamtinių dujų) suvartojimo katilo degikliuose. Fig. Gruodžio 20 d. Parodyta tokio tipo CCGT-800 šiluminė schema pagal VTI ir ATEP projektą. Jį sudaro du GTE-150-1100 POT LMZ dujų turbinų agregatai, dviejų apvalkalų „ZiO“ garo katilas, kurio bendra garo galia yra 1150–10 3 kg / h, o garo parametrai - 13,5 MPa, 545/545 ° C, ir „K-500“ garo turbina. 166 POT LMZ. Ši schema turi daugybę funkcijų. Regeneracinė turbinos (išskyrus paskutinę) atranka yra prislopinta; regeneracijos sistemoje yra tik maišantis PND. Naudojamas nedeeratorinis ciklas su turbinos kondensato aušinimu kondensatoriuje ir maišymo krosnyje. Kondensatas, kurio temperatūra 60 ° C, tiekiamas dviem PE-720-220 tiekimo siurbliais į katilo ekonomaizerį. Regeneracinio garo ištraukimo nebuvimas padidina jo praėjimą į turbinos kondensatorių, kurio elektrinė galia šioje srityje yra apribota iki 450 MW.

Naudojamas U formos tiesioginio srauto garų katilas, kurį sudaro konvekciniai šildymo paviršiai. Po kiekvieno dujų turbinos bloko į kiekvieną CPC pastatą tiekiamos 680 kg / s išmetamosios dujos, kurių temperatūra yra 430–520 ° C, o deguonies kiekis yra 14–15,5%. Gamtinės dujos deginamos pagrindiniuose BPK degikliuose o dujų temperatūra priešais katilo šildymo paviršius pakyla iki 840–850 ° C. Po to degimo produktai aušinami perkaitintuvuose (tarpiniuose ir pagrindiniuose), garuojančiuose ir taupančiuose šildymo paviršiuose ir esant ~ 125 ° C temperatūrai. Ypatinga katilo savybė yra jo veikimas esant dideliam dujų srautui. Jo garo talpos ir degimo produktų sunaudojimo santykis yra 5-6 kartus mažesnis nei įprastų jėgos agregatų garo katilų. Dėl šios priežasties minimalios temperatūros galvutė juda iš tarpinio perkaitintuvo zonos (vienkartiniam dujos-katilo katilui) iki karšto ekonomaizerio galo. Nedidelė šios temperatūros galvutės vertė (20–40 ° C) privertė UPC dizainerius atlikti ekonomiškesnį vamzdžių, kurių skersmuo 42X4 mm, ekonomizavimą, kuris sumažino jo svorį, bet padidino katilo aerodinaminį atsparumą. Dėl to šiek tiek sumažėjo dujų turbinos ir viso CCGT bloko elektrinė galia.

Pagrindinis „CCGT-800“ režimas yra darbas kombinuoto ciklo cikle, o regeneravimo garo katilas veikia esant slėgiui. Tokių CCGT blokų pranašumas yra galimybė autonomiškai eksploatuoti dujų ir garo etapus. Nepriklausomas CCGT įrenginio veikimas vyksta šiek tiek sumažėjus galiai dėl padidėjusio išmetamųjų dujų pasipriešinimo, kurį sukelia dujos tranzitu per atliekų šilumos katilą. Norint užtikrinti autonominį garų turbinos bloko veikimą, reikia šiek tiek apsunkinti grandinę, į kurią turi būti įtraukti vartai ir dūmų ištraukikliai. Esant tokiam veikimo režimui, vartai uždaromi 1    ir 2 (9.12 pav.) ir atidarykite vartus 3 -5. Pagrindinis katilo išmetamųjų dujų kiekis (apie 70%) yra praturtintas oru ir naudojant recirkuliacinį dūmų šalinimo įrenginį DRkurių temperatūra 80 ° C, nukreipiami į papildomus degiklius priešais katilą. Be to, sudegusio kuro kiekis Baudžiamojo proceso kodekse išaugo trigubai. Nepanaudotas katilo išmetamųjų dujų kiekis (apie 30%) su dūmų išmetimu DSįmesta į kaminą.

Norint, kad CCGT veiktų esant budinčiam skysto dujų-turbinos degalui, šiluminiame kontūre būtina papildomai pašildyti vandenį iki 130–140 ° C, kad būtų išvengta šildymo galinių paviršių korozijos. Todėl šis veikimo būdas bus mažiau ekonomiškas.

CCPP su garo katilais pasižymi dideliu manevringumu. Jie skirti maždaug 160 paleidimų per metus; paleidimo laikas po 6-8 valandų pertraukos yra 60 minučių, o sustojus 40-48 valandoms - 120 minučių. Iškraunant CCGT įrenginį, dujų turbinų blokų apkrova pirmiausia sumažinama nuo 100 iki 80%, uždengiant kompresorių įvesties kreipiamąsias mentes (VNA). Tolesnis krovinio sumažinimas atliekamas sumažinant CPC degikliuose sudegusių degalų sąnaudas, sumažinant pastarųjų garų talpą išlaikant dujų temperatūrą priešais dujų turbinas. Pasiekus 50% vardinės CCGT agregato apkrovos, viena iš dujų turbinų ir atitinkamas CPC korpusas yra išjungiami. Mažėjant garų pakrovos apkrovai ir CCP garo išeigai, temperatūra perskirstoma palei kelią, o išmetamųjų dujų temperatūra padidėja iki 170–190 ° C (esant 50% katilo apkrovai). Šis temperatūros padidėjimas yra nepriimtinas esant dūmų ištraukiklių ir kamino darbo sąlygoms. Norint palaikyti leistiną išmetamųjų dujų temperatūrą, naudojant garo katilą esant mažesnėms apkrovoms, tiesioginis srautas perjungiamas į separatoriaus veikimo režimą, o šilumos perteklius patenka į garų turbinos kondensatorių. Garų turbinos bloko dizainas apima integruotą separatorių ir uždegimo degiklį. Perėjimas į separatoriaus režimą padidina degalų sąnaudas CCGT, palyginti su tiesioginiu srautu, 5-10%.

Patartina įrengti CCGT su perdirbamų garų katilais dujinius degalų turinčius Vakarų Sibiro, Centrinės Azijos ir kitus regionus. Pagal VTI, CCGT-800 pasižymi dideliu energijos vartojimo efektyvumu. Esant + 5 ° С lauko temperatūrai, kai dujų temperatūra priešais turbinas yra 1100 ° С, kombinuoto ciklo galia bus maždaug 766 MW, o konkrečios ekvivalentinės degalų sąnaudos (neto) - 266 g / (kW-h). Kintant oro temperatūrai intervale nuo +40 iki -40 ° С, CCGT įrenginio galia kinta nuo 550 iki 850 MW, nes labai pasikeitė dviejų dujų turbinų galia. Taupymas, įvedus CCGT-800 vietoje įprasto 800 MW galios agregato, sudarys 5,7–10 6 rublius per metus. (204–10 6 kg standartinio kuro).

Fig. 9.12. CCGT-800 su šiluminio katilo ir kuro deginimo schema:

1-5 - perjungiami dujoms nepralaidūs vartai; DS- dūmų išmetimas; DR- dūmų išmetamųjų dujų recirkuliacija; Su- drėgmės separatorius; PP- užsidegimo plėtiklis; Pagalbos- žemo slėgio šildytuvo maišymas

Pagrindinio pastato „PGU-800“ išdėstymo variantas pagal VTI ir ATEP projektą yra parodytas fig. 9.13. Numatomos investicijos į pagrindinį CCPP pastatą yra 89 rubliai / kW. Jo konstrukcija leis sutaupyti IES naudojant šešis CCGT-800 agregatus, palyginti su šešių 800 kW galios gazolio iki 9-10 6 kg plieno ir iki 8-10 6 kg gelžbetonio įrengimu.

Dujų turbinų ir garų turbinų agregatų derinys, naudojant standartinę serijinę įrangą, atliekamas 2006 m pusiau nepriklausomas kombinuoto ciklo augalas(9.14 pav.). Jis skirtas naudoti praleidžiant elektrinės apkrovos grafiko smailes ir visiškai ar iš dalies išjungia aukšto slėgio šildytuvus poromis. Dėl to padidėja jos praėjimas per garų turbinos tekėjimo dalį, o garų pakopos galia padidėja maždaug 10–11%. Tiekiamo vandens temperatūros sumažinimas kompensuojamas papildomu jo kaitinimu dujų-vandens ekonomaizeryje iš dujų turbinos išmetamųjų dujų. Dujų turbinos išmetamųjų dujų temperatūra sumažėja iki maždaug 190 ° C. Bendras maksimalios galios padidėjimas, atsižvelgiant į dujų turbinos veikimą, yra 35–45% garų turbinos bloko bazinės galios. Konkrečios ekvivalentiškos degalų sąnaudos yra artimos suvartojimui autonomiškai dirbant su šiuo įrenginiu .

Fig. 9.13. Kombinuoto ciklo gamyklos PGU-800 pagrindinio pastato išdėstymas:

GTE-150-1100 1-dujų turbina; 2 - gTU elektros generatorius; 3 oro įleidimas į dujų turbinos kompresorių; 4 - perdirbimo garo katilas; 5 Garų turbina K-500-166; 6- dūmų išmetimas; 7 - pūtimo ventiliatorius; 8 dujų dūmtakis

Fig. 9.14. Pusiau nepriklausomo kombinuoto ciklo įrenginio schema:

Karštas vanduo- dujų-vandens ekonomaizeris; PC- garo katilas; kiti pavadinimai žr. 9.8.

Pusiau priklausomi CCGT turėtų būti įrengti SSRS europinėje dalyje. Remiantis LMZ, rekomenduojami šie garų ir dujų turbinų deriniai: 1 X K-300-240 + 1 X GTE-150-1100; 1 X K-500-130 + 1 X GTE-150-1100; 1 X K-1200-240 + 2 X GTE-150-1100 ir kt. Numatomos kapitalo investicijos į dujų turbinų elektrinę padidės maždaug 20%, o ekvivalentinis degalų taupymas energijos sistemoje, kai CCGT įrenginys veikia piko metu - (0,5-1, 0) X X10 6 kg / metus. Norint gauti maksimalią galią, žadama naudoti šildymo įrenginius pusiau priklausomų CCGT kontūre.

Svarstomose CCGT schemose siūloma iš dalies arba visiškai naudoti aukštos kokybės iškastinį kurą (gamtines dujas ar skystųjų dujų turbinų kurą), o tai trukdo plačiai juos naudoti. CKTI sukurtos įvairios kombinuoto ciklo įrenginių su aukšto slėgio garų generatoriais ir kietojo kuro dujinimo ciklu dujos (20.15 pav.) Konstrukcijos yra labai įdomios, leidžiančios kombinuoto ciklo dujų jėgaines paversti anglimis.

Fig. 9.15 val. CCGT įrenginio su HSV ir ciklo vidinio ciklo dujinimo schema:

/- kuro džiovinimas ; 2 - dujų generatorius; 3 - aukšto slėgio garų generatorius (HSV); 4 - būgno separatorius; 5 - papildoma HSV degimo kamera; 6- cirkuliacinis siurblys HSV; Dujų turbinos išmetamųjų dujų šilumos panaudojimo ekonomaizeris; 8-kaminas; 9- šveitiklis; 10- generatoriaus dujinis šildytuvas; DKstiprintuvo kompresorius; PT- garo variklio turbina; RGT-išsiplėtimo dujų turbina; / - gaivus garas; // - garų perkaitimas ; /// - suspaustas oras po kompresoriaus; IV - išgrynintos generatorinės dujos; V - pelenai; VI- IX - tiekti vandenį ir turbinos kondensatą

Iš anksto susmulkintos anglys (anglies smulkintuvas 3–10 mm) tiekiamos džiovinimui į džiovyklą ir per oksidatorių (siekiant išvengti šlako susidarymo) į dujų generatorių. Vienas iš schemos variantų yra anglies dujinimas dujų generatoriuje su „skystojo“ sluoksniu ant garų-oro pūtimo. Kuro dujinimas užtikrinamas tiekiant orą į dujų generatorių po stiprintuvo kompresoriaus ir garais iš „šalto“ tarpinio perkaitimo eilutės. Dujotiekio oras, kurio kiekis sudaro apie 3,2 kg / 1 kg Kuznetsko anglių, nuosekliai suspaudžiamas pagrindiniame ir stiprintuvų kompresoriuose (slėgis padidėja 10%) ir, sumaišius su garais, patenka į dujų generatorių. Anglių dujinimas vyksta artimoje 1000 ° C temperatūroje.

Generatoriaus dujos aušinamos, atiduodamos šilumą garų turbinos dalies darbiniam skysčiui, tada jos išvalomos nuo mechaninių priemaišų ir sieros turinčių junginių ir, išsiplėtę išsiplėtimo dujų turbinoje (siekiant sumažinti garų sunaudojimą kompresoriaus kompresoriaus pavaros turbinoje), patenka į aukšto slėgio garų generatorių ir jo papildomą degimo kamerą. . Likusi šiluminė schema sutampa su įprasto CCGT įrenginio su HSV schema.

„VNIPIenergoprom“ kartu su NPO CKTI sukūrė 225 MW galios kombinuoto ciklo dujomis kūrenamo jėgainės projektą su tarpciklo anglių dujofikavimu. Tam tikslui buvo naudojama tipinė galios įranga: VPG-650-140 TKZ dviejų atvejų aukšto slėgio garų generatorius, GTE-45-2 KhTZ dujų turbinos agregatas, T-180-130 LMZ garo turbina, taip pat du dujų generatoriai su GGPV-100-2 garo oro pūtimu, kurių galia: 100 t / h Kuznetsko anglių. Galimybių studijos parodė, kad, palyginti su įprastu 180 MW galios garo turbinų šildymo įrenginiu, kombinuoto ciklo dujų turbinų agregato naudojimas leidžia 1,5 karto padidinti savitąją energijos gamybą sunaudojant šilumą, sutaupyti iki 8% degalų, žymiai sumažinti kenksmingą išmetimą į atmosferą ir gauti bendrą metinį kiekį. ekonominis poveikis 2,6-10 6 rubliai. Kombinuoto ciklo dujų turbinų agregatas bus naudojamas kuriant galingesnį CCGT-1000 ant Kuznetsko, Ekibastuzo ir Kansko-Achinsko baseinų anglių.

Kombinuoto ciklo įrenginiai buvo plačiai naudojami JAV, Vokietijoje, Japonijoje, Prancūzijoje ir kt. CCGT metu daugiausia deginamos gamtinės dujos ir įvairaus tipo skystasis kuras. CCGT įdiegimą palengvino galingų dujų turbinų (70–100 MW), kurių pradinė dujų temperatūra buvo 900–1100 ° С, atsiradimas. Tai leido naudoti CCGT su būgninio tipo garo katilais (9.16 pav.) Su priverstine terpės cirkuliacija ir 4–9 MPa garų slėgiu, atsižvelgiant į tai, ar juose deginamas papildomas kuras, ar ne. Fig. 9.17 yra kombinuoto ciklo dujų turbinos su MW701 dujų turbina regeneravimo garo katilo schema. Katilas pagamintas dviem garo slėgiams. Jis turi šildymo paviršius iš žemų ir aukštų slėgių vamzdžių su uždengtais vamzdžiais su savo būgnais bloke su pašaro vandens išleidikliu.

Fig. 9.16. Užsienio kombinuoto ciklo įrenginių su garų katilais schemos:

bet- vieno slėgio garų ciklas; b- dviejų garų slėgio garų ciklas; / - dujų turbinų variklis; 2 - perdirbimo garo katilas; 3 - garinė turbina; 4 - elektros generatorius; 5 - kondensatorius; 6 - pašarų siurblys; 7 - priverstinės cirkuliacijos pompa; 8 - oro įleidimo anga; 9 - dujų išleidimo anga; 10 - kuro tiekimas į dujų turbiną

Fig. 9.17. „GTU MW701“ naudojant varinį garą (

\u003d 1092 ° C;

\u003d 120 MW):

/ - deaeratorius; 2 - deaeratoriaus garinimo sija; 3- žemo slėgio ekonomaizeris; 4 - žemo slėgio būgnas; 5 - žemo slėgio garuojantis šildymo paviršius; 6 - aukšto slėgio ekonomaizeris; 7 - aukšto slėgio būgnas; 8- aukšto slėgio garuojantis kaitinamasis paviršius; 9 - perkaitintuvas; 10 - dujų įleidimo anga po dujų turbinos; 11 -išmetamos dujos; 12 - garo tiekimas į turbiną

Be kombinuoto ciklo dujų turbinų su panaudojimo katilais, kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, Vokietijoje, kombinuoto ciklo dujų turbinų agregatai yra naudojami kartu su GTU dujomis, išleidžiamomis į anglimi kūrenamo katilo krosnį.

Geriausi užsienio CCGT padaliniai dirba 46–49% grynuoju efektyvumu; jie beveik visiškai automatizuoti.

Didelė esamų kombinuoto ciklo įrenginių schemų įvairovė ir sudėtingi santykiai tarp pagrindinės CCGT įrangos - dujų turbinos, garo katilo ir garų turbinos - sukelia tam tikrų sunkumų apskaičiuojant CCGT energijos rodiklius. Šie sunkumai padidėja, kai kombinuoto ciklo įmonėje generuojama elektra ir šiluma. Fig. 9.18 pateikiama bendroji kombinuoto ciklo įrenginių šilumos srauto schema. Šiluma į garo katilą ir dujų turbiną tiekiama atitinkamai deginant kurą. ir . Dujų turbinų ir garų turbinų elektrinių generatorių galingumas CCGT įrenginiuose yra ir Bendras šilumos kiekis, tiekiamas išoriniams vartotojams iš CCGT,

sudaro profesinės mokyklos skleidžiama šiluma,

GTU -

ir tiesiogiai garų katilu -

; atitinkamos šilumos sąnaudos išoriniams vartotojams šiuose kombinuoto ciklo gamyklos elementuose yra

ir

. Diagrama rodo šilumos srautus, atspindinčius atskirų tipų CCGT įrenginių technologines ypatybes: šilumos kiekį šviežiu garu iš kompiuterio į PTU

ir

; šilumos turbinos karštų dujų, suteikiančių šilumą profesinės mokyklos kondensatui ir tiekiamam vandeniui, šilumos kiekis,

; karšto oro ar dujų kiekis iš dujų turbinos į kompiuterį,    arba

ir

; karštų dujų, patenkančių iš kompiuterio į dujų turbiną, šilumos kiekis,

ir kiti

Fig. 9.18. Bendroji kombinuoto ciklo įrenginių šilumos srauto schema:

-šildomas kuras, tiekiamas į asmeninį kompiuterį ir dujų turbina;

- elektros energija profesinėse mokyklose ir dujų turbinos;

- bendras šilumos tiekimas išorės vartotojui;

- šilumos suvartojimas išorės vartotojui naudojant garų turbiną ir dujų turbinų įrenginius, garo katilą;

- oro ir dujų šiluma, kurią dujų turbina perduoda garų katilui;

- garų katilo išleidžiama šiluma profesinėms mokykloms;

- į kompiuterį tiekiama šiluma papildomu oru;

- šiluma, kurią profesinė mokykla gauna per kompiuterį;

- šilumą, kurią profesinė mokykla gauna per dujų turbiną;

- šilumą, kurią išleidžia garo katilas dujų turbinai;

,

- šilumos nuostoliai garo katilu, dujų turbina, dujų turbina, gabenant garo, dujų ir oro kanalais

Kombinuoto ciklo įrenginiams būdingas sudėtingas kuro šilumos paskirstymas tarp tiekiamos energijos rūšių, į kurias reikia atsižvelgti nustatant energijos rodiklius.

Detalesnei atskirų CCGT įrangos elementų kompetencijos ir jų įtakos gamyklos našumui generuojant elektros ir šiluminę energiją analizei naudojamas toliau aprašytas efektyvumo nustatymo metodas, kuris remiasi visuotinai priimtu „fizikiniu“ metodu ir siūloma apibendrinta CCGT šilumos srautų schema (9.18 pav.). Dėl to gaunamos bendros CCGT ir jo atskirų elementų efektyvumo išraiškos, neatsižvelgiant į konkrečią schemą.

CCGT efektyvumas gaminant elektrą

CCGT efektyvumas šiluminei energijai gaminti

(20.9)

Šiose išraiškose naudojami šie kiekiai:

Garo katilo efektyvumas (pagal tiesioginį balansą)

Garų-vandens ir dujų-oro kanalų šilumos transportavimo efektyvumas

Garų turbinų jėgainės efektyvumas

Dujų turbinų jėgainės efektyvumas

CCGT energetiniai faktoriai gaminant elektrinę ir šiluminę energiją

Oro-dujų trakto šilumos transportavimo efektyvumas

Garo ir vandens efektyvumas ir vanduo-vanduo šilumokaičiai, perduodantys šilumą išorės vartotojams, yra priimami pastovūs.

38 puslapis iš 75

MAITINIMO ĮRENGINIŲ GAIRINĖS DUJOS
  8.1. Kombinuoto ciklo energijos technologijų koncepcija ir paprasčiausio CCGT dizainas

Kombinuotas ciklas  Elektrinės vadinamos tuo, kad dujų turbinos išmetamųjų dujų šiluma tiesiogiai arba netiesiogiai naudojama elektros energijai gaminti garų turbinos cikle.

Fig. 8.1 parodyta paprasčiausio vadinamojo kombinuoto ciklo įrenginio schema perdirbimo tipas. Įeina GTU išmetamosios dujos atliekų šilumos katilas  - priešpriešinio srauto tipo šilumokaitis, kuriame dėl karštų dujų išgaunamas aukštos temperatūros garas ir kuris siunčiamas į garų turbiną.

Regeneravimo katilas yra stačiakampio skerspjūvio velenas, kuriame šildymo paviršiai yra suformuoti sidabro vamzdžiais, į kuriuos tiekiamas garų turbinų jėgainės darbinis skystis (vanduo arba garas). Paprasčiausiu atveju regeneravimo katilo šildymo paviršius susideda iš trijų elementų: ekonomizatorius3 garintuvas 2   ir perkaitintuvas 1 . Centrinis elementas yra garintuvassusidedantis iš būgnas 4   (ilgas cilindras, pusiau pilnas vandens), keli nusileidimai 7   ir pakankamai sandariai sumontuoti vertikalūs paties garintuvo vamzdžiai 8 . Garintuvas veikia natūralios konvekcijos principu. Garavimo vamzdžiai yra aukštesnės nei žemos temperatūros zonoje. Todėl juose vanduo sušyla, iš dalies išgaruoja, todėl tampa lengvesnis ir kyla į būgną. Laisva vieta užpildoma šaltesniu vandeniu per nuleidimo vamzdžius iš būgno. Sočiai garai surenkami būgno viršuje ir siunčiami į vamzdžius perkaitintuvas 1 . Būgno garų suvartojimas 4   kompensuojamas vandens tiekimu iš ekonomaizerio 3 . Tokiu atveju įleidžiamas vanduo, prieš visiškai išgaruodamas, pakartotinai praeis per garinimo vamzdžius. Todėl aprašytas regeneravimo katilas vadinamas natūralios cirkuliacijos katilas.

Į ekonomaizerį tiekiamas vanduo pašildomas beveik iki virimo taško (10–20 ° C žemesnė nei prisotinto garo temperatūra būgne, kurią visiškai nustato slėgis jame). Iš būgno sausas prisotintas garas patenka į viryklę, kur perkaista virš soties temperatūros. Gauto perkaitinto garo temperatūra t  0, žinoma, visada yra žemesnė nei dujų, gaunamų iš dujų turbinos, temperatūra q G (paprastai 25–30 ° C).

Pagal nuotekų katilo schemą pav. 8.1 parodo dujų ir darbinio skysčio temperatūros pokyčius judant vienas kito atžvilgiu. Dujų temperatūra palaipsniui mažėja nuo q q vertės įleidimo angoje iki q q temperatūros išmetamosiose dujose. Judant ekonomaizerio tiekiamo vandens link, jo temperatūra pakyla iki virimo taško (taško bet) Esant šiai temperatūrai (ant virimo slenksčio), vanduo patenka į garintuvą. Tai išgarina vandenį. Tačiau jo temperatūra nesikeičia (procesas a - b) Taške b  darbinis skystis yra sauso prisotinto garo pavidalu. Tada perkaitintuve jis perkaista iki vertės t 0 .

Garsas, susidarantis perkaitintuvo išleidimo angoje, nukreipiamas į garų turbiną, kur, plečiantis, jis atlieka darbą. Iš turbinos išmetamieji garai patenka į kondensatorių, kondensuojasi ir maitinimo siurblio pagalba 6 , padidindamas tiekiamo vandens slėgį, vėl siunčiamas į nuotekų šilumos katilą.

Taigi esminis skirtumas tarp CCGT garu varomos įrangos (CCP) ir įprastos CCP TPP yra tik tas, kad rekuperaciniame katile nedeginamas kuras, o šiluma, reikalinga CCP CCGT veikimui, yra paimama iš dujų turbinos išmetamųjų dujų. Tačiau iš karto būtina atkreipti dėmesį į keletą svarbių techninių skirtumų tarp CCPP CCGT ir CCPP TPP.

1. GTU išmetamųjų dujų temperatūra q G beveik vienareikšmiškai nustatoma pagal dujų temperatūrą priešais dujų turbiną [žr. santykis (7.2)] ir dujų turbinos aušinimo sistemos tobulumas. Kaip matyti iš lentelės, daugumoje šiuolaikinių dujų turbinų. 7.2, išmetamųjų dujų temperatūra yra 530–580 ° C (nors yra ir atskirų dujų turbinų, kurių temperatūra iki 640 ° C). Atsižvelgiant į ekonomaizerio vamzdžių sistemos patikimumo sąlygas dirbant su gamtinėmis dujomis, tiekiamo vandens temperatūra t  p.v prie įėjimo į regeneravimo katilą turi būti ne žemesnė kaip 60 ° C. Dujų, išeinančių iš regeneravimo katilo, temperatūra visada yra aukštesnė nei temperatūra t  a.p. Tiesą sakant, ji yra lygyje q wh »100 ° С, taigi ir šiluminės katilo efektyvumas bus

kur vertinimui buvo padaryta prielaida, kad dujų temperatūra katilo įleidimo angoje yra 555 ° C, o lauko temperatūra - 15 ° C. Dirbant dujomis, įprasto TPP energijos katilo (žr. 2 paskaitą) efektyvumas yra 94%. Taigi, CCGT įrenginio regeneravimo katilo efektyvumas yra daug mažesnis nei TPP katilo efektyvumas.

2. Be to, nagrinėjamo CCGT bloko garų turbinų įrengimo efektyvumas yra žymiai mažesnis nei įprastų TPP profesinių mokyklų efektyvumas. Taip yra ne tik dėl to, kad regeneravimo katilo sukuriamo garo parametrai yra žemesni, bet ir dėl to, kad CCGT įrenginyje nėra regeneravimo sistemos. Ir ji iš principo negali to turėti, nes pakyla temperatūra t  pv dar labiau sumažins šiluminės katilo efektyvumą.

Nepaisant to, visa tai CCGT įrenginio efektyvumas yra labai aukštas. Norėdami tuo įsitikinti, mes apsvarstome paprastos schemos CCGT (8.2 pav.) Ir, svarstę ją, mes atsižvelgsime toli nuo geriausių ekonominių atskirų įrenginių elementų rodiklių.

Dujų turbinos degimo kameroje leiskite sudeginti tam tikrą kiekį dujų, iš kurios Q  ks \u003d 100 MWh šilumos. Tarkime, kad dujų turbinos efektyvumas yra 34%. Tai reiškia, kad dujų turbina bus gauta E GTU \u003d 34 MWh elektros energijos. Šilumos kiekis

patenka į nuotekų katilą. Tegul jo efektyvumas lygus h ku \u003d 75%. Tada iš katilo jis pateks į kaminą

ir šilumos kiekis Q  Profesinė mokykla \u003d Q  ku - Q  uh \u003d 49,5 MWh tiekiama į garų turbinų bloką, kad būtų galima paversti elektra. Tegul jo efektyvumas yra tik h techninės kolegijos \u003d 0,3; tada sugeneruos garo turbinos galios generatorius

elektra. Bendras CCGT veiks

elektra ir, atitinkamai, CCGT h h PTU \u003d E / Q ks \u003d 0,4485 efektyvumas, t.y. apie 49%.
  Aukščiau pateiktos aplinkybės leidžia mums gauti paprastą formulę, kaip nustatyti CCGT panaudojimo tipo efektyvumą:

Ši formulė iškart paaiškina, kodėl CCGT buvo statomi tik per pastaruosius 20 metų. Iš tikrųjų, jei, pavyzdžiui, imtume „GT-100-ZM“ tipo dujų turbiną, tada jos efektyvumas h gtu \u003d 28,5%, o už turbinos esanti temperatūra būtų q Г \u003d 398 ° С. Esant tokiai dujų regeneravimo katilo temperatūrai, gali susidaryti garai, kurių temperatūra yra apie 370 ° C, o garų turbinų jėgainės efektyvumas bus maždaug 14%. Tada, kai h ku \u003d 0,75, CCGT efektyvumas bus

ir tikslingiau pastatyti įprastą garo turbinos jėgos bloką SKD su didesniu efektyvumu. Pastačius CCGT, jis tapo ekonomiškai pagrįstas tik sukūrus aukštos temperatūros dujų turbinas, kurios ne tik užtikrino didelį jo efektyvumą, bet ir sudarė sąlygas įgyvendinti didelio efektyvumo garų turbinų ciklą. Iš santykio (8.1) galima gauti beveik universalų santykį tarp kombinuoto ciklo gamyklos dujų turbinos ir garų turbinos dalių talpos:

t.y. šį santykį lemia tik CCGT elementų efektyvumas. Dėl aukščiau pateikto pavyzdžio

t.y. Dujų turbinos talpa yra maždaug dvigubai didesnė nei garo turbinos. Būtent šis santykis paaiškina, kodėl Sankt Peterburgo šiaurės vakarų AE CCGT-450T sudaro dvi dujų turbinos ir viena garų turbina, kurių kiekvienos galia yra maždaug 150 MW.
  Idėja suprojektuoti elektrinę su CCGT suteikia ryžių. 8.3, kuriame pavaizduota TPP su trim galios blokais. Kiekvieną galios bloką sudaro dvi gretimos dujų turbinos 4   tipo V94.2 iš „Siemens“, kurių kiekviena siunčia aukšto temperatūros išmetamąsias dujas į savo regeneravimo katilą 8 . Šių katilų generuojamas garas siunčiamas į vieną garų turbiną 10   su elektros generatoriumi 9   ir kondensatorius, esantis kondensacijos kambaryje po turbina. Kiekvieno tokio galingumo agregato bendra galia yra 450 MW (kiekvienos dujų turbinos ir garo turbinos turi maždaug 150 MW galią). Tarp išėjimo difuzoriaus 5   ir šilumos katilas 8   įdiekite aplinkkelio (aplinkkelio) kaminą 12   ir dujoms nepralaidūs vartai 6 . Vartai leidžia iškirsti nuotekų šilumos katilą 8   iš GTU dujų ir nukreipkite jas per aplinkkelio vamzdį į atmosferą. Toks poreikis gali kilti, jei sutrinka maitinimo bloko garų turbinos dalis (turbinoje, šiluminiame katile, generatoriuje ir kt.), Kai ją reikia išjungti. Tokiu atveju maitinimo bloką aprūpins tik dujų turbinos, t. galios blokas gali kelti 300 MW galią (nors ir mažesnį efektyvumą). Apvedimo vamzdis labai padeda paleidžiant maitinimo bloką: vartų pagalba nuotekų šilumos katilas yra atjungiamas nuo dujų turbinos bloko dujų, o pastarieji per kelias minutes įgauna visą galią. Tada jūs galite lėtai, vadovaudamiesi instrukcijomis, atiduoti šilumos katilą ir garų turbiną.

Normaliai eksploatuojant, vartai, atvirkščiai, neperduoda karštų dujų turbinos bloko dujų į aplinkkelio vamzdį, o siunčia juos į nuotekų šilumos katilą.
  Dujoms nepralaidūs vartai turi didelį plotą, yra sudėtingas techninis įtaisas, kurio pagrindinis reikalavimas yra didelis tankis, nes kiekvienas 1% šilumos prarandamas per nuotėkius reiškia, kad jėgainės efektyvumas sumažėja maždaug 0,3%. Todėl kartais jie atsisako įrengti aplinkkelio vamzdį, nors tai labai apsunkina operaciją.
  Tarp jėgos agregato šiluminių katilų yra sumontuotas vienas deaeratorius, kuris kondensatą gauna iš garo turbinos kondensatoriaus ir paskirsto į du šiluminius katilus.