Centralele cu ciclu combinat sunt o combinație de turbine cu abur și cu gaz. Această combinație face posibilă reducerea pierderilor de căldură reziduală de la turbinele cu gaz sau a căldurii gazelor de eșapament de la cazanele cu abur, ceea ce asigură o creștere a eficienței unităților de turbine cu gaz cu ciclu combinat (CCGT) în comparație cu turbinele cu abur și turbinele cu gaz individuale. .
În prezent, există două tipuri de centrale de gaz cu ciclu combinat:
a) cu cazane de înaltă presiune și cu evacuarea gazelor de eșapament ale turbinei în camera de ardere a unui cazan convențional;
b) folosirea căldurii gazelor de evacuare ale turbinei în cazan.
Diagramele schematice ale acestor două tipuri de unități CCGT sunt prezentate în Fig. 2.7 și 2.8.
În fig. 2.7 prezintă o diagramă schematică a unui CCGT cu un cazan de abur de înaltă presiune (HPB) 1 , în care sunt furnizate apă și combustibil, ca într-o stație termică convențională pentru a produce abur. Aburul de înaltă presiune intră în turbina de condensare 5 , pe același arbore cu care se află generatorul 8 . Aburul evacuat în turbină intră mai întâi în condensator 6 și apoi folosind o pompă 7 se întoarce la cazan 1 .
Figura 2.7. Schema schematică a pgu cu vpg
În același timp, gazele formate în timpul arderii combustibilului în cazan, care au temperatură și presiune ridicată, sunt trimise la turbina cu gaz. 2 . Compresorul este situat pe același arbore 3 , ca într-o unitate convențională cu turbină cu gaz și un alt generator electric 4 . Compresorul este proiectat pentru a pompa aer în camera de ardere a cazanului. Gazele de evacuare ale turbinei 2 Apa de alimentare a cazanului este, de asemenea, încălzită.
Această schemă CCGT are avantajul că nu necesită un extractor de fum pentru a elimina gazele de evacuare a cazanului. Trebuie remarcat faptul că funcția suflantei este îndeplinită de compresor 3 . Eficiența unui astfel de CCGT poate ajunge la 43%.
În fig. Figura 2.8 prezintă o diagramă schematică a unui alt tip de CCGT. Spre deosebire de PGU prezentat în Fig. 2.7, gaz la turbină 2 provine din camera de ardere 9 , nu de la cazan 1 . Mai petrecut în turbină 2 gazele saturate cu până la 16–18% oxigen din cauza prezenței unui compresor intră în cazan 1 .
Această schemă (Fig. 2.8) are un avantaj față de unitatea CCGT discutată mai sus (Fig. 2.7), deoarece folosește un cazan de design convențional cu capacitatea de a utiliza orice tip de combustibil, inclusiv solid. În camera de ardere 3 în acest caz, este ars un gaz sau un combustibil lichid semnificativ mai puțin costisitor decât într-o schemă CCGT cu un cazan cu abur de înaltă presiune.
Figura 2.8. Schema schematică a pgu (circuit de resetare)
Această combinație a două instalații (abur și gaz) într-o unitate comună cu ciclu combinat creează, de asemenea, oportunitatea de a obține o manevrabilitate mai mare în comparație cu o stație termică convențională.
Schema schematică a centralelor nucleare
În ceea ce privește scopul și principiul tehnologic de funcționare, centralele nucleare nu sunt practic diferite de centralele termice tradiționale. Diferența lor semnificativă constă, în primul rând, în faptul că la centralele nucleare, spre deosebire de centralele termice, aburul este generat nu în cazan, ci în miezul reactorului și, în al doilea rând, în faptul că centralele nucleare utilizează combustibil nuclear, care conține izotopii uraniului-235 (U-235) și uraniului-238 (U-238).
O caracteristică a procesului tehnologic la centralele nucleare este, de asemenea, formarea unor cantități semnificative de produse radioactive de fisiune și, prin urmare, centralele nucleare sunt mai complexe din punct de vedere tehnic în comparație cu centralele termice.
Circuitul NPP poate fi cu un singur circuit, cu dublu circuit și cu trei circuite (Fig. 2.9).
Orez.2.9. Scheme schematice ale centralelor nucleare
Circuitul cu un singur circuit (Fig. 2.9a) este cel mai simplu. Eliberat într-un reactor nuclear 1 Datorită reacției în lanț de fisiune a nucleelor elementelor grele, căldura este transferată de lichidul de răcire. Aburul este adesea folosit ca lichid de răcire, care este apoi folosit ca în centralele convenționale cu turbine cu abur. Cu toate acestea, aburul produs în reactor este radioactiv. Prin urmare, pentru a proteja personalul centralei nucleare și mediul înconjurător, majoritatea echipamentelor trebuie protejate de radiații.
Conform schemelor cu două și trei circuite (Fig. 2.9, b și 2.9, c), căldura este îndepărtată din reactor printr-un agent de răcire, care apoi transferă această căldură direct în mediul de lucru (de exemplu, ca într-un sistem cu două și trei circuite). schema de circuit printr-un generator de abur 3 ) sau prin intermediul lichidului de răcire din circuitul intermediar (de exemplu, ca într-un circuit cu trei circuite între un schimbător de căldură intermediar 2 si generator de abur 3 ). În fig. 2,9 în cifre 5 , 6 Şi 7 sunt indicate condensatorul si pompele care indeplinesc aceleasi functii ca intr-o centrala termica conventionala.
Reactorul nuclear este adesea numit „inima” unei centrale nucleare. În prezent, există destul de multe tipuri de reactoare.
În funcție de nivelul energetic al neutronilor, sub influența căruia are loc fisiunea combustibilului nuclear, centralele nucleare pot fi împărțite în două grupe:
centrala nucleara cu reactoare cu neutroni termici;
centrala nucleara cu reactoare rapide cu neutroni.
Sub influența neutronilor termici, numai izotopii uraniului-235 sunt capabili de fisiune, al căror conținut în uraniu natural este de numai 0,7%, restul de 99,3% sunt izotopi ai uraniului-238. Sub influența unui flux de neutroni de un nivel energetic mai ridicat (neutroni rapizi), uraniul-238 produce combustibil nuclear artificial plutoniu-239, care este utilizat în reactoarele cu neutroni rapizi. Marea majoritate a reactoarelor de putere aflate în funcțiune în prezent sunt de primul tip.
În Fig. 2.10.
Un reactor nuclear constă dintr-un miez, un reflector, un sistem de răcire, un sistem de control, reglare și monitorizare, o carcasă și protecție biologică.
Miezul reactorului este zona în care se menține reacția în lanț de fisiune. Se compune din material fisionabil, un moderator de lichid de răcire și reflector de neutroni, tije de control și materiale structurale. Principalele elemente ale miezului reactorului, care asigură eliberarea de energie și reacții de auto-susținere, sunt materialul fisionabil și un moderator. Miezul este separat de dispozitivele externe, iar personalul lucrează printr-o zonă de protecție.
Din păcate, tranziția către construcția de centrale termice și electrice combinate cu ciclu combinat (CCGT) în locul turbinelor cu abur a condus la o scădere și mai accentuată a încălzirii în producția totală de energie. Aceasta, la rândul său, conduce la o creștere a intensității energetice a PIB-ului și o scădere a competitivității produselor autohtone, precum și la o creștere a costurilor pentru locuințe și servicii comunale.
¦ eficiență ridicată a producerii de energie electrică la CET CCGT folosind ciclul de condensare până la 60%;
¦ dificultăți în localizarea centralelor de cogenerare CCGT în zonele urbane dense, precum și creșterea alimentării cu combustibil către orașe;
¦ conform tradiţiei consacrate, CET CCGT sunt echipate, asemenea staţiilor cu turbine cu abur, cu turbine de încălzire de tip T.
Construcția centralelor termice cu turbine de tip P, începând cu anii 1990. secolul trecut, a fost practic oprit. În vremurile pre-perestroika, aproximativ 60% din încărcătura termică a orașelor provenea de la întreprinderile industriale. Nevoia lor de căldură pentru a îndeplini procese tehnologice a fost destul de stabil pe tot parcursul anului. În orele de consum maxim de energie dimineața și seara în orașe, vârfurile de alimentare au fost atenuate prin introducerea unor regimuri adecvate de limitare a aprovizionării. energie electrica întreprinderile industriale. Instalarea turbinelor de tip P la centrala de cogenerare a fost justificată din punct de vedere economic datorită costului lor mai mic și a consumului mai eficient de resurse energetice în comparație cu turbinele de tip T cu resurse energetice abur-gaz
Ultimii 20 de ani din cauza unui declin brusc producție industrială Regimul de alimentare cu energie a orașelor s-a schimbat semnificativ. În prezent, termocentralele orașului funcționează după un program de încălzire, în care sarcina termică de vară este de doar 15-20% din valoarea calculată. Programul zilnic de consum de energie electrică a devenit mai neuniform datorită includerii sarcinii electrice de către populație în orele de seară, care este asociată cu o creștere rapidă a furnizării de energie electrică a populației. aparate electrocasnice. În plus, egalizarea programului de consum de energie prin introducerea de restricții corespunzătoare asupra consumatorilor industriali din cauza ponderii lor mici în consumul total de energie s-a dovedit a fi imposibilă. Singurul lucru nu atât de bun într-un mod eficient Soluția problemei a fost reducerea maximului seara prin introducerea unor tarife reduse pe timp de noapte.
Prin urmare, în centralele termice cu turbine cu abur cu turbine de tip P, unde generarea de energie termică și electrică este strict interconectată, utilizarea unor astfel de turbine s-a dovedit a fi neprofitabilă. Turbinele cu contrapresiune sunt acum produse doar de putere redusă pentru a crește eficiența de funcționare a cazanelor cu abur din oraș prin transferarea lor în modul de cogenerare.
Această abordare stabilită a fost păstrată și în timpul construcției centralei de cogenerare CCGT. În același timp, în ciclul abur-gaz nu există o relație strictă între furnizarea de energie termică și electrică. La aceste statii cu turbine de tip P, acoperirea sarcinii electrice maxime de seara poate fi realizata prin cresterea temporara a ofertei de energie electrica in ciclul turbinei cu gaz. O reducere pe termen scurt a alimentării cu căldură a sistemului de încălzire nu afectează calitatea încălzirii datorită capacității de stocare a căldurii a clădirilor și a rețelei de încălzire.
Diagrama schematică O centrală de cogenerare CCGT cu turbine de contrapresiune include două turbine cu gaz, un cazan de căldură reziduală, o turbină de tip P și un cazan de vârf (Fig. 2). Cazanul de vârf, care poate fi instalat în afara amplasamentului CCGT, nu este prezentat în diagramă.
Din fig. 2 se poate observa că unitatea CCGT a unei centrale termice constă dintr-o unitate de turbină cu gaz formată dintr-un compresor 1, o cameră de ardere 2 și o turbină cu gaz 3. Gazele de evacuare din unitatea turbină cu gaz sunt direcționate către căldura reziduală. cazanul (HRB) 6 sau la conducta de bypass 5, în funcție de poziția porții 4, și trec printr-o serie de schimbătoare de căldură în care apa este încălzită, aburul este separat în butoaie de joasă presiune 7 și tamburi de înaltă presiune 8 , și trimis la o unitate de turbină cu abur (STU) 11. Mai mult, aburul saturat joasă presiune intră în compartimentul intermediar al UTS, iar aburul de înaltă presiune este preîncălzit în cazanul de recuperare și este trimis la capul UTS Aburul care părăsește UTS este condensat în schimbătorul de căldură de apă din rețea 12 și este trimis prin pompe de condens. 13 la încălzitorul de gaz condens 14, apoi trimis la dezaeratorul 9 și de la el la KU.
Când sarcina termică nu o depășește pe cea de bază, stația funcționează în întregime conform programului de încălzire (ATEC = 1). Dacă sarcina termică depășește sarcina de bază, cazanul de vârf este pornit. Cantitatea necesară de energie electrică provine surse externe generare prin rețelele electrice ale orașului.
Cu toate acestea, sunt posibile situații când necesarul de energie electrică depășește volumul alimentării sale din surse externe: în zilele geroase cu creșterea consumului de energie electrică de către aparatele de încălzire casnice; în caz de accidente la instalaţiile generatoare şi în retelelor electrice. În astfel de situații, puterea turbinelor cu gaz în abordarea tradițională este strâns legată de performanța cazanului de căldură reziduală, care la rândul său este dictată de nevoia de energie termică în conformitate cu programul de încălzire și poate fi insuficientă pentru a satisface creșterea cererea de energie electrică.
Pentru a acoperi lipsa de energie electrică rezultată, turbina cu gaz trece parțial la descărcarea produselor de ardere reziduale direct în atmosferă, pe lângă cazanul de căldură reziduală. Astfel, unitatea CCGT CHP este transferată temporar într-un mod mixt - cu cicluri abur-gaz și turbină cu gaz.
Se știe că turbinele cu gaz au o manevrabilitate ridicată (viteza de obținere și descărcare a energiei electrice). Prin urmare, încă în epoca sovietică Trebuiau să fie folosite împreună cu stațiile de stocare cu pompare pentru a netezi regimul de alimentare cu energie.
În plus, trebuie remarcat faptul că puterea pe care o dezvoltă crește odată cu scăderea temperaturii aerului exterior, iar consumul maxim de energie se observă la temperaturi scăzute din perioada cea mai rece a anului. Acest lucru este prezentat în tabel.
Când puterea atinge mai mult de 60% din valoarea calculată, emisiile de gaze nocive NOx și CO sunt minime (Fig. 3).
În perioada de interîncălzire, pentru a preveni o reducere a puterii turbinelor cu gaz cu peste 40%, una dintre ele este oprită.
Creșterea eficienței energetice a centralelor termice poate fi realizată prin alimentarea centralizată cu răcire a microdistrictelor urbane. La situatii de urgenta La CCGT CHPP, este recomandabil să construiți turbine cu gaz de putere redusă în clădiri separate.
În zonele de dezvoltare urbană densă din orașele mari, la reconstrucția centralelor termice existente cu turbine cu abur care și-au epuizat durata de viață, este recomandabil să se creeze pe baza acestora o centrală electrică cu ciclu combinat cu turbine de tip R sunt eliberate zonele ocupate de sistemul de racire (turnuri de racire etc.), care pot fi folosite in alte scopuri.
Comparația dintre CCGT CHPP cu turbine de contrapresiune (tip P) și CCGT CHPP cu turbine de extracție a condensului (tip T) ne permite să realizăm următoarele concluzii.
- 1. În ambele cazuri, coeficientul utilizare benefică combustibilul depinde de ponderea producției de energie electrică pe baza consumului termic în volumul total de generare.
- 2. În centralele de cogenerare CCGT cu turbine de tip T se produc pierderi de energie termică în circuitul de răcire a condensului pe tot parcursul anului; cele mai mari pierderi - în perioada de vara, când cantitatea de consum de căldură este limitată doar de alimentarea cu apă caldă.
- 3. În centralele de cogenerare CCGT cu turbine de tip R, randamentul stației scade doar într-o perioadă limitată de timp, când este necesară acoperirea deficitului de alimentare cu energie electrică rezultat.
- 4. Caracteristicile de manevrabilitate (viteze de încărcare și vărsare) ale turbinelor cu gaz sunt de multe ori mai mari decât cele ale turbinelor cu abur.
Astfel, pentru condițiile de construcție a stațiilor din centrele marilor orașe, CET CCGT cu turbine de contrapresiune (tip P) sunt superioare CET-urilor cu ciclu combinat cu turbine de extracție a condensului (tip T) din toate punctele de vedere. Amplasarea lor necesită o suprafață semnificativ mai mică, sunt mai economice în consumul de combustibil și lor efecte nocive pe mediu de asemenea mai putin.
Cu toate acestea, pentru aceasta este necesar să se facă modificări corespunzătoare cadrul de reglementare privind proiectarea benzinăriilor cu ciclu combinat.
Practica ultimii ani arată că investitorii care construiesc CET CCGT suburbane în teritorii destul de libere acordă prioritate producției de energie electrică, iar furnizarea de căldură este considerată de aceștia ca o activitate secundară. Acest lucru se explică prin faptul că Eficiența stației chiar și în modul de condensare poate ajunge la 60%, iar construcția rețelei de încălzire necesită costuri suplimentareşi numeroase avize cu structuri diferite. Ca rezultat, coeficientul de încălzire al ATPP poate fi mai mic de 0,3.
Prin urmare, la proiectarea unei centrale CCGT CHP, este nepotrivit ca fiecare stație individuală să includă în soluția tehnică valoarea optimă a ACHP. Sarcina este de a găsi ponderea optimă a încălzirii în sistemul de alimentare cu căldură al întregului oraș.
În zilele noastre, a devenit din nou relevant conceptul de a construi centrale termice puternice în locurile unde se produce combustibil, departe de orașele mari, dezvoltate în vremea sovietică. Acest lucru este dictat atât de o creștere a ponderii utilizării combustibililor locali în complexul regional de combustibil și energie, cât și de crearea de noi proiecte de conducte termice (pozarea aerului) cu o scădere aproape neglijabilă a potențialului de temperatură în timpul transportului lichidului de răcire.
Asemenea centrale termice pot fi create fie pe baza unui ciclu de turbină cu abur cu ardere directă a combustibilului local, fie pe baza unui ciclu de gaz cu ciclu combinat folosind gaze obținute din centralele generatoare de gaze.
UNITATE DE PRODUCERE A ABUR DE JUSĂ ȘI PRESIUNE ÎNALTĂ Pentru producerea energiei electrice se folosesc unități combinate abur-gaz (CCG), unite într-un singur circuit termic. Acest lucru realizează o reducere a consumului specific de combustibil și a costurilor de capital. Cea mai mare utilizare se găsește în unitățile CCGT cu o unitate de generare a aburului de înaltă presiune (HNPPU) și cu o unitate de generare a aburului de joasă presiune (LNPPU). Uneori, VNPPU sunt numite cazane de înaltă presiune.
Spre deosebire de cazanele care funcționează sub vid pe partea de gaz, se creează o presiune relativ scăzută în camera de ardere și în conductele de gaz ale cazanelor de înaltă presiune și supraalimentate pentru NNPPU (0,005-0,01 MPa) și crescută pentru VNPPU (0,5-0,7 MPa).
Funcționarea unui cazan sub presiune este caracterizată de o serie de caracteristici pozitive. Astfel, aspirația aerului în cuptor și în conductele de gaz este complet eliminată, ceea ce duce la o reducere a pierderilor de căldură cu gazele de evacuare, precum și la o scădere a
reducerea consumului de energie pentru pomparea acestora. Creșterea presiunii în camera de ardere deschide posibilitatea depășirii întregii rezistențe la aer și gaz datorită ventilatorului de suflare (tir de fum poate fi absent), ceea ce duce și la o scădere a consumului de energie datorită funcționării dispozitivului de suflare la rece. aer.
Crearea unei presiuni excesive în camera de ardere duce la o intensificare corespunzătoare a procesului de ardere a combustibilului și face posibilă creșterea semnificativă a vitezelor gazului în elementele convective ale cazanului până la 200-300 m/s. În același timp, crește coeficientul de transfer de căldură de la gaze la suprafața de încălzire, ceea ce duce la o reducere a dimensiunilor cazanului. În același timp, funcționarea sa sub presiune necesită căptușeală densă și diverse dispozitive pentru a preveni aruncarea produselor de ardere în încăpere.
Orez. 15.1. Schema schematică a unei instalații de gaz cu ciclu combinat cu VNPPU:
/ - admisie aer; 2 - compresor; 3 - combustibil; 4 - camera de ardere; 5 - turbină cu gaz; 6 - evacuare gaze de evacuare; 7 - generator electric; 8 - cazan; 9 - turbină cu abur; 10 - condensator; // - pompa; 12 - încălzitor de înaltă presiune; 13 - încălzitor regenerativ cu gaze reziduale (economizor)
În fig. Figura 15.1 prezintă o diagramă a unei centrale de gaz cu ciclu combinat (CCP) cu un cazan de înaltă presiune. Arderea combustibilului în cuptorul unui astfel de cazan are loc sub presiune de până la 0,6-0,7 MPa, ceea ce duce la o reducere semnificativă a costurilor cu metalul pentru suprafețele care primesc căldură. După cazan, produsele de ardere intră în turbina cu gaz, pe arborele căreia se află un compresor de aer și un generator electric.
torus Aburul din cazan intră într-o turbină cu un alt generator electric.
Eficiența termodinamică a unui ciclu combinat abur-gaz cu un cazan de înaltă presiune, turbine cu gaz și abur-apă este prezentată în Fig. 15.2. Pe T, i-diagrama: zona 1-2-3-4-1 - lucrul treptei de gaz bm, zona cе\алс - lucrul treptei de abur b„; 1-5-6-7-1 - pierderi de căldură cu gazele de evacuare; sbdps - pierderea de căldură în condensator. Treapta de gaz este construită parțial deasupra treptei de abur, ceea ce duce la o creștere semnificativă a eficienței termice a instalației.
Cazanul de înaltă presiune aflat în funcțiune, dezvoltat de NPO TsKTI, are o productivitate de 62,5 kg/s. Cazan cu tub de apa, cu circulatie fortata. Presiunea aburului 14 MPa, temperatura aburului supraîncălzit 545 °C. Combustibilul este gaz (pacură), ars cu o densitate volumetrică de degajare a căldurii de aproximativ 4 MW/m3. Produsele de ardere care părăsesc cazanul la temperaturi de până la 775 °C și la presiuni de până la 0,7 MPa se extind într-o turbină cu gaz la o presiune apropiată de cea atmosferică. Gazele de evacuare la o temperatură de 460 °C intră în economizor, după care gazele de evacuare au o temperatură de aproximativ 120 °C.
Schema termică principală a unei unități CCGT cu un VNPPU cu o putere de 200 MW este prezentată în Fig. 15.3. Instalația include o turbină cu abur K-160-130 și o turbină cu gaz GT-35/44-770. Din compresor, aerul intră în cuptorul VNPPU, unde este furnizat combustibil. Gazele de înaltă presiune după supraîncălzire la o temperatură de 770 °C intră în turbina cu gaz și apoi în economizor. Schema prevede o cameră de ardere suplimentară care asigură temperatura nominală a gazelor din fața turbinei cu gaz atunci când sarcina se modifică. În unitățile CCGT combinate, consumul specific de combustibil este cu 4-6% mai mic decât la turbinele cu abur convenționale, iar investițiile de capital sunt, de asemenea, reduse. 
Orez. 15.2. Diagrama T, ї pentru un ciclu combinat abur-gaz
Despre articol, care conține detalii și în cuvinte simple este descris ciclul PGU-450. Articolul este într-adevăr foarte ușor de digerat. Vreau să vorbesc despre teorie. Scurt, dar la obiect.
Am împrumutat materialul de la ajutor didactic „Introducere în ingineria energiei termice”. Autorii acestui manual sunt I. Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman. Manualul este oferit studenților Ufa State Aviation Technical University (Ufa State Aviation Technical University) universitate tehnică) să studieze disciplina cu același nume.
O unitate de turbină cu gaz (GTU) este un motor termic în care energia chimică a combustibilului este transformată mai întâi în căldură și apoi în energie mecanică pe un arbore rotativ.
Cea mai simplă unitate de turbină cu gaz constă dintr-un compresor în care aerul atmosferic este comprimat, o cameră de ardere în care combustibilul este ars în acest aer și o turbină în care produsele de ardere se extind. Deoarece temperatura medie gazele în timpul expansiunii sunt semnificativ mai mari decât aerul în timpul compresiei, puterea dezvoltată de turbină se dovedește a fi mai mare decât puterea necesară pentru a roti compresorul. Diferența lor reprezintă puterea utilă a turbinei cu gaz.
În fig. Figura 1 prezintă diagrama, ciclul termodinamic și bilanțul termic al unei astfel de instalații. Procesul (ciclul) unei turbine cu gaz care funcționează în acest mod se numește deschis sau deschis. Fluidul de lucru (aer, produse de ardere) este reînnoit constant - este luat din atmosferă și descărcat în ea. Eficiența unei turbine cu gaz, ca orice motor termic, este raportul dintre puterea utilă N a turbinei cu gaz și consumul de căldură obținut din arderea combustibilului:
η GTU = N GTU / Q T.
Din bilanţul energetic rezultă că N GTU = Q T - ΣQ P, unde ΣQ P este cantitatea totală de căldură eliminată din ciclul GTU, egală cu suma pierderilor externe.
Cea mai mare parte a pierderilor de căldură ale unei turbine cu gaz cu ciclu simplu este alcătuită din pierderi cu gazele de eșapament:
ΔQух ≈ Qух - Qв; ΔQух - Qв ≈ 65...80%.
Ponderea altor pierderi este mult mai mică:
a) pierderi din subardere în camera de ardere ΔQкс / Qт ≤ 3%;
b) pierderi datorate scurgerilor fluidului de lucru; ΔQut / Qt ≤ 2%;
c) pierderi mecanice (căldura echivalentă este îndepărtată din ciclu cu ulei de răcire a rulmenților) ΔNmech / Qt ≤ 1%;
d) pierderi în generatorul electric ΔNeg / Qt ≤ 1…2%;
e) pierderi de căldură prin convecție sau radiație în mediu ΔQam / Qt ≤ 3%
Căldura care este îndepărtată din ciclul turbinei cu gaz cu gazele de eșapament poate fi utilizată parțial în afara ciclului turbinei cu gaz, în special, în ciclul de putere cu abur.
Scheme schematice ale centralelor pe gaz cu ciclu combinat diverse tipuri sunt prezentate în Fig. 2.
În general, eficiența unei unități CCGT este:
Aici Qgtu este cantitatea de căldură furnizată fluidului de lucru al unității turbinei cu gaz;
Qpsu este cantitatea de căldură furnizată mediului de abur din cazan.
Orez. 1. Principiul de funcționare al celei mai simple unități de turbină cu gaz
a - schema: 1 - compresor; 2 - camera de ardere; 3 - turbină; 4 - generator electric;
b — ciclul termodinamic al unei turbine cu gaz în diagrama TS;
c—bilanț energetic.
În cea mai simplă instalație cu ciclu combinat binar conform schemei prezentate în Fig. 2a, tot aburul este generat în cazanul de căldură reziduală: η UPG = 0,6...0,8 (în funcție în principal de temperatura gazelor arse).
La TG = 1400...1500 K η GTU ≈ 0,35, iar atunci randamentul unui CCGT binar poate ajunge la 50-55%.
Temperatura gazelor evacuate în turbina turbinei cu gaz este ridicată (400-450 ° C), prin urmare, pierderea de căldură cu gazele de ardere este mare, iar eficiența centralelor cu turbine cu gaz este de 38%, adică este aproape aceeași. ca randamentul centralelor moderne cu turbine cu abur.
Unitățile de turbine cu gaz funcționează cu combustibil gazos, care este semnificativ mai ieftin decât păcura. Puterea unitară a centralelor moderne cu turbine cu gaz ajunge la 250 MW, ceea ce este aproape de puterea centralelor cu turbine cu abur. Avantajele instalațiilor cu turbine cu gaz în comparație cu instalațiile cu turbine cu abur includ:
- nevoie redusă de apă de răcire;
- greutate mai mică și mai mici costuri de capital pe unitate de putere;
- Posibilitate de pornire rapidă și de creștere a sarcinii.
Orez. 2. Diagrame schematice ale diferitelor centrale de gaze cu ciclu combinat:
a — CCGT cu un generator de abur de tip recuperator;
b - CCGT cu evacuare gaz în cuptorul cazanului (BPG);
c — unitatea CCGT amestec abur-gaz;
1 - aer din atmosferă; 2 - combustibil; 3 - gaze evacuate în turbină; 4 - gaze de evacuare; 5 — apa din retea pentru racire; 6 - scurgere apa de racire; 7 - abur proaspăt; 8 - apa de alimentare; 9 – supraîncălzirea intermediară a aburului; 10 - deșeuri regenerative de abur; 11 - aburul care intră în camera de ardere după turbină.
K - compresor; T - turbină; PT - turbină cu abur;
GW, GN - încălzitoare gaz-apă de înaltă și joasă presiune;
LDPE, HDPE - încălzitoare regenerative de alimentare cu apă de înaltă și joasă presiune; NPG, UPG - generatoare de abur de joasa presiune, de recuperare; KS - camera de ardere.
Prin combinarea turbinelor cu abur și a instalațiilor cu turbine cu gaz cu un ciclu tehnologic comun, se obține o instalație de gaz cu ciclu combinat (CCG), a cărei eficiență este semnificativ mai mare decât eficiența individuală a turbinelor cu abur și a turbinelor cu gaz.
Eficiența unei centrale electrice cu ciclu combinat este cu 17-20% mai mare decât cea a unei centrale convenționale cu turbină cu abur. În versiunea celei mai simple unități de turbină cu gaz cu recuperare a căldurii gazelor de eșapament, coeficientul de utilizare a căldurii combustibilului ajunge la 82-85%.
Combinația de turbine cu abur și turbine cu gaz, unite printr-un ciclu tehnologic comun, se numește o centrală cu ciclu combinat (CCGT) a unei centrale electrice. Combinarea acestor unități într-o singură unitate face posibilă reducerea pierderilor de căldură cu gazele de eșapament ale unei unități cu turbină cu gaz sau cazan cu abur, utilizarea gazelor din spatele turbinelor cu gaz ca oxidant încălzit la arderea combustibilului, obținerea unei puteri suplimentare datorită deplasării parțiale a regenerării de unități cu turbine cu abur și, în cele din urmă, crește eficiența unei centrale electrice cu ciclu combinat în comparație cu turbinele cu abur și turbinele cu gaz.
Utilizarea unităților CCGT pentru sectorul energetic actual este cel mai eficient mijloc de creștere semnificativă a eficienței termice și generale a centralelor electrice pe combustibili fosili. Cele mai bune unități CCGT care funcționează au o eficiență de până la 46%, iar cele în curs de proiectare - până la 48-49%, adică mai mare decât în instalațiile MHD proiectate.
Dintre diferitele variante de CCGT, următoarele scheme sunt cele mai răspândite: CCGT cu un generator de abur de înaltă presiune (HPSG), CCGT cu evacuare de gaz din turbina cu gaz în cuptorul unui cazan cu abur, CCGT cu un cazan de abur de recuperare (UPB), semi -CCGT dependent, CCGT cu gazeificare intra-ciclu combustibil solid.
Dezvoltat la NPO TsKTI Unitate CCGT cu generator de abur de înaltă presiune functioneaza cu gaz natural sau combustibil lichid pentru turbina cu gaz (Fig. 9.8). Compresorul de aer furnizează aer comprimat în golul inelar al carcasei HSVși într-o cameră de ardere suplimentară DKS, unde temperatura îi crește. Gazele fierbinți după arderea combustibilului în camera de ardere au o presiune de 0,6-1,2 MPa, în funcție de presiunea aerului din spatele compresorului, și sunt folosite pentru a genera abur și a-l supraîncălzi. După supraîncălzitorul intermediar - ultima suprafață de încălzire HSV- gazele cu o temperatură de aproximativ 700 °C intră într-o cameră de ardere suplimentară, unde sunt încălzite la 900 °C și intră în turbina cu gaz. Gazele evacuate în turbina cu gaz sunt trimise la un economizor gaz-apă în trei trepte, unde sunt răcite cu apa de alimentare și condensatul principal al turbinei cu abur. Această conexiune a economizoarelor asigură o temperatură constantă a gazelor de ardere de 120-140 ° C înainte de a ieși în coș. În același timp, într-un astfel de CCGT există o deplasare parțială a regenerării și o creștere a puterii unității turbinei cu abur.
Orez. 9.8. Schema termică schematică a instalației de gaz cu ciclu combinat PGU-250 cu generator de abur de înaltă presiune VPG-600-140:
BS - tambur separator; PE- supraîncălzitor cu abur; PP - supraîncălzitor intermediar; ŞI- suprafete de incalzire prin evaporare; CN- pompa de circulatie; EK1 - EKSH- economizoare gaz-apă pentru recuperarea căldurii din gazele de evacuare ale turbinei cu gaz; DPV - dezaerator de apă de alimentare; DKS- camera de ardere suplimentara
Un generator de abur de înaltă presiune este o cameră obișnuită de ardere a combustibilului pentru o turbină cu abur și o unitate cu turbină cu gaz. O caracteristică specială a unui astfel de CCGT este că excesul de presiune a gazului din circuit face posibilă să nu se instaleze aspiratoare de fum, iar compresorul de aer înlocuiește ventilatorul; nu este nevoie de un încălzitor de aer. Aburul de la HPG este trimis la o unitate de turbină cu abur, care are un circuit termic convențional.
Un avantaj semnificativ al acestei instalații este reducerea dimensiunilor și indicatori de masă HSV funcționează la o presiune pe calea gazului de 0,6-1,2 MPa. Generatorul de abur de înaltă presiune este fabricat în întregime în fabrică. În conformitate cu cerințele de transport, producția de abur a unei carcase HPG nu depășește 350-10 3 kg/h. Generatorul de abur VPG-650-140-545/545 PO TKZ, de exemplu, este format din două clădiri. Coșurile sale sunt ecranate cu panouri sudate etanșe la gaze din țevi cu aripioare.
Este recomandabil să folosiți unități CCGT cu HPG la temperaturi moderate ale gazului în fața unității turbinei cu gaz. Pe măsură ce această temperatură crește, proporția de căldură transferată de gaze către suprafața de încălzire a generatorului de abur de înaltă presiune scade.
Funcționarea autonomă a etapei de abur a unei unități CCGT cu HPG este imposibilă, ceea ce este un dezavantaj al acestei scheme, care necesită o fiabilitate egală a unității cu turbină cu gaz, a turbinei cu abur și a generatorului de abur. Utilizarea turbinelor cu gaz cu camere de ardere încorporate (de exemplu, GTE-150) este, de asemenea, inacceptabilă.
Utilizarea unităților CCGT cu HPG este promițătoare în schemele cu gazeificare a cărbunelui intraciclu.
În fig. Figura 9.9 prezintă aspectul PGU-200-250 cu turbinele K-160-130 și GT-35-770 sau K-210-130 și GT-45-3. O instalație similară funcționează cu succes la centrala electrică din districtul de stat Nevinnomyssk de câțiva ani. Utilizarea unor astfel de CCGT poate asigura economii de combustibil la centralele termice cu 15%, o reducere a investițiilor de capital specifice cu 12-20% și o reducere a consumului de metal al echipamentelor cu 30% față de o centrală cu turbină cu abur.
CCGT cu descărcare în gaz turbinele cu gaz în cuptorul unui cazan cu abur se caracterizează prin faptul că gazele de evacuare ale turbinei cu gaz sunt un oxidant cu balast puternic încălzit (450-550°C), cu un conținut de oxigen de 14-16%. Din acest motiv, este recomandabil să le folosiți pentru arderea cea mai mare parte a combustibilului într-un cazan cu abur (Fig. 9.10). O unitate CCGT în conformitate cu această schemă a fost implementată și funcționează cu succes la Uzina Raională a Statului Moldovei (unitățile electrice din stația nr. 11 și 12). Pentru unitatea CCGT au fost utilizate echipamente de serie: turbină cu abur K-210-130 POT LMZ cu parametrii de abur de 13 MPa, 540/540 °C, turbină cu gaz GT-35-770 POAT HTZ, generatoare electrice de trepte de abur și gaz TGV- 200 si TVF-63- 243, cazan de abur monocarta cu circulatie naturala tip TME-213 cu o capacitate de 670 * 10 3 kg/h. Cazanul este furnizat fără aerotermă și poate funcționa atât „sub presiune”, cât și cu tiraj echilibrat. În acest scop, schema furnizează extractoare de fum DS. Această schemă CCGT permite operarea în trei diverse moduri: Modul CCGT și moduri de funcționare autonome ale treptelor de gaz și abur.
 |
Orez. 9.9. Aspectul clădirii principale a PGU-250 cu un generator de abur de înaltă presiune:
O- sectiune transversala; b - plan; pentru denumiri vezi fig. 9.8
Principalul mod de funcționare al instalației este ciclul abur-gaz. Gazele de evacuare ale turbinei cu gaz (combustibilul lichid al turbinei cu gaz este ars în camera de ardere a acesteia) sunt alimentate la arzătoarele principale ale cazanului. Arzatoarele primesc si aerul incalzit in incalzitor, care lipseste pentru procesul de ardere si este pompat de un ventilator suplimentar de aer. Forțele Aeropurtate Gazele de evacuare ale cazanului de abur sunt răcite în economizoare de înaltă și joasă presiune și apoi trimise la coș. Prin economizor de înaltă presiune EKVD Atât în modul CCGT, cât și în timpul funcționării autonome a etapei de abur, aproximativ 50% din apa de alimentare este furnizată după pompele de alimentare. Apoi toată apa de alimentare intră în economizorul principal al cazanului la o temperatură de 250°C. În economizor de joasă presiune EKND condensul turbinei principale ajunge după PND5(la sarcini mai mari de 50%) sau după PND4(la sarcini sub 50%). În acest sens, extracțiile regenerative ale turbinei cu abur sunt parțial descărcate, iar presiunea aburului în calea curgerii acesteia crește ușor; flux crescut de abur în condensatorul turbinei.
 |
Orez. 9.9. Continuare
În timpul funcționării autonome a treptei de abur, aerul necesar arderii combustibilului în cazan este furnizat de un ventilator. Orientul Îndepărtatîn încălzitoare, unde este încălzit la 180 °C și apoi trimis la arzătoare. Cazanul de abur funcționează sub vid creat de aspiratoarele de fum DS. Când treapta de gaz funcționează autonom, gazele de evacuare sunt direcționate în coș.
Capacitatea de a opera CCGT în diferite moduri este asigurată de instalarea unui sistem controlat automat de clapete gaz-aer cu închidere rapidă de diametru mare (amortizoare) montate pe conducte gaz-aer pentru a închide unul sau altul element al instalației. Acest lucru crește costul circuitului și reduce fiabilitatea acestuia.
Cu o creștere a temperaturii gazului înainte turbină cu gaz CCGT și la un grad mai scăzut de compresie a aerului în compresor, conținutul de oxigen din gazele de evacuare ale turbinei cu gaz scade, ceea ce necesită furnizarea de aer suplimentar. Aceasta duce la o creștere a volumului de gaze care trec prin suprafețele de încălzire convectivă ale cazanului de abur, precum și la pierderea de căldură cu gazele de ardere. . Creste si consumul de energie pentru actionarea ventilatorului. Când combustibilul solid este ars într-un cazan, aerul încălzit este utilizat în sistemul de preparare a prafului.
Experiența de exploatare a PGU-250 la Uzina Raională a Statului Moldova a arătat că eficiența acestuia depinde în mare măsură de sarcina treptelor de abur și gaz. Consum specific combustibilul standard la o sarcină nominală de 240-250 MW atinge 315 g/(kWh).
Centralele cu ciclu combinat de acest tip sunt răspândite în străinătate (SUA, Anglia, Germania etc.). Avantajul acestui tip de CCGT este că folosește un cazan cu abur de design convențional, în care este posibil să se utilizeze orice tip de combustibil, inclusiv combustibil solid. În camera de ardere a unei unități cu turbină cu gaz, nu se arde mai mult de 15-20% din combustibilul necesar pentru întreaga unitate cu turbină cu gaz, ceea ce reduce consumul soiurilor sale rare. Pornirea unei astfel de instalații cu ciclu combinat începe de obicei cu pornirea unei unități de turbină cu gaz, a cărei utilizare a căldurii gazelor de evacuare face posibilă creșterea parametrilor de abur în cazanul de abur și reducerea cantității. de combustibil consumat pentru pornirea echipamentelor turbinei cu abur.
 |
Orez. 9.10. Schema termică schematică a PGU-250 cu evacuarea gazelor turbinei cu gaz în cuptorul cazanului cu abur:
PE- supraîncălzitor cu abur proaspăt; PP-supraîncălzitor intermediar; EC, EKVD, EKND- economizoare: presiune principala, inalta si joasa; P1–P7 -încălzitoare cu sistem de regenerare a treptelor de abur; DPV- dezaerator apa de alimentare; PEN, KN, DN- pompe de alimentare, condens, drenaj; HP- pompa de recirculare a condensului principal la EKND; Orientul Îndepărtat, Forțele Aeropurtate- suflantă și ventilatoare de aer suplimentare ; KL1,KL11- încălzitoare din prima și a doua etapă ; ÎN- injectarea apei de alimentare din stadiul intermediar al PEN; DS- aspirator de fum
CCGT cu reciclare Cazanele cu abur permit utilizarea gazelor de evacuare ale turbinelor cu gaz pentru a genera abur. În astfel de instalații, este posibil să se implementeze un ciclu pur binar fără ardere suplimentară a combustibilului pentru a produce abur cu parametrii scăzuti. În fig. Figura 9.11 prezintă diagrama MPEI propusă a unei astfel de unități CCGT, care utilizează turbina cu gaz GTE-150-1100 și turbina cu abur saturat K-70-29 utilizată la centralele nucleare. Parametrii aburului în fața turbinei sunt 3 MPa, 230 °C. În conformitate cu condițiile de diferențe de temperatură admise între gaze și abur și utilizarea cea mai completă a căldurii gazelor de eșapament, supraîncălzitorul intermediar este realizat din gaz-abur și este situat în spatele economizorului de-a lungul fluxului de gaze. O parte din gazele de ardere din spatele turbinei cu gaz este introdusă în tăietura dintre suprafețele de încălzire prin evaporare și economizor ale cazanului de abur de recuperare. Cod de procedura penala, care asigură presiunea de temperatură necesară. Astfel de instalații se caracterizează prin valori ridicate ale coeficientului energetic CCGT și utilizarea doar a combustibilului organic de înaltă calitate, în principal gaz natural. La o temperatură a aerului exterior de +15°C și o temperatură a gazelor arse de 160°C, puterea electrică totală a unității CCGT este de aproximativ 220 MW, eficiența este de 44,7%, iar consumul specific de combustibil este de 281 g/(kWh). ).
Orez. 9.11. Schema termică schematică a PGU-220 cu un cazan de căldură reziduală și o turbină care funcționează cu abur saturat, fără a arde combustibil:
Cod de procedură penală- cazan de recuperare (generator de abur); C - separator de umiditate; DN- pompa de drenaj; Pentru alte denumiri, vezi Fig. 20.8, 20.10
Institutul de Inginerie Termică All-Union și ATEP au dezvoltat o versiune a unui CCGT manevrabil, fără arderea ulterioară a combustibilului înaintea cazanului de abur de recuperare. CCGT include o turbină cu gaz GTE-150-1100, o turbină cu abur cu un singur cilindru cu o putere de 75 MW pentru parametrii de abur de 3,5 MPa, 465 °C cu un debit de abur de 280-10 3 kg/h, un abur de recuperare. cazan cu suprafata de incalzire de 40-10 3 m 2 tevi cu aripioare. Modulul clădirii principale a centralei electrice a unui astfel de PGU-250 este proiectat să fie cu o singură deschidere, cu o lățime de deschidere de 24 m unitate cu un singur arbore. La o temperatură a aerului exterior de +5 °C, PGU-250 are un consum specific de combustibil de 279 g/(kWh).
Utilizarea turbinelor cu abur în serie mai puternice într-o schemă CCGT cu cazane de căldură reziduală va necesita un consum mai mare de abur cu parametri înalți. Acest lucru este posibil prin creșterea temperaturii gazului la intrarea în cazan la 800-850 °C datorită arderii suplimentare de până la 25% din consumul total de combustibil (gaz natural) în dispozitivele arzătorului cazanului. În fig. 20.12 prezintă o schemă termică de bază a unui PGU-800 de acest tip conform proiectului VTI și ATEP. Include două unități de turbină cu gaz GTE-150-1100 POT LMZ, un cazan de abur de recuperare cu două case ZiO cu o putere totală de abur de 1150-10 3 kg/h și parametri de abur de 13,5 MPa, 545/545 °C, turbină cu abur K-500- 166 POT LMZ. Această schemă are o serie de caracteristici. Purgarile regenerative ale turbinei (cu excepția ultimei) sunt astupate; Sistemul de regenerare are doar amestec HDPE. A fost utilizată o schemă fără dezaerator cu dezaerarea condensului turbinei în condensator și în încălzitorul de amestec. Condensul cu o temperatură de 60 °C este furnizat de două pompe de alimentare PE-720-220 către economizorul cazanului. Absența extracției regenerative a aburului crește trecerea acestuia în condensatorul turbinei, a cărui putere electrică este, prin urmare, limitată la 450 MW.
Un cazan de abur de recuperare în formă de U cu flux direct este format în întregime din suprafețe de încălzire convective. După unitatea cu turbină cu gaz, gazele de eșapament în cantitate de 680 kg/s cu o temperatură de 430-520 ° C și un conținut de oxigen de 14-15,5% intră în fiecare dintre clădirile UPC. UPK este ars în arzătoarele principale gaz natural. iar temperatura gazelor din fata suprafetelor de incalzire ale cazanului se ridica la 840-850 °C. Produsele de ardere sunt răcite secvențial în supraîncălzitoare cu abur (intermediare și principale), în suprafețe de încălzire prin evaporare și economizor și la o temperatură de ~125°C sunt trimise la coș. Caracteristica specifică cazanul este funcționarea sa la un debit de masă semnificativ de gaze. Raportul dintre puterea sa de abur și consumul de produse de ardere este de 5-6 ori mai mic decât cel al cazanelor convenționale cu abur ale unităților de putere. Ca urmare, diferența minimă de temperatură se deplasează din zona supraîncălzitorului intermediar (pentru un cazan cu motorină cu trecere o dată) la capătul fierbinte al economizorului. Valoarea mică a acestei diferențe de temperatură (20-40 °C) i-a obligat pe proiectanții UPC să realizeze un economizor din țevi cu aripioare cu diametrul de 42X4 mm, care i-a redus greutatea, dar a crescut rezistența aerodinamică a cazanului. Ca urmare, puterea electrică a turbinei cu gaz și a întregului CCGT a scăzut ușor.
Modul principal al PGU-800 este funcționarea sa în ciclul abur-gaz, în timp ce cazanul cu abur de recuperare funcționează sub presiune. Avantajul unor astfel de CCGT-uri este posibilitatea de funcționare autonomă a treptelor de gaz și abur. Munca independentă CCGT apare la o putere ușor redusă datorită rezistenței crescute la evacuare realizată de tranzitul gazelor prin cazanul de căldură reziduală. Pentru a asigura funcționarea autonomă a turbinei cu abur, este necesară o anumită complicație a circuitului, care trebuie să includă suplimentar amortizoare și evacuatoare de fum. În acest mod de funcționare, porțile sunt închise 1 și 2 (Fig. 9.12) și deschideți porțile 3 -5. Cantitatea principală de gaze de ardere din cazan (aproximativ 70%) este îmbogățită cu aer și recirculare folosind un extractor de fum DR cu o temperatură de 80 °C sunt trimise la arzătoare suplimentare din fața cazanului. În același timp, cantitatea de combustibil ars în CPC se triplează. Cantitatea neutilizată de gaze de ardere a cazanului (aproximativ 30%) prin evacuarea fumului DS aruncat în horn.
Pentru a opera o unitate CCGT folosind combustibil lichid de rezervă pentru turbină cu gaz, este necesar să se prevadă în circuitul termic o încălzire suplimentară a apei la 130-140°C pentru a evita coroziunea suprafețelor de încălzire a cozii. Prin urmare, acest mod de funcționare va fi mai puțin economic.
Unitățile CCGT cu cazane de abur de recuperare sunt foarte manevrabile. Sunt proiectate pentru aproximativ 160 de lansări pe an; Timpul de pornire după o oprire de 6-8 ore este de 60 de minute, iar după o oprire de 40-48 de ore este de 120 de minute. La descărcarea unității CCGT, în primul rând, sarcina pe turbinele cu gaz este redusă de la 100 la 80% prin acoperirea paletelor de ghidare de admisie (IGU) ale compresoarelor. Reducerea suplimentară a sarcinii se realizează prin reducerea consumului de combustibil ars în arzătoarele UPC, reducând producția de abur a acestora din urmă menținând în același timp temperatura gazelor în fața turbinelor cu gaz. Când se atinge 50% din sarcina nominală a unității CCGT, una dintre unitățile turbinei cu gaz și carcasa CCP corespunzătoare sunt oprite. Odată cu scăderea sarcinii etapei de abur și a producției de abur a UPC, are loc o redistribuire a temperaturilor de-a lungul traseului, iar temperatura gazelor de ardere crește la 170-190 ° C (la sarcina cazanului de 50%). Această creștere a temperaturii este inacceptabilă din cauza condițiilor de funcționare ale evacuatoarelor de fum și ale coșului de fum. Pentru a menține temperatura admisă a gazelor arse, cazanul de abur de recuperare la sarcini reduse este transferat de la modul de funcționare cu flux direct la modul de funcționare separator, cu descărcarea excesului de căldură în condensatorul turbinei cu abur. Designul instalării turbinei cu abur include un separator încorporat și un expandator pilot. Trecerea la modul separator crește consumul de combustibil al unității CCGT cu 5-10% în comparație cu modul de funcționare cu flux direct.
Este recomandabil să instalați unități CCGT cu cazane de abur de recuperare în zonele cu gaz Vestul Siberiei, Asia Centrală etc. Potrivit VTI, PGU-800 are performanță energetică ridicată. La o temperatură a aerului exterior de +5°C, o temperatură a gazului în fața turbinelor cu gaz de 1100°C, puterea unității CCGT va fi de aproximativ 766 MW, iar consumul specific de combustibil echivalent (net) va fi de 266 g/(kWh). Cu o schimbare a temperaturii aerului în intervalul de la +40 la -40 °C, puterea unității CCGT se modifică în intervalul 550-850 MW datorită unei modificări semnificative a puterii celor două unități de turbină cu gaz. Economiile din introducerea unui PGU-800 în locul unei unități de putere convenționale de 800 MW se vor ridica la 5,7-10 6 ruble pe an. (204-10 6 kg combustibil standard).
Orez. 9.12. Schema termică schematică a PGU-800 cu cazan de căldură reziduală și arderea ulterioară a combustibilului:
1-5 - porti etanșe la gaz comutabile; DS- aspirator de fum; DR- evacuare fum pentru recirculare gaze; CU- separator de umiditate; RR- expansor de aprindere; SIDA- incalzitor de amestec de joasa presiune
În Fig. 9.13. Investiția de capital estimată în clădirea principală a CCGT este de 89 RUR/kW. Construcția sa va face posibilă economisirea a până la 9-10 6 kg de oțel și până la 8-10 6 kg de beton armat la un CPP cu șase unități PGU-800, comparativ cu instalarea a șase unități de 800 MW gaz-motorină. .
Combinația dintre turbine cu gaz și instalații cu turbine cu abur folosind echipamente de serie standard se realizează în centrală semi-independentă cu ciclu combinat(Fig. 9.14). Este destinat utilizării în timpul vârfurilor în programul de sarcină electrică și implică oprirea completă sau parțială a încălzitoarelor cu abur de înaltă presiune. Ca urmare, trecerea sa prin partea de curgere a turbinei cu abur crește și se realizează o creștere a puterii treptei de abur de aproximativ 10-11%. Scăderea temperaturii apei de alimentare este compensată de încălzirea suplimentară a acesteia în economizorul gaz-apă de către gazele de evacuare ale turbinei cu gaz. Temperatura gazelor de evacuare a turbinei cu gaz scade la aproximativ 190 °C. Creșterea totală a puterii de vârf, ținând cont de funcționarea unității de turbină cu gaz, este de 35-45% din puterea de bază a unității de turbină cu abur. Consumul specific de combustibil standard este apropiat de consumul în timpul funcționării autonome a acestei unități .
 |
Orez. 9.13. Opțiune de amenajare pentru corpul principal al uzinei de gaz cu ciclu combinat PGU-800:
1-turbină cu gaz GTE-150-1100; 2 - generator electric GTU; 3-admisia de aer in compresorul turbinei cu gaz; 4 – cazan de abur de recuperare; 5 -turbina cu abur K-500-166; 6- aspirator de fum; 7 - ventilator; 8 -conducta de gaz
Orez. 9.14. Schema termică schematică a unei centrale cu ciclu combinat semi-independent:
GVE- economizor gaz-apa; PC- cazan de abur; Pentru alte denumiri, vezi Fig. 9.8.
Este recomandabil să instalați unități CCGT semi-dependente în partea europeană a URSS. Potrivit LMZ, se recomandă următoarele combinații de turbine cu abur și gaz: 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, etc. Creștere calculată investitii de capitalîntr-o unitate cu turbină cu gaz va fi de aproximativ 20%, iar economiile echivalente de combustibil în sistemul de alimentare atunci când se operează o unitate CCGT în modul de vârf este (0,5-1,0) X X10 6 kg/an. Pentru a obține puterea de vârf, este promițător utilizarea centralelor termice în schema de unități CCGT semi-independente.
Schemele CCGT luate în considerare implică utilizarea parțială sau completă a combustibilului organic de înaltă calitate (gaz natural sau combustibil lichid pentru turbină cu gaz), ceea ce împiedică implementarea lor pe scară largă. De interes semnificativ sunt diferitele scheme ale centralelor pe gaz cu ciclu combinat dezvoltate de TsKTI cu generatoare de abur de înaltă presiune și gazeificarea în interiorul ciclului a combustibilului solid (Fig. 20.15), care fac posibilă transformarea centralelor pe gaz cu ciclu combinat în întregime în cărbune.
 |
Orez. 9.15. Schema termică schematică a unei unități CCGT cu HPG și gazeificare a cărbunelui în ciclu:
/- uscarea combustibilului ; 2 - generator de gaz; 3 - generator de abur de înaltă presiune (HPG); 4 - separator tambur; 5 - camera de ardere HPG suplimentara; 6- pompa de circulatie HSV; 7-economizor pentru recuperarea căldurii din gazele de eșapament ale unei turbine cu gaz; 8-cos de fum; 9- scruber; 10- generator de încălzire pe gaz; DK- compresor booster; PT- turbina de antrenare cu abur; RGT- turbină cu gaz de expansiune; /- abur proaspăt; // - reincalzeste aburul ; /// - aer comprimat după compresor; IV- gaz generator purificat; V- frasin; VI-IX- alimentarea turbinei cu apa si condens
Cărbunele pre-zdrobit (cărbune zdrobit 3-10 mm) este introdus în uscător pentru uscare și printr-un oxidant (pentru a preveni formarea zgurii) în generatorul de gaz. Una dintre opțiunile de schemă este gazificarea cărbunelui într-un generator de gaz cu un pat „fluidizat” folosind explozie de abur-aer. Gazeificarea combustibilului este asigurată prin alimentarea cu aer a generatorului de gaz după compresorul booster și abur din linia intermediară de supraîncălzire „rece”. Aerul pentru gazeificare într-o cantitate de aproximativ 3,2 kg la 1 kg de cărbune Kuznetsk este comprimat secvenţial în compresoarele principale și de rapel (presiunea crește cu 10%) și, după amestecarea cu abur, intră în generatorul de gaz. Gazeificarea cărbunelui are loc la temperaturi apropiate de 1000 °C.
Gazul generatorului este răcit, cedându-și căldura fluidului de lucru al părții turbinei cu abur, apoi este curățat de impuritățile mecanice și compușii care conțin sulf și, după extinderea turbinei cu gaz de expansiune (pentru a reduce consumul de abur de către turbina de antrenare). a compresorului booster), acesta intră în generatorul de abur de înaltă presiune și în camera de ardere suplimentară a acestuia pentru ardere. Restul circuitului termic coincide cu circuitul unui CCGT convențional cu HSV.
VNIPIenergoprom, împreună cu NPO TsKTI, a dezvoltat un design pentru o unitate combinată de căldură și putere cu o capacitate de 225 MW cu gazeificare în ciclu a cărbunelui. În acest scop, au fost utilizate echipamente standard de putere: un generator de abur de înaltă presiune cu carcasă dublă VPG-650-140 TKZ, o unitate cu turbină cu gaz GTE-45-2 KhTZ, o turbină cu abur de încălzire T-180-130 LMZ, precum și ca două generatoare de gaz cu suflare abur-aer GGPV-100-2 cu o capacitate de 100 t/h cărbune Kuznetsk. Calculele tehnice și economice au arătat că, în comparație cu o unitate convențională de încălzire cu turbină cu abur de 180 MW, utilizarea unei unități de alimentare cu ciclu combinat face posibilă creșterea producției specifice de energie electrică din consumul termic de 1,5 ori, oferind economii de combustibil de până la 8%, reduc semnificativ emisiile nocive în atmosferă și obțin un total anual efect economic la 2,6-10 6 frecare. Unitatea de alimentare cu ciclu combinat considerată va fi utilizată pentru a crea CCGT-1000 mai puternic, folosind cărbune din bazinele Kuznetsk, Ekibastuz și Kansk-Achinsk.
Instalațiile cu ciclu combinat sunt utilizate pe scară largă în SUA, Germania, Japonia, Franța etc. Unitățile CCGT ard în principal gaze naturale și combustibili lichizi de diferite tipuri. Introducerea unităților CCGT a fost facilitată de apariția unor turbine cu gaz puternice (70-100 MW) cu o temperatură inițială a gazului de 900-1100°C. Acest lucru a făcut posibilă utilizarea unităților CCGT cu cazane de abur de recuperare (Fig. 9.16) de tip tambur cu circulație forțată a mediului și o presiune a aburului de 4-9 MPa, în funcție de faptul că în acestea se realizează sau nu arderea suplimentară a combustibilului. . În fig. Figura 9.17 prezintă o diagramă a unui cazan de abur de recuperare pentru o unitate CCGT cu o turbină cu gaz MW701. Cazanul este proiectat pentru două presiuni de abur. Are suprafete de incalzire realizate din tuburi cu aripioare de joasa si inalta presiune cu tamburi proprii intr-un bloc cu dezaerator de apa de alimentare.
