Enerji gaz türbini kurulumları. Gaz türbini tesislerinin çevrimleri

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Gaz türbini üniteleri (GTP), bir güç türbini ve bir jeneratörün çiftler halinde çalıştığı, tek ve nispeten kompakt bir güç kompleksidir. Sistem, sözde küçük ölçekli enerji endüstrisinde yaygınlaştı. Büyük işletmelerin, uzak yerleşim yerlerinin ve diğer tüketicilerin güç ve ısı temini için idealdir. Gaz türbinleri kural olarak sıvı yakıt veya gazla çalışır.

İlerlemenin eşiğinde

Enerji santrallerinin enerji kapasitesini artırmada, öncü rol gaz türbini ünitelerine ve bunların daha ileri evrimi olan kombine çevrim santrallerine (CCGT) devredilir. Böylece, 1990'ların başından beri ABD enerji santrallerinde devreye alınan ve modernize edilen kapasitelerin %60'ından fazlası halihazırda gaz türbinleri ve kombine çevrim santralleri olmuştur ve bazı ülkelerde bazı yıllarda bu payları %90'a ulaşmıştır.

Basit gaz türbinleri de çok sayıda yapılır. Gaz türbini tesisi - mobil, kullanımı ekonomik ve onarımı kolay - pik yükleri karşılamak için en uygun çözüm olduğunu kanıtladı. Yüzyılın başında (1999-2000), toplam kapasitegaz türbini üniteleri 120.000 MW'a ulaştı. Karşılaştırma için: 1980'lerde bu tip sistemlerin toplam kapasitesi 8.000-10.000 MW idi. Gaz türbinlerinin önemli bir bölümünün (%60'tan fazlası), ortalama 350 MW'lık bir güce sahip büyük ikili kombine çevrim santrallerinin parçası olarak çalışması amaçlandı.

Tarihsel arka plan

Kombine çevrim teknolojilerinin kullanımına ilişkin teorik temeller ülkemizde 60'lı yılların başında yeterince ayrıntılı olarak incelenmiştir. O zamanlar, termik güç mühendisliğinin gelişiminin genel yolunun, tam olarak kombine çevrim teknolojileriyle bağlantılı olduğu açıkça ortaya çıktı. Ancak başarılı uygulamaları, güvenilir ve yüksek verimli gaz türbini üniteleri gerektiriyordu.

Termik enerji mühendisliğindeki modern niteliksel sıçramayı belirleyen, gaz türbini yapımındaki önemli ilerlemeydi. Bir komuta ekonomisinde önde gelen yerli lider kuruluşların en az gelecek vaadeden buhar türbini teknolojilerini (STP) teşvik ettiği bir zamanda, bir dizi yabancı firma verimli sabit gaz türbinleri yaratma sorununu başarıyla çözdü.

60'larda gaz türbini kurulumlarının verimliliği %24-32 seviyesindeyse, o zaman 80'lerin sonlarında en iyi sabit güç gaz türbini kurulumları zaten 36-37'lik bir verime (otonom kullanım ile) sahipti. %. Bu, verimliliği %50'ye ulaşan CCGT'leri temel alarak oluşturmayı mümkün kıldı. Yeni yüzyılın başında bu rakam %40'a eşitti ve kombine çevrim gaz çevrim santralleri ile birlikte %60'a bile ulaşıyordu.

Buhar türbininin karşılaştırılmasıve kombine çevrim santralleri

Gaz türbinlerine dayalı kombine çevrim santrallerinde, hemen ve gerçek beklenti, %65 veya daha fazla verim elde etmekti. Aynı zamanda, (SSCB'de geliştirilen) buhar türbini tesisleri için, yalnızca süper kritik buharın üretimi ve kullanımı ile ilgili bir dizi karmaşık bilimsel problem başarıyla çözülebilirse, 46'dan fazla olmayan bir verimlilik için umut edilebilir. %49. Bu nedenle, verimlilik açısından, buhar türbini sistemleri umutsuzca kombine çevrim sistemlerinden daha düşüktür.

Maliyet ve inşaat süresi açısından da buhar türbinli elektrik santrallerinden önemli ölçüde daha düşüktür. 2005 yılında dünya enerji piyasasında 200 MW ve üzeri kapasiteli bir CCGT ünitesinin 1 kW fiyatı 500-600$/kW idi. Daha küçük kapasiteli CCGT'ler için maliyet 600-900$/kW aralığındaydı. Güçlü gaz türbini santralleri 200-250 $/kW değerlerine karşılık gelmektedir. Birim gücünde bir azalma ile fiyatları artar, ancak genellikle 500 $ / kW'ı geçmez. Bu değerler, buhar türbini sistemlerinde bir kilovatlık elektriğin maliyetinden birkaç kat daha azdır. Örneğin, yoğuşmalı buhar türbini santrallerinde kurulu bir kilovatın fiyatı 2000-3000 $/kW arasında değişmektedir.

Bir gaz türbini tesisinin şeması

Kurulum üç temel ünite içerir: bir gaz türbini, bir yanma odası ve bir hava kompresörü. Ayrıca tüm birimler prefabrik tek binada yer almaktadır. Kompresör ve türbin rotorları, yataklarla desteklenerek birbirine rijit bir şekilde bağlanmıştır.

Yanma odaları (örneğin 14 adet) kompresörün etrafına, her biri kendi ayrı mahfazasına yerleştirilmiştir. Kabul içinHava kompresörü bir giriş borusu görevi görür, hava egzoz borusundan gaz türbinini terk eder. Gaz türbini gövdesi, tek bir çerçeve üzerine simetrik olarak yerleştirilmiş güçlü desteklere dayanmaktadır.

Çalışma prensibi

Çoğu gaz türbini ünitesi sürekli yanma veya açık çevrim prensibini kullanır:

• Önce, çalışma sıvısı (hava) uygun kompresör tarafından atmosfer basıncında pompalanır.
• Ayrıca, hava daha yüksek bir basınca sıkıştırılır ve yanma odasına gönderilir.
• Sabit bir basınçta yanan ve sabit bir ısı kaynağı sağlayan yakıtla sağlanır. Yakıtın yanması nedeniyle çalışma sıvısının sıcaklığı artar.
• Ardından, çalışma sıvısı (şimdi hava ve yanma ürünlerinin bir karışımı olan bir gazdır) gaz türbinine girer ve burada atmosfer basıncına genişleyerek yararlı işler yapar (türbini döndürür elektrik).
• Türbinden sonra gazlar atmosfere boş altılır ve bu sayede çalışma döngüsü sona erer.
• Türbin ve kompresörün çalışması arasındaki fark, türbin ve kompresör ile ortak bir şaft üzerinde bulunan bir elektrik jeneratörü tarafından algılanır.

Aralıklı yakma tesisleri

Önceki tasarımın aksine, aralıklı yanmada bir yerine iki valf kullanılır.

• Kompresör, ikinci valf kapalıyken havayı birinci valf aracılığıyla yanma odasına zorlar.
• Yanma odasındaki basınç yükseldiğinde, ilk valf kapanır. Sonuç olarak, haznenin hacmi kapanır.
• Vanalar kapatıldığında, haznede yakıt yanar, doğal olarak yanması sabit bir hacimde gerçekleşir. Sonuç olarak, çalışma sıvısının basıncı daha da artar.
• Ardından ikinci valf açılır ve çalışma sıvısı gaz türbinine girer. Bu durumda türbinin önündeki basınç giderek azalacaktır. Atmosfere yaklaştığında ikinci valf kapatılmalı ve birincisi açılmalı ve işlem sırasını tekrar etmelidir.

Gaz türbini çevrimleri

Bir veya diğer termodinamik döngünün pratik uygulamasına dönersek, tasarımcılar birçok aşılmaz teknik engelle yüzleşmek zorundadır. En karakteristik örnek: buhar nemi %8-12'den fazla olduğunda, buhar türbininin akış yolundaki kayıplar keskin bir şekilde artar, dinamik yükler artar ve erozyon meydana gelir. Bu sonuçta türbinin akış yolunun tahrip olmasına yol açar.

Enerji sektöründeki (iş bulmak için) bu kısıtlamaların bir sonucu olarak, şimdiye kadar sadece iki temel termodinamik çevrim yaygın olarak kullanılmaktadır: Rankine çevrimi ve Brayton çevrimi. Çoğu enerji santrali, bu döngülerin öğelerinin bir kombinasyonuna dayanır.

Rankine çevrimi, çevrimin uygulanması sırasında faz geçişi yapan çalışma akışkanları için kullanılır; buhar santralleri bu çevrime göre çalışır. Gerçek koşullarda yoğuşması mümkün olmayan ve gaz dediğimiz çalışma akışkanları için Brayton çevrimi kullanılır. Bu döngü boyuncagaz türbini tesisleri ve içten yanmalı motorlar çalışıyor.

Kullanılan yakıt

Gaz türbinlerinin büyük çoğunluğu doğal gazla çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bazen düşük güçlü sistemlerde sıvı yakıtlar kullanılır (daha az sıklıkla - orta, çok nadiren - yüksek güç). Yeni bir trend, kompakt gaz türbini sistemlerinin katı yanıcı malzemelerin (kömür, daha az sıklıkla turba ve odun) kullanımına geçişidir. Bu eğilimler, gazın kullanımının genellikle enerji sektöründen daha karlı olduğu kimya endüstrisi için değerli bir teknolojik hammadde olmasından kaynaklanmaktadır. Katı yakıtla verimli çalışabilen gaz türbini santrallerinin üretimi aktif olarak ivme kazanıyor.

ICE ve GTU arasındaki fark

İçten yanmalı motorlar ile gaz türbini kompleksleri arasındaki temel fark aşağıdaki gibidir. Bir içten yanmalı motorda, havanın sıkıştırılması, yakıtın yanması ve yanma ürünlerinin genleşmesi süreçleri, motor silindiri adı verilen bir yapısal eleman içinde gerçekleşir. Gaz türbinlerinde bu işlemler ayrı yapısal birimlere ayrılır:

• kompresörde sıkıştırma yapılır;
• yakıtın sırasıyla özel bir haznede yakılması;
• yanma ürünlerinin genleşmesi bir gaz türbininde gerçekleştirilir.

Sonuç olarak, gaz türbinleri ve içten yanmalı motorlar, benzer termodinamik döngülere göre çalışmasına rağmen yapısal olarak çok az benzerlik gösterir.

Sonuç

Küçük ölçekli elektrik üretiminin gelişmesi, verimliliğinin artmasıyla birlikte GTP ve STP sistemleri toplamda artan bir paya sahiptir.dünyanın enerji sistemi Buna göre, bir gaz türbini tesisi operatörünün gelecek vaat eden mesleği giderek daha fazla talep görmektedir. Batılı ortakların ardından, bir dizi Rus üretici, uygun maliyetli gaz türbini ünitelerinin üretiminde uzmanlaştı. Petersburg'daki Severo-Zapadnaya CHPP, Rusya'da yeni neslin ilk kombine çevrim santrali oldu.