Yhdistelmäkiertoiset voimalaitokset. Yhdistelmäkiertolaitoksen syklin ja CCGT:n kaavion valinta
CCGT Asennus, joka on suunniteltu muuntamaan samanaikaisesti kahden työkappaleen, höyryn ja kaasun, energian mekaaniseksi energiaksi. [GOST 26691 85] kombilaitos Laite, joka sisältää säteilyä ja konvektiivisia lämmityspintoja,... ...
Yhdistetty kiertolaitos- laite, joka sisältää säteilyä ja konvektiivisia lämmityspintoja, jotka tuottavat ja ylikuumentavat höyryä höyryturbiinin toimintaa varten polttamalla orgaanista polttoainetta ja kierrättämällä kaasuturbiinissa käytettyjen palamistuotteiden lämpöä... ... Virallinen terminologia
Yhdistetty kiertolaitos- GTU 15. Yhdistetty laitos Laite, joka on suunniteltu muuntamaan samanaikaisesti kahden käyttönesteen, höyryn ja kaasun, energia mekaaniseksi energiaksi Lähde: GOST 26691 85: Lämpövoimatekniikka. Termit ja määritelmät alkuperäinen asiakirja 3.13 par... Normatiivisen ja teknisen dokumentaation termien sanakirja-viitekirja
yhdistelmäkaasulaitos, jossa biomassan kaasutus tapahtuu syklin sisällä- (käytetystä kaasutustekniikasta riippuen hyötysuhde on 36–45%) [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN biomassa integroitu kaasutus yhdistetty kiertolaitos ... Teknisen kääntäjän opas
yhdistetyn kierron kaasulaitos, jossa on hiilen kaasutus-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti FI kaasutusyhdistelmälaitos ... Teknisen kääntäjän opas
yhdistetyn kierron kaasulaitos, jossa on hiilen kaasutus (CCP-VGU)-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN hiilen kaasutusvoimalaitos integroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas
yhdistelmäkaasulaitos, jossa hiilen kaasutus tapahtuu ilmapuhalluksella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN ilmapuhallusintegroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas
yhdistelmäkaasulaitos, jossa hiilen kaasutus tapahtuu happipuhalluksella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN happipuhallettu integroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas
kombilaitos jälkipolttopolttoaineella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Energia-aiheet yleisesti EN kombilaitos lisäpoltolla ... Teknisen kääntäjän opas
yhdistetty kiertolaitos, jossa on lisäpolttoaineen poltto-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti FI täydentävä yhdistelmälämmityslaitos ... Teknisen kääntäjän opas
Johdanto
Yhdistelmäkiertoiset kasvit
Kaasuturbiinilämpövoimalaitosten modernisoinnin tekninen ja taloudellinen tehokkuuden arviointi yhdistelmäteknologialla
Höyryturbiinien ja kaasuturbiiniyksiköiden nopeutetun käyttöönoton taloudellinen toteutettavuus lämpövoimalaitoksia uudistettaessa
Integroitu lähestymistapa PU- ja CCGT-voimaloiden rakentamiseen ja jälleenrakentamiseen
Teknisten ratkaisujen testaus omilla voimalaitoksillamme on avain asiakkaan laitteiden luotettavaan toimintaan
Kondensoiva kombivoimalaitos luotettavaan virransyöttöön teollisuuskuluttajille
Höyryturbiinivoimaloiden jälleenrakentaminen on tehokas tapa varustaa energia-alaa
Kokemusta kaasu-höyryturbiiniyksikön GPU-16K käytöstä höyryruiskutuksella Yhteistuotannon yhdistelmäyksiköt vanhentuneiden laitteiden korvaamiseen JSC Lenenergon lämpövoimalaitoksella.
Voimalaitosten käyttöominaisuuksien parantaminen
Höyryvoimayksikön ja T-265:n ja kahden PGU-170T:n tehoyksikön vertailu
CCGT:n ja GTU:n täytäntöönpanon laajuus keskipitkällä aikavälillä
Johdanto
Missä tahansa maassa energia on talouden perussektori, valtiolle strategisesti tärkeä. Muiden talouden sektoreiden vastaavat kasvuluvut, niiden työn vakaus ja sähkön saanti riippuvat sen kunnosta ja kehityksestä. Energia luo edellytykset uusien teknologioiden käytölle ja varmistaa muiden tekijöiden ohella väestölle nykyaikaisen elintason. Maan korkea asema kansainvälisellä poliittisella areenalla perustuu maan riippumattomuuteen ulkoisista tuontienergiavaroista sekä kehittyneeseen puolustusasekompleksiin.
Teollisuudessa sähköenergiaa saadaan lämpöenergiasta muuntamalla se välissä mekaaniseksi työksi. Lämmön muuntaminen sähköksi riittävän korkealla hyötysuhteella ilman välivaiheen muuntamista mekaaniseksi työksi olisi suuri askel eteenpäin. Silloin ei olisi tarvetta lämpövoimalaitoksille, lämpömoottoreiden käyttö niissä, joilla on suhteellisen alhainen hyötysuhde, ovat erittäin monimutkaisia ja vaativat melko pätevää hoitoa käytön aikana. Nykyaikainen tekniikka ei vielä mahdollista enemmän tai vähemmän tehokkaita laitteistoja sähkön tuottamiseksi suoraan lämmöstä. Kaikki tämän tyyppiset asennukset voivat toistaiseksi toimia vain lyhyen aikaa tai erittäin pienillä tehoilla tai alhaisella hyötysuhteella tai riippuvat tilapäisistä tekijöistä, kuten sääolosuhteista, vuorokaudenajasta jne. Joka tapauksessa ne eivät voi taata riittävää vakautta maan energiahuollossa.
Siksi lämpövoimalaitokset eivät tule toimeen ilman lämpömoottoreita. Lupaava energiakehityksen suunta liittyy lämpövoimalaitosten kaasuturbiini- (GTU) ja yhdistelmäkiertoisiin (CCG) voimalaitoksiin. Näissä asennuksissa on erityiset pää- ja apulaitteet, toimintatavat ja säätimet. Maakaasulla toimivat CCGT-yksiköt ovat ainoat voimalaitokset, jotka tuottavat sähköä yli 58 %:n sähköhyötysuhteella lauhdutuskäytössä.
Energia-alalla on otettu käyttöön useita CCGT-lämpöpiirejä, joilla on omat ominaisuutensa ja teknologisen prosessin erot. Sekä itse piirejä optimoidaan jatkuvasti että sen komponenttien ja elementtien teknisiä ominaisuuksia parannetaan. Tärkeimmät voimalaitoksen toiminnan laatua kuvaavat indikaattorit ovat sen tuottavuus (tai hyötysuhde) ja luotettavuus.
Tässä työssä kiinnitetään erityistä huomiota asian käytännön puoleen, ts. Kuinka kannattavaa CCGT-yksiköiden käyttö energia-alalla on taloudellisesti ja ympäristön kannalta?
Yhdistelmäkiertoiset laitokset ( GOST 27240-87)
Yhdistelmävoimalaitokset (englanninkielisessä maailmassa käytetään nimitystä yhdistetty kiertovoimalaitos) ovat suhteellisen uudentyyppisiä kaasulla tai nestemäisellä polttoaineella toimivia voimalaitoksia. Taloudellisimman ja yleisimmän klassisen järjestelmän toimintaperiaate on seuraava. Laite koostuu kahdesta lohkosta: kaasuturbiini (GTU) ja höyryvoima (PS) yksiköistä. Kaasuturbiiniyksikössä turbiinin akselin pyöriminen varmistetaan maakaasun, polttoöljyn tai dieselpolttoaineen palamisesta syntyvillä palamistuotteilla - kaasuilla. Kaasuturbiiniyksikön palotilassa muodostuvat palamistuotteet pyörittävät turbiinin roottoria, joka puolestaan pyörittää ensimmäisen generaattorin akselia.
Ensimmäisessä, kaasuturbiini, sykli, hyötysuhde ylittää harvoin 38%. Kaasuturbiiniyksikössä käytetyt, mutta silti korkean lämpötilan säilyttävät palamistuotteet pääsevät ns. hukkalämpökattilaan. Siellä ne lämmittävät höyryn lämpötilaan ja paineeseen (500 celsiusastetta ja 80 ilmakehää), jotka riittävät käyttämään höyryturbiinia, johon on kytketty toinen generaattori. Toisessa, höyry-voimasyklissä, käytetään noin 20 % poltetun polttoaineen energiasta. Kokonaisuudessaan koko asennuksen hyötysuhde on noin 58 %. On olemassa myös muita yhdistelmiä CCGT-yksiköitä, mutta ne eivät vaikuta nykyaikaiseen energiantuotantoon. Tyypillisesti tällaisia järjestelmiä käyttävät tuotantoyhtiöt silloin, kun on tarpeen maksimoida sähköenergian tuotanto. Yhteistuotannolla on tässä tapauksessa alisteinen rooli ja se varmistetaan poistamalla osa lämmöstä höyryturbiinista. Höyryvoimayksiköt ovat hyvin kehittyneitä. Ne ovat luotettavia ja kestäviä. Niiden yksikköteho on 800-1200 MW, ja hyötysuhde (hyötysuhde), joka on tuotetun sähkön suhde käytetyn polttoaineen lämpöarvoon, on jopa 40-41%, ja ulkomailla kehittyneimmissä voimalaitoksissa - 45-48 %. Kaasuturbiiniyksiköitä (GTU) on myös käytetty energia-alalla pitkään. Tämä on täysin erilainen moottori. Kaasuturbiiniyksikössä ilmakehän ilmaa puristetaan 15-20 ilmakehän paineeseen, siinä poltetaan polttoainetta, jolloin muodostuu korkean lämpötilan (1200-1500 °C) palamistuotteita, jotka laajenevat turbiinissa ilmakehän paineeseen. Korkeamman lämpötilan ansiosta turbiini kehittää noin kaksi kertaa kompressorin pyörittämiseen tarvittavan tehon. Sen ylimäärä käytetään sähkögeneraattorin ajamiseen. Ulkomailla käytetään kaasuturbiineja, joiden yksikköteho on 260-280 MW ja joiden hyötysuhde on 36-38 %. Pakokaasujen lämpötila niissä on 550-620 °C. Syklin ja suunnittelun perustavanlaatuisen yksinkertaisuuden vuoksi kaasuturbiinilaitosten kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat kuin höyryvoimaloiden. Ne vievät vähemmän tilaa, eivät vaadi vesijäähdytystä ja käynnistyvät nopeasti ja vaihtavat toimintatapoja. GTU:t ovat helpompia ylläpitää ja täysin automatisoituja.
Koska kaasuturbiinien työväliaine on palamistuotteet, on mahdollista ylläpitää niiden pesemien osien toimivuutta vain käyttämällä puhtaita polttoaineita: maakaasua tai nestemäisiä tisleitä.
Kaasuturbiinit kehittyvät nopeasti parametrien, yksikön tehon ja hyötysuhteen kasvaessa. Ne on hallittu ulkomailla ja niitä käytetään samoilla luotettavuusindikaattoreilla kuin höyryvoimayksiköitä.
Tietysti kaasuturbiiniyksikössä poistuneiden kaasujen lämpöä voidaan käyttää. Helpoin tapa tehdä tämä on lämmittää vettä lämmitykseen tai prosessihöyryn tuottamiseen. Tuotetun lämmön määrä osoittautuu hieman suuremmiksi kuin sähkön määrä ja polttoaineen lämmön kokonaiskäyttökerroin voi olla 85-90 %.
On toinen, vielä houkuttelevampi mahdollisuus saada tämä lämpö toimimaan. Termodynamiikasta tiedetään, että lämpökoneen edistyneimmän syklin (sen keksi Carnot lähes 200 vuotta sitten) hyötysuhde on verrannollinen lämmön tulon ja poiston lämpötilojen suhteeseen. Kaasuturbiiniyksikössä lämpöä syötetään palamisprosessin aikana. Tuloksena olevien tuotteiden, jotka ovat turbiinien työväliaine, lämpötilaa ei rajoita seinä (kuten kattilassa), jonka läpi lämpöä on siirrettävä, ja se voi olla huomattavasti korkeampi. Kuumilla kaasuilla pestyjen osien jäähdytys on hallittu, jolloin ne voivat pitää lämpötilansa hyväksyttävällä tasolla.
Höyryvoimalaitoksissa tulistetun höyryn lämpötila ei voi ylittää kattilatulistimien metalliputkien ja jäähdyttämättömien komponenttien, kuten höyryputkien, jakoputkien, liitosten sallittua lämpötilaa - se on nyt 540-565 °C, ja nykyaikaisimmissa asennuksissa - 600-620 °C. Mutta lämmönpoisto höyryturbiinien lauhduttimissa tapahtuu kierrättämällä vettä lähellä ympäristön lämpötilaa.
Nämä ominaisuudet mahdollistavat sähköntuotannon tehokkuuden lisäämisen merkittävästi yhdistämällä korkean lämpötilan syöttö (kaasuturbiiniyksikössä) ja matalan lämpötilan lämmönpoisto (höyryturbiinin lauhduttimessa) yhdessä kombilaitoksessa (CCG) . Tätä varten turbiinista poistuvat kaasut syötetään hukkalämpökattilaan, jossa syntyy ja tulistetaan höyryä, joka sitten tulee höyryturbiiniin. Sen pyörittämä sähkögeneraattori, jatkuvalla polttoaineenkulutuksella kaasuturbiinin polttokammiossa, lisää sähköntuotantoa 1,5-kertaiseksi. Tämän seurauksena parhaiden nykyaikaisten CCGT-yksiköiden hyötysuhde on 55-58%. Tällaisia CCGT-laitoksia kutsutaan binäärisiksi, koska ne suorittavat kaksinkertaisen termodynaamisen kierron: soodakattilan höyryä ja höyryturbiinin toimintaa tuotetaan kaasuturbiinilaitoksen polttokammioon syötetyn ja ylemmässä jo poistuneen lämmön ansiosta. kaasuturbiinin kierto.
Ottaen huomioon kaikki CCGT-yksiköiden edut kotimaisen energiasektorin tärkein tehtävä on lukuisten pääasiassa maakaasulla toimivien höyryvoimaloiden muuntaminen kombivoimalaitoksiksi.
Tällaisten CCGT-yksiköiden houkuttelevia ominaisuuksia korkean hyötysuhteen lisäksi ovat kohtuulliset ominaiskustannukset (1,5-2 kertaa alhaisemmat kuin vastaavan tehoiset höyryvoimayksiköt), mahdollisuus rakentaa lyhyessä (kahden vuoden) ajassa, puolet tarve. jäähdytysvesi, hyvä ohjattavuus.
Ottaen huomioon kaikki CCGT-yksiköiden edut kotimaisen energiasektorin tärkein tehtävä on lukuisten pääasiassa maakaasulla toimivien höyryvoimaloiden muuntaminen kombivoimalaitoksiksi. Kun voimalaitoksia varustetaan teknisesti uudelleen, on kaksi vaihtoehtoa binaaristen CCGT-yksiköiden luomiseksi.
Yhdistelmälaitokset tuottavat sähköä ja lämpöenergiaa. Yhdistetty laitos koostuu kahdesta erillisestä lohkosta: höyryvoimasta ja kaasuturbiinista. Kotimaisten CCGT-yksiköiden polttoaineena käytetään maakaasua, mutta se voi olla joko maakaasua tai petrokemian teollisuuden tuotteita, kuten polttoöljyä. Yhdistelmätahtilaitoksissa ensimmäinen generaattori sijaitsee samalla akselilla kaasuturbiinin kanssa, joka tuottaa sähkövirtaa roottorin pyörimisestä. Kulkiessaan kaasuturbiinin läpi palamistuotteet antavat sille osan energiastaan ja sitten palamistuotteet pääsevät höyryvoimalaitokseen, hukkalämpökattilaan, jossa syntyy höyryturbiiniin syötettyä vesihöyryä.
Yhdistelmäkiertoisten laitosten (tai CCGT:iden) rakentaminen on viime aikoina ollut päätrendi globaalin ja kotimaisen lämpövoimatekniikan kehityksessä. Kaasuturbiiniin perustuva sykliyhdistelmä, ts. kaasuturbiiniyksikkö ja höyryturbiiniyksikkö (Braytonin ja Rankinen syklit, vastaavasti) tarjoavat voimakkaan lämpöhyötysuhteen jyrkän hypyn, sillä noin kaksi kolmasosaa sen tehosta tulee kaasuturbiiniyksiköstä. Kaasuturbiinin pakokaasujen lämmöstä syntyvä höyry, kuten jo todettiin, käyttää höyryturbiinia.
Yleinen käsitys hukkalämpökattiloista CCGT-järjestelmässä voidaan saada HRSG-tyypin HRSG:n lyhyen kuvauksen perusteella:
CCGT-yksikköön kuuluva HRSG-tyyppinen hukkalämpökattila on suunniteltu tuottamaan tulistettua korkea-, keski- ja matalapaineista höyryä käyttämällä kaasuturbiiniyksikön kuumien pakokaasujen lämpöä.
HRSG-hukkalämpökattila on pystyrumputyyppinen, luonnollisella kierrolla korkea-, keski- ja matalapainehaihdutuspiireissä, omalla tukikehyksellä.
Hukkalämpökattilan suunnittelu mahdollistaa höyry-vesireitin esikäynnistyksen ja käytön vesikemiallisen huuhtelun sekä kattilan sisäpintojen säilyttämisen seisokkien aikana.
Höyry-vesireitin varrella hukkalämpökattilan hydraulipiiri koostuu kolmesta itsenäisestä piiristä, joilla on eri painetasot:
matalapaine polku;
keskipaine kanava;
korkeapaineinen reitti.
Tämän kattilan putkien (höyrystimet, tulistimet jne.) lämmityspinnat sijaitsevat vaakasuorassa. Niissä kaikissa on kierukkarakenteiset putkijärjestelmät, jotka yhdistetään keräilijöillä ja yhdistetään poistoputkistojärjestelmän avulla erotinrumpuun. Tällä rakenteella lämpöjännitykset kuormituksen muutosten ja käynnistysten aikana ovat huomattavasti pienemmät, putkipaketit voivat laajentua vapaasti, mikä minimoi puristumisriskin, mikä johtaa putken tuhoutumiseen.
HP-, SD- ja LP-osien lämmönvaihdinputket on valmistettu jatkuvilla rivoilla ottaen huomioon kaasuturbiiniyksiköstä tulevien kuumien kaasujen ja lämmönvaihtopintojen välisen lämmönvaihdon konvektiivinen luonne. Rivat on valmistettu hiiliteräksestä, jonka halkaisija on 62-68 mm ja paksuus 1 mm.
Höyryn puhdistusjärjestelmä kattilavesipisaroista on yksinkertaistettu; siinä ei ole rummun sisäisiä sykloneja, kuten tavanomaisissa höyrykattiloissa. Tynnyreistä on olemassa linjoja jaksoittaista huuhtelua varten, mutta ei ole erityisiä linjoja höyrystimien säännölliseen huuhtelun alemmista kohdista, joissa nämä linjat ovat merkityksellisempiä suhteessa kertyneen lietemuodostelmien poistamiseen kattilasta.
Rumusta kyllästetty höyry tulee korkeapaineiseen tulistimeen.
Hukkalämpökattila HRSG toimii yksikön kaasuturbiinin pakokaasuilla. Savukaasujen liikkeen mukaan kattilan lämmityspinnat sijaitsevat seuraavassa järjestyksessä:
HP tulistin tuotantovaiheessa;
lähtö uudelleenlämmitys vaiheessa;
HP-tulistimen syöttövaiheen toinen osa;
lämmittää syöttö vaiheessa;
HP-tulistimen tulovaiheen ensimmäinen osa;
HP höyrystin;
HP ekonomaiser toinen vaihe;
SD tulistin;
LP tulistin;
HP ekonomaiser ensimmäinen vaihe;
LED höyrystin;
LED ekonomaiseri, ensimmäisen vaiheen lähtöosa / HP ekonomaiseri, ensimmäisen vaiheen lähtöosa;
LP höyrystin;
ekonomaizer SD sisääntulo osa ensimmäisen vaiheen / ekonomaiseri HP tulo osa ensimmäisessä vaiheessa;
lauhdelämmitin (LP ekonomaiseri).
Kattilan poisto-osaan on asennettu äänenvaimennin ja vaimennin estämään sateen pääsy kattilaan seisokin aikana.
Tarkempia tietoja tästä hukkalämpökattilasta löytyy esimerkistämme "
Valitettavasti siirtyminen yhdistettyjen lämmön ja sähkön laitosten (CCGT) rakentamiseen höyryturbiinien sijaan on johtanut lämmityksen alenemiseen kokonaisenergiantuotannossa entistä voimakkaammin. Tämä puolestaan johtaa BKT:n energiaintensiteetin kasvuun ja kotimaisten tuotteiden kilpailukyvyn heikkenemiseen sekä asumis- ja kunnallispalvelujen kustannusten nousuun.
¦ CCGT CHPP:n sähköntuotannon korkea hyötysuhde kondensaatiosyklillä jopa 60 %;
¦ vaikeudet sijoittaa CCGT CHP-laitoksia tiheälle kaupunkialueelle sekä polttoainetoimitusten lisääntyminen kaupunkeihin;
¦ Vakiintuneen perinteen mukaisesti CCGT CHPP:t on varustettu höyryturbiiniasemien tapaan T-tyyppisillä lämpöturbiineilla.
P-tyypin turbiineilla varustettujen lämpövoimalaitosten rakentaminen 1990-luvulta alkaen. viime vuosisadalla, käytännössä lopetettiin. Perestroikaa edeltävinä aikoina noin 60 % kaupunkien lämpökuormasta tuli teollisuusyrityksiltä. Heidän lämmöntarvensa teknisten prosessien suorittamiseen oli varsin vakaa koko vuoden. Kaupunkien aamu- ja iltasähkönkulutuksen tuntien aikana sähkönhuippuja tasoitettiin ottamalla käyttöön asianmukaiset järjestelyt teollisuusyritysten sähköntoimitusten rajoittamiseksi. P-tyypin turbiinien asentaminen CHP-laitokselle oli taloudellisesti perusteltua niiden halvemman ja tehokkaamman energiankulutuksen vuoksi T-tyypin turbiiniin verrattuna Höyry-kaasu energiaresurssipolttoaine
Viimeisten 20 vuoden aikana kaupunkien energiahuoltojärjestelmä on muuttunut merkittävästi teollisuustuotannon jyrkän laskun vuoksi. Tällä hetkellä kaupunkilämpövoimalaitokset toimivat lämmitysaikataulun mukaan, jossa kesän lämpökuorma on vain 15-20 % lasketusta arvosta. Sähkönkulutuksen päivittäisestä aikataulusta on tullut epätasaisempi väestön sähkökuormituksen sisällyttäminen ilta-aikoihin, mikä liittyy väestön sähkölaitteiden varustamisen kasvuun. Lisäksi energiankulutusaikataulun tasoittaminen asettamalla asianmukaiset rajoitukset teollisille kuluttajille heidän pienen osuutensa energian kokonaiskulutuksesta johtuen osoittautui mahdottomaksi. Ainoa ei kovin tehokas tapa ratkaista ongelma oli alentaa iltamaksimia ottamalla käyttöön alennettuja tariffeja yöaikaan.
Siksi P-tyypin turbiineilla varustetuissa höyryturbiinilämpövoimalaitoksissa, joissa lämpö- ja sähköenergian tuotanto on tiukasti kytketty toisiinsa, tällaisten turbiinien käyttö osoittautui kannattamattomaksi. Vastapaineturbiineja valmistetaan nyt vain pienitehoisina kaupungin höyrykattilatalojen käyttötehokkuuden lisäämiseksi siirtämällä ne yhteistuotantoon.
Tämä vakiintunut lähestymistapa säilytettiin myös CCGT CHP-laitoksen rakentamisen aikana. Samaan aikaan höyry-kaasukierrossa ei ole tiukkaa suhdetta lämpö- ja sähköenergian toimittamisen välillä. Näillä P-tyypin turbiineilla varustetuilla asemilla illan maksimi sähkökuormituksen kattaminen voidaan saavuttaa lisäämällä tilapäisesti sähkön syöttöä kaasuturbiinikierrossa. Lyhytaikainen lämmönsyötön vähentäminen lämmitysjärjestelmään ei vaikuta lämmityksen laatuun rakennusten ja lämpöverkon lämmönvarauskyvyn vuoksi.
Vastapaineturbiineilla varustetun CCGT CHP-yksikön kaavakuva sisältää kaksi kaasuturbiinia, hukkalämpökattilan, P-tyypin turbiinin ja huippukattilan (kuva 2). Huippukattila, joka voidaan asentaa CCGT-alueen ulkopuolelle, ei näy kaaviossa.
Kuvasta Kuvasta 2 nähdään, että lämpövoimalaitoksen CCGT-yksikkö koostuu kaasuturbiiniyksiköstä, joka koostuu kompressorista 1, polttokammiosta 2 ja kaasuturbiinista 3. Kaasuturbiiniyksikön pakokaasut ohjataan hukkalämpöön. kattilaan (HRB) 6 tai ohitusputkeen 5 portin 4 asennosta riippuen ja kulkee sarjan lämmönvaihtimia, joissa vesi lämmitetään, höyry erotetaan matalapainerummuissa 7 ja korkeapainerummuissa 8 , ja lähetetään höyryturbiiniyksikköön (STU) 11. Lisäksi kyllästetty matalapainehöyry tulee STU:n väliosastoon, ja korkeapaineinen höyry esilämmitetään hukkalämpökattilassa ja lähetetään STU:n päähän. STU:sta lähtevä höyry lauhdutetaan lämmitysveden lämmönvaihtimessa 12 ja lähetetään lauhdepumpuilla 13 kaasulauhdelämmittimeen 14, jonka jälkeen lähetetään ilmanpoistoon 9 ja siitä HRSG:hen.
Kun lämpökuorma ei ylitä perusarvoa, asema toimii täysin lämmitysaikataulun mukaisesti (ATEC = 1). Jos lämpökuorma ylittää peruskuorman, kattilahuippu kytketään päälle. Tarvittava määrä sähköä tulee ulkoisista tuotantolähteistä kaupungin sähköverkkojen kautta.
Kuitenkin tilanteet ovat mahdollisia, kun sähkön tarve ylittää sen ulkopuolisista lähteistä saatavan määrän: pakkaspäivinä, jolloin kotitalouksien lämmityslaitteiden sähkönkulutus lisääntyy; onnettomuuksien sattuessa tuotantolaitoksissa ja sähköverkoissa. Tällaisissa tilanteissa kaasuturbiinien teho on perinteisessä lähestymistavassa kiinteästi sidottu hukkalämpökattilan suorituskykyyn, mikä puolestaan on sanelee lämmitysaikataulun mukaisen lämpöenergian tarpeen ja saattaa olla riittämätön tyydyttämään lisääntynyttä lämpöä. sähkön kysyntään.
Kaastamaan syntyvän sähköpulan kaasuturbiini siirtyy hukkalämpökattilan lisäksi osittain poistamaan jätteiden palamistuotteita suoraan ilmakehään. Siten CCGT CHP-yksikkö siirretään väliaikaisesti sekatilaan - höyry-kaasu- ja kaasuturbiinijaksoilla.
Tiedetään, että kaasuturbiiniyksiköillä on hyvä ohjattavuus (sähkövoiman saamisen ja purkamisen nopeus). Siksi Neuvostoliiton aikoina niitä piti käyttää pumppausasemien kanssa tehonsyöttöjärjestelmän tasoittamiseen.
Lisäksi on huomioitava, että niiden kehittämä teho kasvaa ulkoilman lämpötilan alenemisen myötä, ja juuri alhaisissa lämpötiloissa vuoden kylmimpään aikaan havaitaan maksimi tehonkulutus. Tämä näkyy taulukossa.
Kun teho saavuttaa yli 60 % lasketusta arvosta, haitallisten kaasujen NOx ja CO päästöt ovat minimaaliset (kuva 3).
Välilämmitysjakson aikana kaasuturbiinien tehon pienenemisen estämiseksi yli 40 %, yksi niistä kytketään pois päältä.
Lämpövoimalaitosten energiatehokkuutta voidaan lisätä keskitetyllä jäähdytyshuollolla kaupunkialueille. CCGT CHPP:n hätätilanteissa on suositeltavaa rakentaa pienitehoiset kaasuturbiiniyksiköt erillisiin rakennuksiin.
Suurten kaupunkien tiheän kaupunkikehityksen alueilla rekonstruoitaessa olemassa olevia lämpövoimalaitoksia käyttöikänsä loppuun kuluneilla höyryturbiineilla, on suositeltavaa luoda niiden pohjalle kombivoimalaitos R-tyypin turbiineilla. jäähdytysjärjestelmän miehittämät alueet (jäähdytystornit jne.) vapautuvat, joita voidaan käyttää muihin tarkoituksiin.
Vertaamalla CCGT CHPP:tä vastapaineturbiineilla (tyyppi P) ja CCGT CHPP:tä, jossa on lauhdutinpoistoturbiineja (tyyppi T), voimme tehdä seuraavat asiat johtopäätöksiä.
- 1. Molemmissa tapauksissa polttoainetehokkuuskerroin riippuu lämmönkulutukseen perustuvan sähköntuotannon osuudesta kokonaistuotantovolyymista.
- 2. CCGT CHP-laitoksissa, joissa on T-tyypin turbiineja, lämpöenergiaa häviää lauhteen jäähdytyspiirissä ympäri vuoden; suurimmat häviöt tapahtuvat kesällä, jolloin lämmönkulutuksen määrää rajoittaa vain kuumavesihuolto.
- 3. R-tyypin turbiineilla varustetuissa CCGT CHP-laitoksissa aseman hyötysuhde laskee vain rajoitetun ajan, jolloin on tarpeen kattaa syntyvä tehopula.
- 4. Kaasuturbiinien ohjattavuusominaisuudet (kuormitus- ja irtoamisnopeudet) ovat monta kertaa korkeammat kuin höyryturbiinien.
Näin ollen suurten kaupunkien keskustoissa sijaitsevien asemien rakennusolosuhteissa vastapaineturbiineilla varustetut CCGT CHPP:t (tyyppi P) ovat kaikilta osin parempia kuin yhdistelmäkiertoiset CHPP:t, joissa on lauhteenpoistoturbiineja (tyyppi T). Niiden sijoittaminen vaatii huomattavasti pienemmän alueen, ne käyttävät polttoainetta taloudellisemmin ja niiden ympäristöhaitat ovat myös pienemmät.
Tätä varten on kuitenkin tarpeen tehdä asianmukaiset muutokset yhdistetyn syklin huoltoasemien suunnittelua koskevaan sääntelykehykseen.
Viime vuosien käytäntö osoittaa, että sijoittajat, jotka rakentavat esikaupunkien CCGT CHP-laitoksia melko vapaille alueille, asettavat sähköntuotannon etusijalle ja pitävät lämmön hankintaa sivutoimisena. Tämä selittyy sillä, että asemien hyötysuhde voi jopa lauhdekäytössä nousta 60 prosenttiin ja lämpöverkkojen rakentaminen vaatii lisäkustannuksia ja lukuisia hyväksyntöjä eri rakenteilta. Tämän seurauksena ATPP:n kuumennuskerroin voi olla pienempi kuin 0,3.
Siksi CCGT CHP-laitosta suunniteltaessa ei ole tarkoituksenmukaista, että jokainen yksittäinen asema sisällyttää tekniseen ratkaisuun ACHP:n optimaalisen arvon. Tehtävänä on löytää optimaalinen lämmityksen osuus koko kaupungin lämmönjakelusta.
Nykyään Neuvostoliiton aikana kehitetty ajatus tehokkaiden lämpövoimaloiden rakentamisesta paikkoihin, joissa polttoainetta tuotetaan, kaukana suurista kaupungeista, on jälleen tullut merkitykselliseksi. Tämä johtuu sekä paikallisten polttoaineiden käytön osuuden kasvusta alueellisessa polttoaine- ja energiakompleksissa että uusien lämpöputkistojen luominen (ilmanlasku), joiden lämpötilapotentiaali on lähes mitätön jäähdytysnesteen kuljetuksen aikana.
Tällaisia lämpövoimalaitoksia voidaan luoda joko höyryturbiinikierron perusteella, jossa poltetaan suoraan paikallista polttoainetta, tai yhdistetyn syklin kaasukierron perusteella, jossa käytetään kaasua tuottavista laitoksista saatua kaasua.
Yhdistelmävoimaloita kutsutaan voimalaitoksiksi, joissa kaasuturbiinin pakokaasujen lämpöä käytetään suoraan tai epäsuorasti sähkön tuottamiseen höyryturbiinikierrossa. Se eroaa höyryvoima- ja kaasuturbiinilaitoksista parantuneella hyötysuhteella.
Kaavio yhdistelmäkaasulaitoksesta (Fominan luennosta).
GT EG höyryä
kompressorin hukkalämpökattila K
ilma EG
syöttää vettä
KS – polttokammio
GT – kaasuturbiini
K – lauhduttava höyryturbiini
EG – sähkögeneraattori
Yhdistetty laitos koostuu kahdesta erillisestä yksiköstä: höyryvoimasta ja kaasuturbiinista.
Kaasuturbiiniyksikössä turbiinia pyörittävät kaasumaiset polttoaineen palamistuotteet. Polttoaine voi olla joko maakaasua tai öljytuotteita (polttoöljy, dieselpolttoaine). Ensimmäinen generaattori sijaitsee samalla akselilla turbiinin kanssa, joka tuottaa sähkövirtaa roottorin pyörimisestä. Kaasuturbiinin läpi kulkevat palamistuotteet antavat sille vain osan energiastaan ja niillä on edelleen korkea lämpötila kaasuturbiinin ulostulossa. Kaasuturbiinin ulostuloaukosta palamistuotteet tulevat höyryvoimalaitokseen, hukkalämpökattilaan, jossa vesi ja syntyvä vesihöyry lämmitetään. Palamistuotteiden lämpötila on riittävä saattamaan höyryn höyryturbiinissa käytettäväksi tarpeelliseen tilaan (noin 500 celsiusasteen savukaasujen lämpötila mahdollistaa tulistetun höyryn saamisen noin 100 ilmakehän paineella). Höyryturbiini käyttää toista sähkögeneraattoria.
PSU:n kehitysnäkymät (Amethystovin oppikirjasta).
1. Yhdistelmäkiertoinen laitos on taloudellisin sähköntuotantoon käytetty moottori. Yksipiirisen CCGT:n kaasuturbiiniyksikön, jonka alkulämpötila on noin 1000 °C, absoluuttinen hyötysuhde voi olla noin 42 %, mikä on 63 % CCGT:n teoreettisesta hyötysuhteesta. Kolmipiirisen CCGT-yksikön, jossa on välitulitusaste, jossa kaasun lämpötila kaasuturbiinin edessä on tasolla 1450 °C, hyötysuhde on jo nykyään 60 %, mikä on 82 % teoreettisesti mahdollisesta tasosta. Ei ole epäilystäkään siitä, että tehokkuutta voidaan lisätä entisestään.
2. Yhdistelmäkiertoinen laitos on ympäristöystävällisin moottori. Tämä johtuu ensisijaisesti korkeasta hyötysuhteesta - loppujen lopuksi kaikki polttoaineen sisältämä lämpö, jota ei voitu muuttaa sähköksi, vapautuu ympäristöön ja sen lämpösaaste syntyy. Siksi CCGT:n lämpöpäästöjen väheneminen höyryvoimalaitokseen verrattuna on juuri siinä määrin, että sähköntuotannon polttoaineenkulutus on pienempi.
3. Yhdistelmälaitos on erittäin ohjattava moottori, johon voidaan verrata ohjattavuudeltaan vain autonomista kaasuturbiinia.
4. Höyryvoimaloiden ja yhdistelmälämpövoimaloiden samalla teholla CCGT-laitoksen jäähdytysveden kulutus on noin kolme kertaa pienempi.
5. CCGT:n asennetun tehoyksikön hinta on kohtuullinen, mikä liittyy pienempään rakennusosan tilavuuteen, monimutkaisen tehokattilan puuttumiseen, kalliiseen savupiippuun, syöttöveden regeneratiiviseen lämmitysjärjestelmään, yksinkertaisempi höyryturbiini ja prosessivesijärjestelmä.
6. CCGT-yksiköiden rakennussykli on huomattavasti lyhyempi. CCGT-yksiköt, erityisesti yksiakseliset, voidaan ottaa käyttöön vaiheittain. Tämä yksinkertaistaa investointiongelmaa.
Yhdistetyillä laitoksilla ei käytännössä ole haittoja, vaan meidän pitäisi puhua tietyistä rajoituksista ja vaatimuksista laitteille ja polttoaineille. Kyseiset laitokset edellyttävät maakaasun käyttöä. Venäjällä, jossa suhteellisen halvan kaasun osuus energiana on yli 60 % ja puolet siitä käytetään ympäristösyistä lämpövoimalaitoksissa, on kaikki mahdollisuudet yhdistelmäkaasulaitoksen rakentamiseen.
Kaikki tämä viittaa siihen, että CCGT-laitosten rakentaminen on vallitseva trendi nykyaikaisessa lämpövoimatekniikassa.
Talteenottotyypin CCGT-yksikön tehokkuus:
ηPGU = ηGTU + (1- ηGTU)*ηKU*ηPTU
STU - höyryturbiiniyksikkö
HRSG – hukkalämmön kattila
Yleensä CCGT-yksikön tehokkuus on:
Tässä - Qgtu on kaasuturbiiniyksikön käyttönesteeseen syötettävän lämmön määrä;
Qpsu on kattilan höyryväliaineeseen syötetty lämmön määrä.
1. Tärkeimmät lämpökaaviot lämpövoimaloiden höyryn ja lämmönsyötöstä. CHP-laitoksen lämpökerroin α. Menetelmät lämpövoimaloiden huippulämpökuormituksen kattamiseksi,
CHP (yhdistetyt lämmön ja sähkön voimalaitokset)- suunniteltu keskitettyyn lämmön ja sähkön toimittamiseen kuluttajille. Niiden ero IES:stä on se, että ne käyttävät turbiineista poistetun höyryn lämpöä tuotannon, lämmityksen, ilmanvaihdon ja kuuman veden huoltoon. Tämän sähkön ja lämmöntuotannon yhdistelmän ansiosta saavutetaan merkittäviä polttoainesäästöjä verrattuna erilliseen energiantoimitukseen (sähkön tuotanto CPP:issä ja lämpöenergia paikallisissa kattilahuoneissa). Tämän yhdistetyn tuotantomenetelmän ansiosta CHP-laitokset saavuttavat melko korkean hyötysuhteen, joka on jopa 70%. Siksi CHP-laitokset ovat yleistyneet alueilla ja kaupungeissa, joissa lämpöä kulutetaan paljon. CHP-laitoksen maksimiteho on pienempi kuin CPP-laitoksen.
CHP-laitokset ovat sidottu kuluttajiin, koska Lämmönsiirtosäde (höyry, kuuma vesi) on noin 15 km. Esikaupunkien CHP-laitokset siirtävät kuumaa vettä korkeammalla alkulämpötilalla jopa 30 km:n etäisyydellä. Höyry tuotantotarpeisiin, joiden paine on 0,8–1,6 MPa, voidaan siirtää enintään 2–3 km:n etäisyydellä. Keskimääräisellä lämpökuormitustiheydellä lämpövoimalaitosten teho ei yleensä ylitä 300-500 MW. Vain suurissa kaupungeissa, kuten Moskovassa tai Pietarissa, joissa on korkea lämpökuormitustiheys, on järkevää rakentaa asemia, joiden kapasiteetti on jopa 1000-1500 MW.
Lämpövoimalaitoksen teho ja turbogeneraattorin tyyppi valitaan tuotantoprosesseissa ja lämmityksessä käytettävän höyryn lämpövaatimusten ja parametrien mukaan. Yleisimmin käytettyjä ovat turbiinit, joissa on yksi ja kaksi säädettävää höyrynpoistoa ja lauhdutinta (katso kuva). Säädettävien valintojen avulla voit säätää lämmön ja sähkön tuotantoa.
CHP-tila - päivittäin ja kausiluonteinen - määräytyy pääasiassa lämmönkulutuksesta. Asema toimii edullisimmin, jos sen sähköteho vastaa lämpötehoa. Tässä tapauksessa lauhduttimiin tulee vähimmäismäärä höyryä. Talvella, kun lämmöntarve on suurin, teollisuusyritysten käyttöaikoina mitoitusilman lämpötilassa CHP-generaattoreiden kuormitus on lähellä nimellistä. Ajanjaksoina, jolloin lämmönkulutus on alhainen, esimerkiksi kesällä, sekä talvella, jolloin ilman lämpötila on suunnittelulämpötilaa korkeampi ja yöllä, lämpövoimalaitoksen lämmönkulutusta vastaava sähköteho pienenee. Jos voimajärjestelmä tarvitsee sähköä, lämpövoimalaitoksen on kytkettävä sekatilaan, mikä lisää höyryn virtausta turbiinien matalapaineosaan ja lauhduttimiin. Samalla voimalaitoksen hyötysuhde laskee.
Maksimaalinen sähköntuotanto lämpöasemilla "lämmönkulutuksella" on mahdollista vain työskennellessäsi tehokkaiden CPP-laitteiden ja vesivoimaloiden kanssa, jotka ottavat merkittävän osan kuormituksesta pienen lämmönkulutuksen tunteina.
lämpökuorman säätelymenetelmien vertaileva analyysi.
Laadun säätely.
Etu: lämmitysverkkojen vakaa hydraulinen tila.
Virheet:
■ lämpöhuipputeholähteiden alhainen luotettavuus;
■ tarve käyttää kalliita menetelmiä lämpöverkon lisäveden käsittelyyn korkeissa jäähdytysnesteen lämpötiloissa;
■ nostettu lämpötila-aikataulu kompensoimaan vedenottoa kuuman veden toimittamiseen ja siihen liittyvää lämmönkulutuksen sähköntuotannon vähenemistä;
■ suuri kuljetusviive (lämpöhitaus) lämmitysjärjestelmän lämpökuorman säätelyssä;
■ putkistojen korkea korroosiointensiteetti johtuen lämmönsyöttöjärjestelmän toiminnasta suurimman osan lämmitysjaksosta jäähdytysnesteen lämpötiloissa 60-85 °C;
■ sisäilman lämpötilan vaihtelut, jotka johtuvat LKV-kuorman vaikutuksesta lämmitysjärjestelmien toimintaan sekä käyttöveden ja lämmityskuormien erilaisesta suhteesta tilaajien kesken;
■ lämmönsyötön laadun heikkeneminen säädettäessä jäähdytysnesteen lämpötilaa useiden tuntien keskimääräisen ulkoilman lämpötilan perusteella, mikä johtaa sisäilman lämpötilan vaihteluihin;
■ vaihtelevissa verkkoveden lämpötiloissa kompensaattorien toiminta vaikeutuu merkittävästi.