A kombinált ciklusú üzem egy gőzturbinából áll. Kombinált ciklusú üzem

Attól függően, hogy mit választanak gőz-gáz ciklusok, milyen választás lesz az optimális, és milyen lesz a CCGT üzem technológiai sémája?

Ha ismert a tőkeparitás és a tengelyelhelyezésre vonatkozó konfiguráció, kezdődhet az előzetes ciklusválasztás.

A tartomány a nagyon egyszerű „egynyomásos ciklusoktól” a rendkívül összetett „hármas nyomású újramelegítési ciklusokig” terjed. A ciklus hatékonysága a komplexitás növekedésével nő, de a tőkeköltségek is növekednek. A megfelelő ciklus kiválasztásának kulcsa az adott hatékonysági és költségcélnak leginkább megfelelő nyomásciklus meghatározása.

Kombinált ciklusú berendezés egyetlen nyomásciklussal

Ezt a ciklust gyakran használják költséghatékonyabb, leromlott üzemanyagokhoz, például nyersolajhoz és magas kéntartalmú nehéz fűtőolajokhoz.

Az összetett ciklusokhoz képest az egyszerű ciklusú CCGT-egységekbe történő beruházás elenyésző.

Az ábra egy CCGT egységet mutat be egy további elpárologtató tekercssel a hulladékhő kazán hideg végén. Ez az elpárologtató további hőt távolít el a kipufogógázokból, és gőzt bocsát ki a légtelenítőbe, amely a tápvíz melegítésére szolgál.

Ennek köszönhetően nem kell gőzt elszívni a légtelenítő számára a gőzturbinából. Az eredmény a legegyszerűbb egynyomásos kialakításhoz képest a hatékonyság javulása, de a tőkebefektetés ennek megfelelően nő.

CCGT két nyomásciklussal

A legtöbb működő kombinált egység kettős nyomásciklussal rendelkezik. A vízellátást két különálló tápszivattyú biztosítja a kettős nyomású ekonomizátorhoz.

Olvassa el még: Hogyan válasszunk gázturbinás egységet egy CCGT egységgel rendelkező állomáshoz

Az alacsony nyomású víz ezután belép az első elpárologtató tekercsbe, és a nagynyomású vizet felmelegítik az economizerben, mielőtt elpárologna és túlhevülne a visszanyerő kazán meleg végén. Az alacsony nyomású dob légtelenítése gőzzel látja el a légtelenítőt és a gőzturbinát.

A kettős nyomású ciklus hatásfoka, amint az ábrán a T-S diagramon látható, a gázturbina kipufogó energiájának teljesebb kihasználása miatt nagyobb, mint az egyszeri nyomásciklusé (további CC"D"D terület) .

Ez azonban megnöveli a további berendezések, például a tápszivattyúk, a kettős nyomású gazdaságosítók, az elpárologtatók, az alacsony nyomású csővezetékek és a gőzturbinához vezető két nagynyomású gőzvezetékek beruházását. Ezért a vizsgált ciklust csak magas tőkeparitáson használják.

CCGT háromszoros nyomásciklussal

Ez az egyik legösszetettebb manapság használatos séma. Nagyon magas tőkeparitás esetén alkalmazzák, míg magas hatásfok csak magas költségek mellett érhető el.

A hulladékhő-kazánhoz egy harmadik fokozatot adnak, amely a kipufogógázok hőjét is felhasználja. A nagynyomású szivattyú táplálja a vizet a háromfokozatú nagynyomású gazdaságosítóba, majd a nagynyomású leválasztó dobba. A közepes nyomású tápszivattyú vizet szállít a közepes nyomású leválasztó dobba.

A közepes nyomású szivattyú tápvízének egy része egy fojtóberendezésen keresztül jut be az alacsony nyomású leválasztó dobba. A nagynyomású dob gőze belép a túlhevítőbe, majd a gőzturbina nagynyomású részébe. A nagynyomású részben (HPP) távozó gőzt összekeverik a közepes nyomású dobból érkező gőzzel, túlhevítik és a gőzturbina kisnyomású részének (LPP) bemenetéhez vezetik.

Olvassa el még: Miért építsünk kombinált ciklusú hőerőműveket? Milyen előnyei vannak a kombinált ciklusú gázüzemeknek?

A hatásfok tovább növelhető, ha az üzemanyagot nagynyomású vízzel előmelegítjük, mielőtt az a gázturbinába kerül.

Ciklusválasztási diagram

Az egynyomásos ciklustól a háromnyomásos újramelegítési ciklusig terjedő ciklustípusok a betáplálási paritás függvényeiként vannak bemutatva.

A ciklus kiválasztása annak meghatározásával történik, hogy mely ciklusok felelnek meg egy adott alkalmazási tőkeparitási aránynak. Ha például a tőkeparitás 1800 dollár. US/kW, akkor a kettős vagy háromszoros nyomásciklus kerül kiválasztásra.

Első közelítésként a hármas nyomásciklus mellett döntünk, mivel állandó tőkeparitás mellett a hatásfok és a teljesítmény magasabb. A paraméterek alaposabb vizsgálata után azonban előfordulhat, hogy a kettős nyomásciklus alkalmasabb más követelmények teljesítésére.

Vannak esetek, amikor a ciklusválasztási diagram nem alkalmazható. Az ilyen esetek leggyakoribb példája az a helyzet, amikor az ügyfél a lehető leghamarabb szeretne elektromos áramot rendelkezésre bocsátani, és számára az optimalizálás kevésbé fontos, mint a rövid szállítási idő.

A körülményektől függően tanácsos lehet az egynyomásos ciklust előnyben részesíteni a többnyomásos ciklussal szemben, mivel az időfelhasználás kisebb. Erre a célra kialakítható egy sor szabványosított ciklus meghatározott paraméterekkel, amelyeket ilyen esetekben sikeresen alkalmaznak.

(2507 alkalommal látogatva, ma 1 látogatás)

Sajnos a gőzturbinák helyett a kombinált ciklusú kapcsolt hő- és erőművek (CCGT-k) építésére való áttérés a teljes energiatermelésben a fűtés még erőteljesebb csökkenéséhez vezetett. Ez pedig a GDP energiaintenzitásának növekedéséhez és a hazai termékek versenyképességének csökkenéséhez, valamint a lakhatási és kommunális szolgáltatások költségeinek növekedéséhez vezet.

¦ a villamosenergia-termelés magas hatásfoka a CCGT CHPP-n kondenzációs ciklussal akár 60%-ig;

¦ a CCGT CHP erőművek sűrű városi területeken történő elhelyezésének nehézségei, valamint a városok üzemanyag-ellátásának növekedése;

¦ A CCGT CHPP-ket a kialakult hagyományoknak megfelelően a gőzturbinás állomásokhoz hasonlóan T-típusú fűtőturbinákkal szerelik fel.

P típusú turbinás hőerőművek építése, az 1990-es évektől. múlt században gyakorlatilag leállították. A peresztrojka előtti időkben a városok hőterhelésének mintegy 60%-a az ipari vállalkozásoktól származott. A technológiai folyamatok lebonyolításához szükséges hőigényük egész évben stabil volt. A városokban a délelőtti és esti maximális áramfogyasztás idején az ipari vállalkozások villamosenergia-ellátásának korlátozására megfelelő rezsimek bevezetésével elsimították az áramellátási csúcsokat. A P-típusú turbinák beépítése a CHP-erőműben a T-típusú turbinákhoz képest alacsonyabb költségük és hatékonyabb energiaforrás-felhasználásuk miatt gazdaságilag indokolt volt gőz-gáz energiaforrás tüzelőanyag

Az elmúlt 20 évben az ipari termelés meredek csökkenése miatt a városok energiaellátási rendszere jelentősen megváltozott. Jelenleg a városi hőerőművek fűtési ütemterv szerint működnek, melyben a nyári hőterhelés a számított értéknek mindössze 15-20%-a. A villamosenergia-fogyasztás napi ütemezése egyenetlenebbé vált a lakosság esti órákban történő elektromos terhelésének beszámítása miatt, ami a lakosság elektromos háztartási készülékekkel való felszerelésének rohamos növekedésével jár. Emellett lehetetlennek bizonyult az energiafogyasztás ütemezésének kiegyenlítése az ipari fogyasztókra vonatkozó megfelelő korlátozások bevezetésével a teljes energiafogyasztáson belüli csekély részesedésük miatt. A probléma megoldásának egyetlen nem túl hatékony módja az esti maximum csökkentése volt éjszakai kedvezményes tarifák bevezetésével.

Ezért a P-típusú turbinákkal felszerelt gőzturbinás hőerőművekben, ahol a hő- és villamosenergia-termelés szorosan összekapcsolódik, az ilyen turbinák használata veszteségesnek bizonyult. Az ellennyomású turbinákat ma már csak kis teljesítményen gyártják a városi gőzkazánházak működési hatékonyságának növelése érdekében, kapcsolt energiatermelésre való átállítással.

Ez a kialakult szemlélet a CCGT CHP erőmű építése során is megmaradt. Ugyanakkor a gőz-gáz körfolyamatban nincs szoros kapcsolat a hő- és villamosenergia-ellátás között. Ezeken a P-típusú turbinás állomásokon az esti maximális elektromos terhelés lefedése a gázturbinás ciklus villamosenergia-ellátásának átmeneti növelésével érhető el. A fűtési rendszer hőellátásának rövid távú csökkenése nem befolyásolja a fűtés minőségét az épületek és a fűtési hálózat hőtároló képessége miatt.

Az ellennyomású turbinákkal felszerelt CCGT CHP blokk sematikus diagramja két gázturbinát, egy hulladékhő-kazánt, egy P típusú turbinát és egy csúcskazánt tartalmaz (2. ábra). A CCGT telephelyén kívülre telepíthető csúcskazán az ábrán nem látható.

ábrából A 2. ábrán látható, hogy a hőerőmű CCGT blokkja egy gázturbinás egységből áll, amely egy 1 kompresszorból, egy 2 égéskamrából és egy 3 gázturbinából áll. A gázturbina egység kipufogógázai a hulladékhőbe kerülnek. kazán (HRB) 6 vagy az 5 bypass csőhöz, a 4 kapu helyzetétől függően, és egy sor hőcserélőn halad át, amelyben a vizet melegítik, a gőzt kisnyomású 7 és 8 nagynyomású hordókban választják le. , és egy gőzturbina egységbe (STU) kerül 11. Ezen túlmenően telített, alacsony nyomású gőz belép az ÖSZE közbenső rekeszébe, és a nagynyomású gőzt egy hulladékhő-kazánban előmelegítik, és az ÖSZE fejéhez továbbítják. Az STU-t elhagyó gőz a 12 fűtővíz-hőcserélőben kondenzálódik, és a 13 kondenzátumszivattyúkon keresztül a 14 gázkondenzátum-fűtőhöz, majd a 9 légtelenítőhöz és onnan a HRSG-be kerül.

Ha a hőterhelés nem haladja meg a bázist, az állomás teljes egészében a fűtési ütemterv szerint működik (ATEC = 1). Ha a hőterhelés meghaladja az alapterhelést, a csúcskazán bekapcsol. A szükséges villamosenergia-mennyiség külső termelési forrásból származik a városi elektromos hálózatokon keresztül.

Előfordulhatnak azonban olyan helyzetek, amikor a villamosenergia-szükséglet meghaladja a külső forrásból történő ellátás mennyiségét: fagyos napokon, amikor a háztartási fűtőberendezések villamosenergia-fogyasztása megnövekszik; termelő létesítményeknél és elektromos hálózatoknál bekövetkezett balesetek esetén. Ilyen helyzetekben a hagyományos megközelítésben a gázturbinák teljesítménye szorosan kötődik a hulladékhő kazán teljesítményéhez, amit viszont a fűtési ütemterv szerinti hőenergia-igény diktál, és elégtelen lehet a megnövekedett hőmennyiség kielégítésére. villamosenergia-igény.

Az ebből adódó villamosenergia-hiány fedezésére a gázturbina a hulladékhő-kazán mellett részben átáll a hulladék égéstermékek közvetlen légkörbe történő kibocsátására. Így a CCGT CHP egység átmenetileg vegyes üzemmódba kerül - gőz-gáz és gázturbinás ciklusokkal.

Ismeretes, hogy a gázturbinás egységek nagy manőverezőképességgel rendelkeznek (az elektromos teljesítmény megszerzésének és kisütésének sebessége). Ezért a szovjet időkben szivattyús tárolóállomásokkal együtt használták volna az áramellátási rendszer kiegyenlítésére.

Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy az általuk kifejlesztett teljesítmény a külső levegő hőmérsékletének csökkenésével nő, és az év leghidegebb időszakában az alacsony hőmérsékleten figyelhető meg a maximális energiafogyasztás. Ez a táblázatban látható.

Amikor a teljesítmény eléri a számított érték 60%-át, a káros NOx és CO kibocsátás minimális (3. ábra).

A közbenső fűtési időszakban a gázturbinák teljesítményének több mint 40%-os csökkenésének megakadályozása érdekében az egyiket kikapcsolják.

A hőerőművek energiahatékonyságának növelése a városi mikrokörzetek központosított hűtési ellátásával érhető el. A CCGT CHPP vészhelyzetei esetén célszerű a kis teljesítményű gázturbinás blokkokat külön épületekben építeni.

A nagyvárosok sűrű városi beépítésű területein a meglévő, élettartamukat kimerített gőzturbinás hőerőművek rekonstrukciója során célszerű ezek alapján egy kombinált ciklusú, R-típusú turbinás erőművet létrehozni. a hűtőrendszer által elfoglalt területek (hűtőtornyok, stb.) felszabadulnak, amelyeket más célra lehet felhasználni.

A CCGT CHPP ellennyomású turbinákkal (P típus) és a CCGT CHPP kondenzációs extrakciós turbinákkal (T típus) összehasonlítva a következőket tudjuk elérni következtetéseket.

• 1. A tüzelőanyag-hatékonysági tényező mindkét esetben attól függ, hogy a teljes termelési mennyiségben mekkora a hőfogyasztáson alapuló villamosenergia-termelés részesedése.
• 2. A T-típusú turbinákkal felszerelt CCGT CHP erőművekben a kondenzátum hűtőkörben hőenergia veszteség egész évben előfordul; a legnagyobb veszteség nyáron jelentkezik, amikor a hőfogyasztás mennyiségét csak a melegvíz-szolgáltatás korlátozza.
• 3. Az R-típusú turbinás CCGT CHP erőművekben az állomás hatásfoka csak korlátozott ideig csökken, amikor az ebből adódó áramellátási hiányt pótolni kell.
• 4. A gázturbinák manőverezhetőségi jellemzői (terhelési és leválási sebesség) sokszorosa a gőzturbinákénak.

Így a nagyvárosok központjaiban található állomások építési feltételeit tekintve az ellennyomású turbinás (P típusú) CCGT CHPP-k minden tekintetben felülmúlják a kondenzációs elszívó turbinákkal felszerelt kombinált ciklusú CHPP-ket (T típus). Elhelyezésük lényegesen kisebb területet igényel, gazdaságosabban használnak üzemanyagot és kisebb a környezetre gyakorolt ​​káros hatásuk is.

Ehhez azonban szükséges a kombinált ciklusú benzinkutak tervezésére vonatkozó szabályozási keret megfelelő módosítása.

Az elmúlt évek gyakorlata azt mutatja, hogy az elővárosi CCGT CHP erőműveket meglehetősen szabad területeken építő befektetők előnyben részesítik a villamosenergia-termelést, és melléktevékenységnek tekintik a hőszolgáltatást. Ez azzal magyarázható, hogy az állomások hatásfoka még kondenzációs üzemmódban is elérheti a 60%-ot, a fűtővezetékek kiépítése pedig többletköltséget és számos engedélyt igényel a különböző szerkezetektől. Ennek eredményeként az ATPP fűtési együtthatója 0,3-nál kisebb lehet.

Ezért egy CCGT CHP erőmű tervezése során nem célszerű, hogy minden egyes állomás a műszaki megoldásba belefoglalja az ACHP optimális értékét. A feladat a fűtés optimális arányának megtalálása az egész város hőellátó rendszerében.

Napjainkban ismét aktuálissá vált a szovjet időkben kifejlesztett, nagy teljesítményű hőerőművek építésének koncepciója olyan helyeken, ahol tüzelőanyagot termelnek, távol a nagyvárosoktól. Ezt egyrészt a helyi tüzelőanyag-felhasználás arányának növekedése diktálja a regionális tüzelőanyag- és energiakomplexumban, másrészt a hővezetékek új konstrukciói (levegőfektetés) a hűtőközeg szállítása során szinte elhanyagolható hőmérséklet-potenciál csökkenéssel.

Az ilyen hőerőművek vagy gőzturbinás körfolyamat, helyi tüzelőanyag közvetlen elégetésével, vagy kombinált ciklusú gázciklus alapján hozhatók létre gáztermelő üzemekből nyert gáz felhasználásával.

ALACSONY NYOMÁSÚ ÉS NAGYNYOMÁSÚ GŐZTERMELŐ EGYSÉGEK
A villamosenergia-termeléshez kombinált gőz-gáz egységeket (CCG-ket) használnak, amelyek egyetlen hőkörben egyesülnek. Ezzel csökken a fajlagos üzemanyag-fogyasztás és a tőkeköltségek. A legnagyobb felhasználás a nagynyomású gőzfejlesztő egységgel (HNPPU) és az alacsony nyomású gőzfejlesztő egységgel (LNPPU) felszerelt CCGT egységekben található. Néha a VNPPU-t nagynyomású kazánoknak nevezik.
A gázoldalon vákuum alatt működő kazánokkal ellentétben a nagynyomású és kompresszoros kazánok égésterében és gázcsatornáiban viszonylag alacsony nyomás jön létre az NNPPU (0,005-0,01 MPa) és a VNPPU (0,5-0,7 MPa) esetében.
A kazán nyomás alatti működését számos pozitív tulajdonság jellemzi. Így a levegő beszívása a kemencébe és a gázcsatornákba teljesen megszűnik, ami a kipufogógázok hőveszteségének csökkenéséhez, valamint a hőveszteség csökkenéséhez vezet.
a szivattyúzás energiafogyasztásának csökkentése. Az égéstérben a nyomás növelésével lehetőség nyílik a fúvóventilátor miatti lég- és gázellenállás leküzdésére (elégtelen a füsthuzat), ami a fúvóberendezés hidegben történő működése miatt az energiafogyasztás csökkenéséhez is vezet. levegő.
A túlnyomás az égéstérben a tüzelőanyag égési folyamatának megfelelő intenzívebbé tételéhez vezet, és lehetővé teszi a gázsebesség jelentős növelését a kazán konvektív elemeiben 200-300 m/s-ra. Ugyanakkor nő a gázok hőátadási együtthatója a fűtőfelület felé, ami a kazán méreteinek csökkenéséhez vezet. Ugyanakkor nyomás alatti működéséhez sűrű bélésre és különféle eszközökre van szükség, amelyek megakadályozzák az égéstermékek kijutását a helyiségbe.

Rizs. 15.1. VNPPU-val kombinált ciklusú üzem sematikus diagramja:
/ - légbeömlő; 2 - kompresszor; 3 - üzemanyag; 4 - égéstér; 5 - gázturbina; 6 - kipufogógáz kipufogó; 7 - elektromos generátor; 8 - kazán; 9 - gőzturbina; 10 - kondenzátor; // - szivattyú; 12 - nagynyomású melegítő; 13 - hulladékgázokat használó regeneratív fűtőberendezés (takarékosító)

ábrán. A 15.1. ábra egy kombinált ciklusú gázüzem (CCP) diagramját mutatja nagynyomású kazánnal. Az ilyen kazánok kemencéjében az üzemanyag elégetése 0,6-0,7 MPa nyomás alatt történik, ami a hőbefogadó felületek fémköltségének jelentős csökkenéséhez vezet. A kazán után az égéstermékek a gázturbinába jutnak, melynek tengelyén légkompresszor és elektromos generátor található.
tórusz A kazánból származó gőz egy másik elektromos generátorral egy turbinába kerül.
A nagynyomású kazánnal, gáz- és gőz-víz turbinákkal kombinált gőz-gáz ciklus termodinamikai hatásfoka az ábrán látható. 15.2. A T, i-diagramon: 1-2-3-4-1 terület - bm gázfokozat munkája, cе\алс terület - b„ gőzfokozat munkája; 1-5-6-7-1 - hőveszteség kipufogógázokkal; sbdps - hőveszteség a kondenzátorban. A gázfokozat részben a gőzfokozat fölé épült, ami a létesítmény termikus hatásfokának jelentős növekedéséhez vezet.
Az NPO TsKTI által kifejlesztett üzemben lévő nagynyomású kazán 62,5 kg/s termelékenységgel rendelkezik. Vízcsöves kazán, kényszercirkulációval. Gőznyomás 14 MPa, túlhevített gőz hőmérséklete 545 °C. A tüzelőanyag gáz (fűtőolaj), amelyet körülbelül 4 MW/m3 térfogati hőleadási sűrűséggel égetnek el. A kazánból kilépő égéstermékek 775 °C hőmérsékletig és 0,7 MPa nyomásig egy gázturbinában a légköri nyomáshoz közeli nyomásra kitágulnak. A kipufogógázok 460 °C hőmérsékleten jutnak be az economizerbe, majd a kipufogógázok hőmérséklete körülbelül 120 °C.
A 200 MW teljesítményű VNPPU-val rendelkező CCGT blokk fő hődiagramja az ábrán látható. 15.3. A telepítés egy K-160-130 gőzturbinát és egy GT-35/44-770 gázturbinát tartalmaz. A kompresszorból a levegő belép a VNPPU kemencébe, ahol az üzemanyagot szállítják. A túlhevítő után 770 °C-os nagynyomású gázok a gázturbinába, majd az economizerbe jutnak. A rendszer egy további égéskamrát ír elő, amely biztosítja a gázok névleges hőmérsékletét a gázturbina előtt, amikor a terhelés megváltozik. A kombinált CCGT blokkokban a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás 4-6%-kal kisebb, mint a hagyományos gőzturbináknál, és a tőkebefektetések is csökkennek.


Rizs. 15.2. T, ї-diagram egy kombinált gőz-gáz ciklushoz

Bevezetés

Kombinált ciklusú növények

Kombinált ciklusú technológiával korszerűsítő gázturbinás hőerőművek műszaki-gazdasági hatékonyságának felmérése

Gőzturbina és gázturbina egységek gyorsított megvalósításának gazdasági megvalósíthatósága hőerőművek korszerűsítésekor

Integrált megközelítés a PU-t és a CCGT-t használó erőművek építéséhez és rekonstrukciójához

A műszaki megoldások saját erőműveinkben történő tesztelése a kulcsa az ügyfél berendezéseinek megbízható működésének

Kondenzációs kombinált ciklusú erőmű az ipari fogyasztók megbízható áramellátásához

A gőzturbinás erőművek rekonstrukciója hatékony módja az energiaszektor újrafelszerelésének

GPU-16K gőzbefecskendezéses gáz-gőz turbinás blokk üzemeltetésében szerzett tapasztalat Kogenerációs kombinált ciklusú egységek a JSC Lenenergo hőerőművének elavult berendezéseinek cseréjéhez.

Erőművek üzemi jellemzőinek javítása

Egy T-265-ös gőzerőmű és egy két PGU-170T-vel rendelkező tápegység összehasonlítása

A CCGT és a GTU megvalósításának mértéke középtávon

Bevezetés

Az energia minden országban a gazdaság alapvető ágazata, stratégiailag fontos az állam számára. Állapotától, fejlettségétől függ a gazdaság többi ágazatának megfelelő növekedési üteme, munkájuk stabilitása és az áramellátás. Az energia megteremti az új technológiák alkalmazásának előfeltételeit, és más tényezőkkel együtt biztosítja a lakosság korszerű életszínvonalát. Az ország nemzetközi politikai színtéren elfoglalt előkelő pozícióját az ország külső, importált energiaforrásoktól való függetlensége, valamint a fejlett védelmi fegyveres komplexum alapozza meg.

Az iparban az elektromos energiát hőenergiából nyerik, közbenső mechanikai munkává alakítva. Jelentős előrelépés lenne a hő kellően nagy hatásfokkal történő villamos energiává történő átalakítása anélkül, hogy közbensően mechanikai munkává alakítanák át. Akkor nem lenne szükség hőerőművekre, azokon a hőmotorok alkalmazása, amelyek relatíve alacsony hatásfokkal rendelkeznek, nagyon összetettek és meglehetősen képzett gondoskodást igényelnek az üzemeltetés során. A modern technológia még nem teszi lehetővé kisebb-nagyobb teljesítményű létesítmények létrehozását közvetlenül hőből történő villamosenergia-termelésre. Az összes ilyen típusú berendezés egyelőre csak rövid ideig, vagy rendkívül alacsony teljesítményen, vagy alacsony hatásfokkal működhet, vagy olyan átmeneti tényezőktől függ, mint az időjárási viszonyok, a napszak, stb. Mindenesetre nem tudnak kellő stabilitást garantálni az ország energiaellátásában.

Ezért a hőerőművek nem nélkülözhetik a hőgépeket. Ígéretes energetikai fejlesztési irány a hőerőművek gázturbinás (GTU) és kombinált ciklusú (CCG) erőművei. Ezek a berendezések speciális tervezésű fő- és segédberendezésekkel, működési módokkal és kezelőszervekkel rendelkeznek. A földgázzal üzemelő CCGT blokkok az egyedüli erőművek, amelyek kondenzációs üzemmódban 58%-ot meghaladó elektromos hatásfokkal szolgáltatnak villamos energiát.

Az energiaszektorban számos CCGT termikus kört valósítottak meg, amelyek saját jellemzőkkel és technológiai folyamatbeli különbségekkel rendelkeznek. Folyamatosan optimalizálják magukat az áramköröket és javítják az alkatrészek és elemek műszaki jellemzőit. Az erőmű működési minőségét jellemző fő mutató a termelékenység (vagy hatásfok) és a megbízhatóság.

Ebben a munkában különös figyelmet fordítanak a kérdés gyakorlati oldalára, i. Mennyire jövedelmező a CCGT blokkok használata az energiaszektorban gazdasági és környezetvédelmi szempontból?

Kombinált ciklusú üzemek ( GOST 27240-87)

A kombinált ciklusú erőművek (az angol nyelvterületen a kombinált ciklusú erőmű elnevezés használatos) a gáz- vagy folyékony tüzelőanyaggal működő termelőállomások viszonylag új típusa. A leggazdaságosabb és legelterjedtebb klasszikus séma működési elve a következő. A készülék két blokkból áll: gázturbinás (GTU) és gőzerőmű (PS) egységből. Gázturbinás egységben a turbina tengelyének forgását földgáz, fűtőolaj vagy gázolaj égéséből származó égéstermékek - gázok - biztosítják. A gázturbina egység égésterében keletkező égéstermékek forgatják a turbina rotorját, amely viszont az első generátor tengelyét forgatja.

Az elsőben a gázturbina, ciklus, hatásfoka ritkán haladja meg a 38%-ot. A gázturbinás blokkban elhasznált, de magas hőmérsékletű égéstermékek az úgynevezett hulladékhő kazánba kerülnek. Ott felmelegítik a gőzt olyan hőmérsékletre és nyomásra (500 Celsius fok és 80 atmoszféra), amely elegendő egy gőzturbina működtetéséhez, amelyhez egy másik generátor van csatlakoztatva. A második, gőz-energia ciklusban az elégetett tüzelőanyag energiájának körülbelül 20%-a kerül felhasználásra. Összességében a teljes telepítés hatékonysága körülbelül 58%. Vannak más típusú kombinált CCGT blokkok is, de ezek nem jelentenek különbséget a modern energiatermelésben. Az ilyen rendszereket jellemzően a termelő vállalatok használják, amikor az elektromos energia termelésének maximalizálása szükséges. A kapcsolt energiatermelés ebben az esetben alárendelt szerepet tölt be, és a hő egy részének a gőzturbinából való eltávolításával biztosított. A gőzerőművek jól fejlettek. Megbízhatóak és tartósak. Egységteljesítményük eléri a 800-1200 MW-ot, és a hatásfok (hatékonyság), amely a megtermelt villamos energia és a felhasznált tüzelőanyag fűtőértékének aránya, akár 40-41%, a legfejlettebb külföldi erőműveknél pedig 45-48%. A gázturbinás egységeket (GTU) az energiaszektorban is régóta használják. Ez egy teljesen más típusú motor. Egy gázturbinás egységben a légköri levegőt 15-20 atmoszférára sűrítik, benne tüzelőanyagot égetnek el, így magas hőmérsékletű (1200-1500 °C) égéstermékek keletkeznek, amelyek a turbinában légköri nyomásra kitágulnak. A magasabb hőmérséklet miatt a turbina hozzávetőlegesen kétszerese a kompresszor forgatásához szükséges teljesítménynek. Feleslegét elektromos generátor meghajtására használják. Külföldön 260-280 MW egységteljesítményű, 36-38%-os hatásfokú gázturbinákat üzemeltetnek. A kipufogógázok hőmérséklete bennük 550-620 °C. A ciklus és a tervezés alapvető egyszerűsége miatt a gázturbinás erőművek költsége lényegesen alacsonyabb, mint a gőzerőműveké. Kevesebb helyet foglalnak el, nem igényelnek vízhűtést, gyorsan beindulnak és üzemmódot váltanak. A GTU-k könnyebben karbantarthatók és teljesen automatizáltak.

Mivel a gázturbinák munkaközege égéstermékek, az általuk mosott részek működőképességének fenntartása csak tiszta tüzelőanyag, földgáz vagy folyékony desztillátum felhasználásával lehetséges.

A gázturbinák gyorsan fejlődnek, növekvő paraméterekkel, egységteljesítménnyel és hatékonysággal. Külföldön sajátították el, és ugyanazokkal a megbízhatósági mutatókkal üzemeltetik őket, mint a gőzerőműveket.

Természetesen a gázturbinás egységben elszívott gázok hője felhasználható. Ennek legegyszerűbb módja a fűtési víz felmelegítése vagy technológiai gőz létrehozása. A megtermelt hőmennyiség valamivel nagyobb, mint a villamos energia mennyisége, és a teljes tüzelőanyag-hőhasznosítási tényező elérheti a 85-90%-ot.

Van egy másik, még vonzóbb lehetőség ennek a hőnek a működésére. A termodinamikából ismert, hogy a hőgép legfejlettebb ciklusának hatásfoka (Carnot találta fel majdnem 200 éve) a hőellátás és -elvezetés hőmérsékletének arányával arányos. A gázturbinás egységben az égési folyamat során hőt szolgáltatnak. A keletkező termékek, amelyek a turbinák munkaközege, hőmérsékletét nem korlátozza a fal (mint a kazánban), amelyen keresztül hőt kell átadni, hanem lényegesen magasabb is lehet. A forró gázokkal mosott alkatrészek hűtését elsajátították, lehetővé téve számukra, hogy hőmérsékletüket elfogadható szinten tartsák.

A gőzerőművekben a túlhevített gőz hőmérséklete nem haladhatja meg a kazán-túlhevítők fémcsöveinél és az olyan nem hűtött alkatrészeknél, mint a gőzvezetékek, elosztók, szerelvények megengedett hőmérsékletét - ez ma 540-565 °C, a legmodernebb berendezésekben pedig 600-620 °C. De a gőzturbinák kondenzátoraiban a hőelvonást a környezeti hőmérséklethez közeli hőmérsékletű víz keringetésével végzik.

Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik a villamosenergia-termelés hatékonyságának jelentős növelését a magas hőmérsékletű betáplálás (a gázturbinás egységben) és az alacsony hőmérsékletű hőelvonás (a gőzturbina kondenzátorában) egy kombinált ciklusú üzemben (CCG) történő kombinálásával. . Ennek érdekében a turbinában elszívott gázokat egy hulladékhő kazánba táplálják, ahol gőz keletkezik és túlhevül, amely ezután a gőzturbinába kerül. Az általa forgatott elektromos generátor a gázturbina égésterében állandó üzemanyag-fogyasztás mellett másfélszeresére növeli a villamosenergia-termelést. Ennek eredményeként a legjobb modern CCGT egységek hatásfoka 55-58%. Az ilyen CCGT erőműveket binárisnak nevezik, mert kettős termodinamikai ciklust hajtanak végre: a visszanyerő kazánban a gőz és a gőzturbina működése a gázturbina üzem égésterében betáplált és a felsőben már elfogyott hő hatására keletkezik. gázturbina ciklus.

A CCGT blokkok minden előnyét figyelembe véve a hazai energiaszektor számára a legfontosabb feladat számos, elsősorban földgázzal működő gőzerőmű kombinált ciklusú erőművé történő átalakítása.

Az ilyen CCGT egységek vonzó tulajdonságai a nagy hatásfok mellett a mérsékelt fajlagos költség (1,5-2-szer alacsonyabb, mint a hasonló teljesítményű gőzerőművek), a rövid (két év) idő alatti megépítés lehetősége, feleannyi szükséglet hűtővíz, jó manőverezhetőség .

A CCGT blokkok minden előnyét figyelembe véve a hazai energiaszektor számára a legfontosabb feladat számos, elsősorban földgázzal működő gőzerőmű kombinált ciklusú erőművé történő átalakítása. Az erőművek műszaki újrafelszerelésekor két lehetőség van a bináris CCGT egységek létrehozására.

A gőzturbina és a gázturbina egységek kombinációját, amelyet egy közös technológiai ciklus egyesít, egy erőmű kombinált ciklusú üzemének (CCGT) nevezik. Ezen egységek egyetlen egységbe történő kombinálása lehetővé teszi a gázturbinás egység vagy gőzkazán kipufogógázaiból származó hőveszteség csökkentését, a gázturbinák mögötti gázok fűtött oxidálószerként történő felhasználását tüzelőanyag elégetésekor, további teljesítmény elérését a regeneráció részleges elmozdulása miatt. a gőzturbinás egységeket, és végső soron növeli a kombinált ciklusú erőművek hatékonyságát a gőzturbinás és gázturbinás erőművekhez képest.

A CCGT egységek használata a mai energiaszektorban a leghatékonyabb eszköz a fosszilis tüzelésű erőművek hő- és általános hatásfokának jelentős növelésére. A legjobban működő CCGT egységek hatásfoka akár 46%, a tervezés alatt állóké pedig akár 48-49%, azaz magasabb, mint a tervezett MHD telepítéseknél.

A különféle CCGT lehetőségek közül a következő sémák a legelterjedtebbek: CCGT nagynyomású gőzfejlesztővel (HPSG), CCGT gázturbina gázok gőzkazán kemencébe történő kivezetésével, CCGT visszanyerő gőzkazánnal (UPB), félig függő CCGT, egy CCGT a szilárd tüzelőanyag cikluson belüli elgázosításával.

Az NPO TsKTI-nél fejlesztették ki CCGT egység nagynyomású gőzfejlesztővel földgázzal vagy folyékony gázturbina tüzelőanyaggal működnek (9.8. ábra). A légkompresszor sűrített levegővel látja el a ház gyűrű alakú rését HSVés egy további égéstérbe DKS, ahol a hőmérséklete emelkedik. A tüzelőanyag égéskamrában történő elégetése után a forró gázok nyomása 0,6-1,2 MPa a kompresszor mögötti légnyomástól függően, és gőz előállítására és túlhevítésére szolgál. A közbenső túlhevítő után - az utolsó fűtőfelület HSV- a körülbelül 700 °C hőmérsékletű gázok egy további égéskamrába jutnak, ahol 900 °C-ra melegednek és belépnek a gázturbinába. A gázturbinában elszívott gázok egy háromfokozatú gáz-víz ekonomizátorba kerülnek, ahol a tápvíz és a gőzturbina fő kondenzátuma hűti le őket. Ez a takarékos csatlakozás biztosítja a füstgázok 120-140 °C-os állandó hőmérsékletét, mielőtt azok a kéménybe távoznának. Ugyanakkor egy ilyen CCGT-ben a regeneráció részleges elmozdulása és a gőzturbina egység teljesítményének növekedése következik be.

Rizs. 9.8. A VPG-600-140 nagynyomású gőzfejlesztővel ellátott PGU-250 kombinált ciklusú gázüzem sematikus termikus diagramja:

BS - elválasztó dob; PE- gőz túlhevítő; PP - közbenső túlhevítő; ÉS- párolgásos fűtőfelületek; CN- keringető szivattyú; EK1 - EKSH- gáz-víz gazdaságosítók a gázturbinák kipufogógázaiból származó hővisszanyeréshez; DPV - tápvíz légtelenítő; DKS- kiegészítő égéstér

A nagynyomású gőzfejlesztő a gőzturbina és a gázturbina egység közös tüzelőanyag-égető kamrája. Az ilyen CCGT különlegessége, hogy az áramkörben a túlzott gáznyomás lehetővé teszi, hogy ne szereljenek fel füstelvezetőket, és a légkompresszor helyettesíti a ventilátort; nincs szükség légmelegítőre. A HPG gőzt egy gőzturbina egységbe küldik, amely hagyományos hőkörrel rendelkezik.

Ennek a telepítésnek jelentős előnye a HSV méret- és tömegmutatóinak csökkenése, amely 0,6-1,2 MPa gázútnyomáson működik. A nagynyomású gőzfejlesztőt teljes egészében a gyárban gyártják. A szállítási követelményeknek megfelelően egy HPG ház gőztermelése nem haladja meg a 350-10 3 kg/h értéket. A VPG-650-140-545/545 PO TKZ gőzfejlesztő például két épületből áll. Füstcsatornái bordás csövekből hegesztett gáztömör panelekkel vannak árnyékolva.

Mérsékelt gázhőmérsékletű CCGT egységeket célszerű HPG-vel használni a gázturbinás blokk előtt. Ennek a hőmérsékletnek a növekedésével a gázok által a nagynyomású gőzfejlesztő fűtőfelületére átadott hő aránya csökken.

A CCGT egység gőzfokozatának autonóm működése HPG-vel lehetetlen, ami ennek a rendszernek a hátránya, amely megköveteli a gázturbina egység, a gőzturbina és a gőzgenerátor azonos megbízhatóságát. A beépített égésterű gázturbinák (például GTE-150) használata szintén elfogadhatatlan.

A CCGT egységek HPG-vel való alkalmazása ígéretes a cikluson belüli szénelgázosítással.

ábrán. A 9.9. ábra a PGU-200-250 elrendezését mutatja K-160-130 és GT-35-770 vagy K-210-130 és GT-45-3 turbinákkal. Hasonló létesítmény évek óta sikeresen működik a Nyevinnomysszki Állami Kerületi Erőműben. Az ilyen CCGT-k alkalmazása a hőerőműveknél 15%-os üzemanyag-megtakarítást, a fajlagos tőkebefektetések 12-20%-os csökkenését, a berendezések fémfogyasztásának 30%-os csökkenését eredményezheti a gőzturbinás erőműhöz képest.

CCGT gázürítéssel gázturbinát gőzkazán kemencéjébe az jellemzi, hogy a gázturbina kipufogógázai 14-16%-os oxigéntartalmú, erősen hevített (450-550°C) ballasztos oxidálószer. Emiatt célszerű ezeket a tüzelőanyag nagy részének gőzkazánban történő elégetésére használni (9.10. ábra). A Moldvai Állami Kerületi Erőműben (11. és 12. számú állomási erőmű) egy e rendszer szerinti CCGT blokk került bevezetésre és sikeresen működik. A CCGT blokkhoz soros berendezéseket használtunk: K-210-130 POT LMZ gőzturbina 13 MPa gőzparaméterekkel, 540/540 °C, GT-35-770 POAT HTZ gázturbina, gőz- és gázfokozatú elektromos generátorok TGV- 200 és TVF-63- 243, természetes keringtetésű TME-213 típusú egyházas gőzkazán 670 * 10 3 kg/h teljesítménnyel. A kazán légfűtő nélkül kerül szállításra, és „nyomás alatt” és kiegyensúlyozott huzattal is üzemelhet. Erre a célra a rendszer füstelszívókat biztosít DS. Ez a CCGT-séma három különböző üzemmódban teszi lehetővé a működést: CCGT üzemmód és a gáz- és gőzfokozat autonóm üzemmódja.

Rizs. 9.9. A PGU-250 főépületének elrendezése nagynyomású gőzfejlesztővel:

A- keresztmetszet; b - terv; a megnevezéseket lásd az ábrán. 9.8

A berendezés fő működési módja a gőz-gáz körfolyamat. A gázturbina kipufogógázait (az égésterében folyékony gázturbina tüzelőanyagot égetnek el) a kazán főégőihez juttatják. Az égők a fűtőberendezésben felmelegített levegőt is kapják, ami hiányzik az égési folyamathoz, és egy kiegészítő légventilátor szivattyúzza. Ejtőernyős alakulatok A gőzkazán kipufogógázait magas és alacsony nyomású gazdaságosítókban hűtik, majd a kéménybe juttatják. Nagynyomású gazdaságosítón keresztül EKVD Mind CCGT üzemmódban, mind a gőzfokozat autonóm működése során a tápvíz kb. 50%-a az adagolószivattyúk után kerül ellátásra. Ezután az összes betáplált víz 250°C-os hőmérsékleten a fő kazán ekonomizátorba kerül. Alacsony nyomású gazdaságosítóban EKND után érkezik a főturbina kondenzátum PND5(50%-nál nagyobb terhelésnél vagy utána). PND4(50% alatti terhelésnél). Ebben a tekintetben a gőzturbina regeneratív extrakciói részben tehermentesek, és áramlási útján a gőznyomás kissé megnő; megnövekedett gőzáramlás a turbina kondenzátorába.

Rizs. 9.9. Folytatás

A gőzfokozat autonóm működése során a kazánban a tüzelőanyag elégetéséhez szükséges levegőt egy ventilátor szolgáltatja. Távol-Kelet fűtőtestekbe, ahol 180 °C-ra melegítik, majd az égőkbe juttatják. A gőzkazán füstelvezetők által létrehozott vákuum alatt működik DS. Amikor a gázfokozat önállóan működik, a kipufogógázok a kéménybe kerülnek.

A CCGT különféle üzemmódokban való működtethetőségét a nagy átmérőjű, gyorsan záródó gáz-levegő csappantyúk (csappantyúk) automatikusan vezérelt rendszerének beépítése biztosítja a gáz-levegő csatornákra szerelve, amelyek a berendezés egyik vagy másik elemét elzárják. Ez növeli az áramkör költségét és csökkenti a megbízhatóságát.

A CCGT gázturbina előtti gázok hőmérsékletének növekedésével és a kompresszorban a levegő kompressziójának alacsonyabb fokával a gázturbina kipufogógázainak oxigéntartalma csökken, ami további levegő utánpótlást igényel. Ez a gőzkazán konvektív fűtőfelületein áthaladó gázok térfogatának növekedéséhez, valamint a kipufogógázok hőveszteségéhez vezet. . A ventilátor meghajtásának energiafogyasztása is nő. Ha szilárd tüzelőanyagot égetnek el egy kazánban, akkor a porelőkészítő rendszerben felmelegített levegőt használnak.

A Moldvai Állami Kerületi Erőműben a PGU-250 üzemi tapasztalatai azt mutatják, hogy hatékonysága nagymértékben függ a gőz- és gázfokozat terhelésétől. Az egyenértékű üzemanyag fajlagos fogyasztása 240-250 MW névleges terhelés mellett eléri a 315 g/(kWh) értéket.

Az ilyen típusú kombinált ciklusú erőművek külföldön (USA, Anglia, Németország stb.) elterjedtek. Ennek a CCGT-típusnak az az előnye, hogy hagyományos kialakítású gőzkazánt használ, amelyben bármilyen típusú tüzelőanyagot lehet használni, beleértve a szilárd tüzelőanyagot is. A gázturbinás blokk égésterében a teljes gázturbinás blokkhoz szükséges tüzelőanyagnak legfeljebb 15-20%-a ég el, ami csökkenti a szűkös fajtáinak fogyasztását. Az ilyen CCGT blokk beindítása általában egy gázturbinás blokk beindításával kezdődik, amelynek kipufogógázai hőjének felhasználása lehetővé teszi a gőzparaméterek növelését a gőzkazánban és a gőz mennyiségének csökkentését. a gőzturbina berendezés beindításához felhasznált üzemanyag.

Rizs. 9.10. A PGU-250 sematikus termikus diagramja a GTU gázoknak a gőzkazán kemencébe történő kiürítésével:

PE- friss gőz túlhevítő; PP-köztes túlhevítő; EK, EKVD, EKND- gazdaságosítók: fő, magas és alacsony nyomású; P1–P7 - gőzfokozatú regenerációs rendszer fűtőberendezései; DPV- tápvíz légtelenítő; PEN, KN, DN- táp-, kondenz-, vízelvezető szivattyúk; HP- szivattyú a fő kondenzátum EKND-hez való visszavezetéséhez; Távol-Kelet, légideszant erők- ventilátor és kiegészítő ventilátorok ; KL1, KL11- az első és a második fokozat fűtőberendezései ; BAN BEN- tápvíz befecskendezése a PEN köztes szakaszából; DS- füstelszívó

CCGT újrahasznosítással A gőzkazánok lehetővé teszik a gázturbinák kipufogógázainak felhasználását gőz előállítására. Az ilyen berendezésekben lehetőség van egy tisztán bináris ciklus megvalósítására az üzemanyag további elégetése nélkül, hogy alacsony paraméterű gőzt állítsanak elő. ábrán. A 9.11. ábra egy ilyen CCGT blokk javasolt MPEI diagramját mutatja, amely a GTE-150-1100 gázturbinát és a K-70-29 telített gőzturbinát használja az atomerőművekben. A gőz paraméterei a turbina előtt 3 MPa, 230 °C. A gázok és gőzök közötti megengedett hőmérséklet-különbségek és a kipufogógázok hőjének legteljesebb kihasználása alapján a közbenső túlhevítő gáz-gőzből készül, és a gázáramlás mentén az economizer mögött helyezkedik el. A gázturbina mögötti füstgázok egy része a visszanyerő gőzkazán párologtató és ekonomizátor fűtőfelülete közötti résbe kerül. a büntetőeljárási törvénykönyv, amely biztosítja a szükséges hőmérsékleti nyomást. Az ilyen létesítményeket a CCGT energiaegyüttható magas értéke és csak jó minőségű szerves tüzelőanyag, elsősorban földgáz felhasználása jellemzi. +15°C külső levegőhőmérséklet és 160°C füstgáz hőmérséklet mellett a CCGT blokk összes elektromos teljesítménye kb. 220 MW, hatásfoka 44,7%, fajlagos üzemanyag-fogyasztása 281 g/(kWh) ).

Rizs. 9.11. A PGU-220 sematikus hődiagramja hulladékhő kazánnal és telített gőzzel működő turbinával, tüzelőanyag utánégetés nélkül:

A büntetőeljárási törvénykönyv- regeneráló kazán (gőzfejlesztő); C - nedvességleválasztó; DN- vízelvezető szivattyú; A többi elnevezést lásd a 2. ábrán. 20.8, 20.10

Az All-Union Thermal Engineering Institute és az ATEP kifejlesztette a manőverezhető CCGT egy olyan változatát, amely nem égeti el az üzemanyagot a visszanyerő gőzkazán előtt. A CCGT tartalmaz egy GTE-150-1100 gázturbinát, egy egyhengeres gőzturbinát 75 MW teljesítménnyel 3,5 MPa gőzparaméterekhez, 465 °C-hoz 280-10 3 kg/h gőzáram mellett, egy visszanyerő gőzt kazán 40-10 3 m 2 bordás cső fűtőfelülettel. Az ilyen PGU-250-es erőmű főépületének modulja egynyílású, 24 m fesztávolságú, közöttük a gázturbina egység, a gőzturbina és az elektromos generátor egy-egy fesztávra van felszerelve. egytengelyes egység. +5 °C külső levegő hőmérséklet mellett a PGU-250 fajlagos üzemanyag-fogyasztása 279 g/(kWh).

A nagyobb teljesítményű soros gőzturbinás egységek használata a CCGT rendszerben hulladékhő-kazánokkal nagyobb nagy paraméterű gőzfogyasztást igényel. Ez úgy lehetséges, hogy a gázhőmérsékletet a kazán bemeneténél 800-850 °C-ra emeljük a kazán égőberendezéseiben a teljes tüzelőanyag-fogyasztás (földgáz) akár 25%-ának további elégetése miatt. ábrán. 20.12 egy ilyen típusú PGU-800 alap hődiagramját mutatja a VTI és ATEP projekt szerint. Tartalmaz két GTE-150-1100 POT LMZ gázturbinás egységet, egy kétházas ZiO visszanyerő gőzkazánt 1150-10 3 kg/h teljes gőzteljesítménnyel és 13,5 MPa gőzparaméterekkel, 545/545 °C, gőzturbinát K-500- 166 POT LMZ. Ez a séma számos funkcióval rendelkezik. A turbina regeneratív légtelenítései (az utolsó kivételével) el vannak dugulva; A regeneráló rendszer csak keverő HDPE-t tartalmaz. Légtelenítő nélküli rendszert alkalmaztunk a turbina kondenzátumának légtelenítésével a kondenzátorban és a keverőfűtőben. A 60 °C hőmérsékletű kondenzátumot két PE-720-220 tápszivattyú szállítja a kazán gazdaságosítójához. A regeneratív gőzelszívás hiánya megnöveli annak bejutását a turbinás kondenzátorba, amelynek elektromos teljesítménye ezért 450 MW-ra korlátozódik.

A közvetlen átfolyású U-alakú visszanyerő gőzkazán teljes egészében konvektív fűtőfelületekből áll. A gázturbinás egység után 680 kg/s mennyiségben 430-520 °C hőmérsékletű és 14-15,5% oxigéntartalmú kipufogógázok jutnak be az egyes UPC épületekbe. A földgázt a UPC főégőiben égetik el. és a gázok hőmérséklete a kazán fűtőfelületei előtt 840-850 °C-ra emelkedik. Az égéstermékek szekvenciális hűtése gőztúlhevítőkben (köztes és fő), párologtató és takarékos fűtőfelületekben történik, és ~125°C hőmérsékleten a kéménybe kerül. A kazán sajátossága, hogy jelentős gáztömeg-áramlás mellett működik. Gőzteljesítményének az égéstermék-fogyasztáshoz viszonyított aránya 5-6-szor alacsonyabb, mint az erőművek hagyományos gőzkazánjaié. Ennek eredményeként a minimális hőmérséklet-különbség a közbenső túlhevítő területéről (egyszeri áteresztő gázolajos kazánnál) a gazdaságosító meleg végébe kerül. Ennek a hőmérséklet-különbségnek a csekély értéke (20-40 °C) arra kényszerítette a UPC tervezőit, hogy 42X4 mm átmérőjű bordás csövekből gazdaságosítót készítsenek, amely csökkentette a tömegét, de növelte a kazán aerodinamikai ellenállását. Ennek eredményeként a gázturbinás blokk és a teljes CCGT villamos teljesítménye kismértékben csökkent.

A PGU-800 fő üzemmódja a gőz-gáz körfolyamatban, míg a visszanyerő gőzkazán nyomás alatt működik. Az ilyen CCGT-k előnye a gáz- és gőzfokozatok autonóm működésének lehetősége. A CCGT egység független működése enyhén csökkentett teljesítménnyel történik, mivel a gázoknak a hulladékhő kazánon keresztül történő áthaladása következtében megnövekedett kipufogógáz-ellenállás következik be. A gőzturbina egység autonóm működésének biztosítása érdekében az áramkör bizonyos bonyolítására van szükség, amely ezen kívül csappantyúkat és füstelvezetőket is tartalmaz. Ebben az üzemmódban a kapuk zárva vannak 1 és 2 (9.12. ábra), és nyissa ki a kapukat 3 -5. A kazán füstgázainak fő mennyiségét (kb. 70%) levegővel dúsítják, és füstelvezetővel keringtetik. DR 80 °C-os hőmérsékletű további égőkbe kerülnek a kazán elé. Ugyanakkor a CPC-ben elégetett üzemanyag mennyisége megháromszorozódik. A kazán füstgázainak fel nem használt mennyisége (kb. 30%) füstelvezetővel DS a kéménybe dobták.

A CCGT egység tartalék folyékony gázturbina tüzelőanyaggal történő működtetéséhez a termikus körben gondoskodni kell a víz további 130-140 °C-ra történő melegítéséről, hogy elkerüljük a farok fűtőfelületeinek korrózióját. Ez az üzemmód tehát kevésbé lesz gazdaságos.

A visszanyerő gőzkazánnal felszerelt CCGT egységek rendkívül mozgékonyak. Évente körülbelül 160 indításra tervezték; Az indítási idő 6-8 órás állás után 60 perc, 40-48 órás leállás után 120 perc. A CCGT blokk tehermentesítésekor mindenekelőtt a gázturbinás blokkok terhelése 100-ról 80%-ra csökken a kompresszorok bemeneti vezetőlapátjainak (IGU) letakarásával. A terhelés további csökkentése az UPC égőiben elégetett tüzelőanyag fogyasztásának csökkentésével, az utóbbi gőztermelésének csökkentésével, a gázturbinák előtti gázok hőmérsékletének megőrzésével valósul meg. A CCGT egység névleges terhelésének 50%-ának elérésekor az egyik gázturbinás blokk és a hozzá tartozó CCP ház kikapcsol. A gőzfokozat terhelésének és az UPC gőztermelésének csökkenésével a hőmérséklet újraeloszlása ​​következik be az út mentén, és a füstgázok hőmérséklete 170-190 ° C-ra emelkedik (50% kazánterhelés mellett). Ez a hőmérséklet-emelkedés elfogadhatatlan a füstelvezetők és a kémény működési körülményei miatt. A füstgázok megengedett hőmérsékletének fenntartása érdekében a visszanyerő gőzkazán csökkentett terhelés mellett a közvetlen áramlásról leválasztó üzemmódba kerül, a felesleges hőt a gőzturbina kondenzátorába vezetve. A gőzturbina beépítési terve beépített szeparátort és előterjesztőt tartalmaz. A leválasztó üzemmódra való áttérés 5-10%-kal növeli a CCGT egység üzemanyag-fogyasztását a közvetlen áramlású üzemmódhoz képest.

Nyugat-Szibéria, Közép-Ázsia stb. gázüzemű régióiban célszerű a CCGT-egységeket hasznosító gőzkazánnal telepíteni. A VTI szerint a CCGT-800 nagy energiateljesítményű. +5°C külső levegőhőmérséklet, a gázturbinák előtt 1100°C gázhőmérséklet mellett a CCGT blokk teljesítménye kb. 766 MW, az egyenértékű tüzelőanyag fajlagos fogyasztása (nettó) 266 lesz. g/(kWh). A levegő hőmérsékletének +40 és -40 °C közötti változásával a CCGT blokk teljesítménye 550-850 MW tartományban változik a két gázturbinás blokk teljesítményének jelentős változása miatt. A hagyományos 800 MW teljesítményű tápegység helyett a PGU-800 bevezetéséből származó megtakarítás évi 5,7-10 6 rubelt tesz ki. (204-10 6 kg normál üzemanyag).

Rizs. 9.12. A PGU-800 sematikus hődiagramja hulladékhő kazánnal és tüzelőanyag utóégetésével:

1-5 - kapcsolható gáztömör kapuk; DS- füstelszívó; DR- füstelvezető gázvisszavezetéshez; VAL VEL- nedvességleválasztó; RR- gyújtó-tágító; AIDS- alacsony nyomású keverőfűtő

A PGU-800 főépületének elrendezési változata a VTI és az ATEP tervei szerint az ábrán látható. 9.13. A CCGT főépületében a becsült tőkebefektetés 89 RUR/kW. Felépítése lehetővé teszi akár 9-10 6 kg acél és akár 8-10 6 kg vasbeton megtakarítását egy hat PGU-800-as egységgel rendelkező CPP-n, szemben a hat darab 800 MW-os gázolajos erőmű telepítésével. .

A gázturbinás és gőzturbinás üzemek standard soros berendezéssel történő kombinálását ben hajtják végre félig független kombinált ciklusú üzem(9.14. ábra). Az elektromos terhelési ütemezés csúcsidőszakaiban való használatra szolgál, és magában foglalja a nagynyomású gőzfűtők teljes vagy részleges leállítását. Ennek eredményeként a gőzturbina áramlási részén áthaladása megnő, és a gőzfokozat teljesítményének kb. 10-11%-os növekedése valósul meg. A betáplált víz hőmérsékletének csökkenését a gáz-víz gazdaságosítóban a gázturbina kipufogógázai általi további fűtése kompenzálja. A gázturbina kipufogógázainak hőmérséklete körülbelül 190 °C-ra csökken. A teljes csúcsteljesítmény növekedés a gázturbinás blokk működését figyelembe véve a gőzturbinás blokk alapteljesítményének 35-45%-a. A normál üzemanyag fajlagos fogyasztása közel van az egység autonóm működése közbeni fogyasztáshoz .

Rizs. 9.13. A PGU-800 kombinált ciklusú gázüzem törzsének elrendezési lehetősége:

1-gázturbina GTE-150-1100; 2 - elektromos generátor GTU; 3-levegő bemenet a gázturbinás kompresszorba; 4 – visszanyerő gőzkazán; 5 -gőzturbina K-500-166; 6- füstelszívó; 7 - ventilátor; 8 - gázvezeték

Rizs. 9.14. Egy félig független kombinált ciklusú üzem sematikus hődiagramja:

GVE- gáz-víz takarékos; PC- gőz bojler; A többi elnevezést lásd a 2. ábrán. 9.8.

A Szovjetunió európai részén tanácsos félig függő CCGT egységeket telepíteni. Az LMZ szerint a gőz- és gázturbinák alábbi kombinációi javasoltak: 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 stb. A gázturbinás blokk becsült tőkebefektetésének növekedése körülbelül 20%, és ezzel egyenértékű üzemanyag-megtakarítás az energiarendszerben CCGT blokk üzemeltetésekor csúcs üzemmód (0,5-1, 0) X X10 6 kg/év. A csúcsteljesítmény eléréséhez ígéretes a fűtőművek alkalmazása a félig független CCGT egységek rendszerében.

A vizsgált CCGT rendszerek jó minőségű szerves tüzelőanyag (földgáz vagy cseppfolyós gázturbinás tüzelőanyag) részleges vagy teljes felhasználását jelentik, ami hátráltatja azok széles körű alkalmazását. Jelentős érdeklődésre tartanak számot a CKTI által kifejlesztett, nagynyomású gőzfejlesztőkkel és a szilárd tüzelőanyag cikluson belüli elgázosításával működő kombinált ciklusú gázüzemek különféle sémái (20.15. ábra), amelyek lehetővé teszik a kombinált ciklusú gázüzemek teljes egészében szénre való átalakítását.

Rizs. 9.15. Egy CCGT egység sematikus hődiagramja HPG-vel és ciklus közbeni szénelgázosítással:

/- üzemanyag szárítás ; 2 - gázgenerátor; 3 - nagynyomású gőzfejlesztő (HPG); 4 - dobleválasztó; 5 - további HPG égéskamra; 6- HSV keringtető szivattyú; 7-economizer a hő visszanyerésére gázturbina kipufogógázaiból; 8-kémény; 9- súroló; 10- generátor gázfűtő; DK- nyomásfokozó kompresszor; PT- gőzhajtású turbina; RGT- expanziós gázturbina; /- friss gőz; // - gőz újra felmelegítése ; /// - sűrített levegő a kompresszor után; IV- tisztított generátorgáz; V- hamu; VI-IX- turbina tápvíz és kondenzátum

Az előzúzott szenet (3-10 mm-es zúzott szén) a szárítóba vezetik szárításra, majd az oxidálón keresztül (a salakképződés elkerülése érdekében) a gázgenerátorba. A rendszer egyik lehetősége a szén elgázosítása egy „fluidizált” ágyas gázgenerátorban gőz-levegő fúvással. Az üzemanyag elgázosítását a nyomásfokozó kompresszor után a gázgenerátorba levegő és a „hideg” közbenső túlhevítő vezetékből gőzzel biztosítjuk. A gázosításhoz szükséges levegőt körülbelül 3,2 kg/1 kg kuznyecki szén mennyiségben egymás után összenyomják a fő- és a nyomásfokozó kompresszorban (a nyomás 10%-kal növekszik), és gőzzel való keveredés után belép a gázgenerátorba. A szén elgázosítása 1000 °C-hoz közeli hőmérsékleten megy végbe.

A generátorgázt lehűtik, átadva hőjét a gőzturbina rész munkaközegének, majd megtisztítják a mechanikai szennyeződésektől és a kéntartalmú vegyületektől, majd az expanziós gázturbinában történő expanziót követően (a hajtóturbina gőzfogyasztásának csökkentése érdekében) a nyomásfokozó kompresszor), belép a nagynyomású gőzfejlesztőbe és annak további égésterébe az égéshez. A hőáramkör többi része egybeesik a hagyományos, HSV-vel ellátott CCGT áramkörével.

A VNIPIenergoprom az NPO TsKTI-vel közösen kidolgozott egy 225 MW teljesítményű kombinált hő- és villamosenergia-blokk tervet a szén ciklus közbeni elgázosításával. Erre a célra szabványos erőművet használtak: duplaházas VPG-650-140 TKZ nagynyomású gőzfejlesztő, GTE-45-2 KhTZ gázturbina, T-180-130 LMZ fűtő gőzturbina, valamint két gázgenerátorként GGPV-100-2 gőz-levegő fúvással 100 t/h kuznyecki szén kapacitással. A műszaki-gazdasági számítások azt mutatták, hogy a hagyományos, 180 MW-os gőzturbinás fűtőegységhez képest a kombinált ciklusú erőgép alkalmazása lehetővé teszi a hőfogyasztásból származó fajlagos villamosenergia-termelés másfélszeres növelését, ami akár 8%-os üzemanyag-megtakarítást is biztosít. jelentősen csökkenti a káros kibocsátást a légkörbe, és összesen 2,6-10 6 rubel éves gazdasági hatást ér el. A szóban forgó kombinált ciklusú erőművet nagyobb teljesítményű CCGT-1000 létrehozására használják fel a Kuznyeck-, Ekibastuz- és Kanszk-Achinsk-medencékből származó szén felhasználásával.

A kombinált ciklusú erőműveket széles körben alkalmazzák az USA-ban, Németországban, Japánban, Franciaországban stb. A CCGT blokkok elsősorban földgázt és különféle típusú folyékony tüzelőanyagokat égetnek. A CCGT blokkok bevezetését elősegítette a nagy teljesítményű (70-100 MW) gázturbinás blokkok megjelenése, amelyek kezdeti gázhőmérséklete 900-1100°C. Ez lehetővé tette a CCGT egységek használatát a dob típusú visszanyerő gőzkazánokkal (9.16. ábra), kényszerített közegkeringetéssel és 4-9 MPa gőznyomással, attól függően, hogy történik-e bennük további tüzelőanyag-égetés vagy sem. . ábrán. A 9.17. ábra az MW701 gázturbinával rendelkező CCGT egységhez tartozó visszanyerő gőzkazán diagramját mutatja. A kazánt két gőznyomásra tervezték. Fűtőfelületei kis- és nagynyomású bordás csövekből állnak, saját dobokkal egy blokkban, tápvíz légtelenítővel.