Mipangilio ya turbine ya gesi ya nishati. Mzunguko wa mimea ya turbine ya gesi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Vipimo vya turbine ya gesi (GTP) ni changamano moja, iliyobana kiasi, ambapo turbine ya umeme na jenereta hufanya kazi kwa jozi. Mfumo huo umeenea sana katika kile kinachoitwa tasnia ya nguvu ndogo. Nzuri kwa usambazaji wa nguvu na joto wa biashara kubwa, makazi ya mbali na watumiaji wengine. Kama kanuni, mitambo ya gesi hufanya kazi kwenye mafuta ya kioevu au gesi.

Kwenye ukingo wa maendeleo

Katika kuongeza uwezo wa nishati wa mitambo ya kuzalisha umeme, jukumu kuu huhamishiwa kwa vitengo vya turbine ya gesi na mabadiliko yao zaidi - mitambo ya mzunguko iliyounganishwa (CCGT). Kwa hivyo, katika mitambo ya kuzalisha umeme ya Marekani tangu mwanzoni mwa miaka ya 1990, zaidi ya 60% ya uwezo ulioidhinishwa na wa kisasa tayari umekuwa turbine za gesi na mitambo ya mzunguko wa pamoja, na katika baadhi ya nchi katika miaka fulani sehemu yao ilifikia 90%.

Mitambo rahisi ya gesi pia imejengwa kwa wingi. Kiwanda cha turbine ya gesi - ya rununu, ya kiuchumi kufanya kazi na rahisi kukarabati - imeonekana kuwa suluhisho bora kufidia mizigo ya kilele. Mwanzoni mwa karne (1999-2000), uwezo wa jumlavitengo vya turbine ya gesi vilifikia MW 120,000. Kwa kulinganisha: katika miaka ya 1980, uwezo wa jumla wa mifumo ya aina hii ilikuwa 8,000-10,000 MW. Sehemu kubwa ya mitambo ya gesi (zaidi ya 60%) ilikusudiwa kufanya kazi kama sehemu ya mitambo mikubwa ya mizunguko miwili iliyounganishwa yenye wastani wa takriban MW 350.

Usuli wa kihistoria

Misingi ya kinadharia ya matumizi ya teknolojia ya mzunguko wa pamoja ilichunguzwa kwa kina vya kutosha katika nchi yetu mapema miaka ya 60. Tayari wakati huo, ikawa wazi kuwa njia ya jumla ya maendeleo ya uhandisi wa nguvu ya joto imeunganishwa kwa usahihi na teknolojia za mzunguko wa pamoja. Hata hivyo, utekelezaji wao kwa ufanisi ulihitaji vitengo vya kuaminika na vya ufanisi vya juu vya turbine ya gesi.

Ni maendeleo makubwa katika ujenzi wa turbine ya gesi ambayo yalibainisha kiwango kikubwa cha ubora wa kisasa katika uhandisi wa nishati ya joto. Mashirika kadhaa ya kigeni yalisuluhisha kwa mafanikio tatizo la kuunda mitambo ya gesi iliyosimama ifaayo wakati ambapo mashirika ya kitaifa yanayoongoza katika uchumi wa hali ya juu yalikuwa yakikuza teknolojia ya injini ya turbine ya mvuke (STP) isiyo na matumaini kabisa.

Ikiwa katika miaka ya 60 ufanisi wa usakinishaji wa turbine ya gesi ulikuwa katika kiwango cha 24-32%, basi mwishoni mwa miaka ya 80 usakinishaji bora zaidi wa turbine wa umeme wa stationary tayari ulikuwa na ufanisi (kwa matumizi ya uhuru) wa 36-37. %. Hii ilifanya iwezekanavyo kuunda CCGT kwa misingi yao, ufanisi ambao ulifikia 50%. Mwanzoni mwa karne mpya, takwimu hii ilikuwa sawa na 40%, na kwa kuchanganya na mimea ya mzunguko wa gesi ya mzunguko, ilikuwa hata 60%.

Ulinganisho wa turbine ya mvukena mimea iliyounganishwa ya mzunguko

Katika mitambo ya mzunguko wa mchanganyiko kulingana na turbine za gesi, matarajio ya haraka na ya kweli yalikuwa kupata ufanisi wa 65% au zaidi. Wakati huo huo, kwa mimea ya turbine ya mvuke (iliyotengenezwa katika USSR), tu ikiwa idadi ya matatizo magumu ya kisayansi yanayohusiana na kizazi na matumizi ya mvuke ya juu yanaweza kutatuliwa kwa ufanisi, mtu anaweza kutumaini ufanisi wa si zaidi ya 46- 49%. Kwa hivyo, kwa upande wa ufanisi, mifumo ya turbine ya stima ni duni kabisa kuliko mifumo iliyojumuishwa ya mzunguko.

Ni duni zaidi kuliko mitambo ya kuzalisha umeme ya turbine ya mvuke pia kwa kuzingatia gharama na muda wa ujenzi. Mnamo 2005, katika soko la nishati la dunia, bei ya kW 1 kwa kitengo cha CCGT yenye uwezo wa MW 200 au zaidi ilikuwa $ 500-600 / kW. Kwa CCGT za uwezo mdogo, gharama ilikuwa kati ya $600-900/kW. Mimea yenye nguvu ya turbine ya gesi inalingana na maadili ya 200-250 $ / kW. Kwa kupungua kwa nguvu ya kitengo, bei yao huongezeka, lakini kwa kawaida haizidi $ 500 / kW. Maadili haya ni mara kadhaa chini ya gharama ya kilowati ya umeme katika mifumo ya turbine ya mvuke. Kwa mfano, bei ya kilowati iliyosakinishwa kwenye mitambo ya kuzalisha umeme ya turbine ya mvuke inaanzia 2000-3000 $/kW.

Mpango wa mtambo wa turbine ya gesi

Usakinishaji unajumuisha vitengo vitatu vya msingi: turbine ya gesi, chumba cha mwako na kikandamizaji hewa. Kwa kuongezea, vitengo vyote vimewekwa katika jengo moja lililojengwa tayari. Kizunguzungu cha kujazia na turbine zimeunganishwa kwa uthabiti, zikisaidiwa na fani.

Vyumba vya mwako (kwa mfano, vipande 14) vimewekwa karibu na compressor, kila moja katika nyumba yake tofauti. Kwa kiingilioCompressor ya hewa hutumika kama bomba la kuingiza, hewa huacha turbine ya gesi kupitia bomba la kutolea nje. Mwili wa turbine ya gesi unatokana na viunga vyenye nguvu vilivyowekwa kwa ulinganifu kwenye fremu moja.

Kanuni ya kufanya kazi

Vipimo vingi vya turbine ya gesi hutumia kanuni ya mwako unaoendelea, au mzunguko wazi:

• Kwanza, kimiminiko cha kufanya kazi (hewa) husukumwa kwa shinikizo la angahewa na kibandiko kinachofaa.
• Zaidi ya hayo, hewa hiyo inabanwa hadi shinikizo la juu na kutumwa kwenye chemba ya mwako.
• Inatolewa kwa mafuta, ambayo huwaka kwa shinikizo la mara kwa mara, na kutoa usambazaji wa mara kwa mara wa joto. Kutokana na mwako wa mafuta, halijoto ya kiowevu kinachofanya kazi huongezeka.
• Ifuatayo, maji ya kufanya kazi (sasa ni gesi tayari, ambayo ni mchanganyiko wa hewa na bidhaa za mwako) huingia kwenye turbine ya gesi, ambapo, kupanua kwa shinikizo la anga, hufanya kazi muhimu (hugeuza turbine inayozalisha. umeme).
• Baada ya turbine, gesi hutolewa kwenye angahewa, ambapo mzunguko wa kufanya kazi hufunga.
• Tofauti kati ya uendeshaji wa turbine na compressor inaonekana na jenereta ya umeme iliyo kwenye shimoni ya kawaida yenye turbine na compressor.

mimea ya mwako mara kwa mara

Tofauti na muundo wa awali, mwako mara kwa mara hutumia vali mbili badala ya moja.

• Compressor hulazimisha hewa kuingia kwenye chemba ya mwako kupitia vali ya kwanza huku vali ya pili ikiwa imefungwa.
• Shinikizo kwenye chemba ya mwako inapopanda, vali ya kwanza hufungwa. Kwa hivyo, sauti ya chemba imefungwa.
• Wakati vali zimefungwa, mafuta huchomwa ndani ya chumba, kwa kawaida, mwako wake hutokea kwa kiasi cha mara kwa mara. Kwa hivyo, shinikizo la kiowevu kinachofanya kazi huongezeka zaidi.
• Inayofuata, vali ya pili inafunguliwa, na umajimaji unaofanya kazi huingia kwenye turbine ya gesi. Katika kesi hii, shinikizo mbele ya turbine itapungua hatua kwa hatua. Inapokaribia anga, vali ya pili inapaswa kufungwa, na ya kwanza inapaswa kufunguliwa na kurudia mlolongo wa vitendo.

Mizunguko ya turbine ya gesi

Tukigeukia katika utekelezaji wa vitendo wa mzunguko mmoja au mwingine wa halijoto, wabunifu wanapaswa kukabili vikwazo vingi vya kiufundi visivyoweza kushindwa. Mfano wa tabia zaidi: wakati unyevu wa mvuke ni zaidi ya 8-12%, hasara katika njia ya mtiririko wa turbine ya mvuke huongezeka kwa kasi, mizigo ya nguvu huongezeka, na mmomonyoko hutokea. Hii hatimaye husababisha uharibifu wa njia ya mtiririko wa turbine.

Kutokana na vikwazo hivi katika sekta ya nishati (ya kupata kazi), ni mizunguko miwili pekee ya msingi ya halijoto inayotumika sana kufikia sasa: mzunguko wa Rankine na mzunguko wa Brayton. Mitambo mingi ya nishati inategemea mchanganyiko wa vipengele vya mizunguko hii.

Mzunguko wa Rankine hutumika kwa vimiminiko vya kufanya kazi vinavyofanya mpito wa awamu wakati wa utekelezaji wa mzunguko; mitambo ya nishati ya mvuke hufanya kazi kulingana na mzunguko huu. Kwa maji ya kufanya kazi ambayo hayawezi kufupishwa chini ya hali halisi na ambayo tunaita gesi, mzunguko wa Brayton hutumiwa. Kupitia mzunguko huumitambo ya turbine ya gesi na injini za mwako wa ndani zinafanya kazi.

Mafuta yaliyotumika

Mitambo mingi ya gesi imeundwa ili kutumia gesi asilia. Wakati mwingine mafuta ya kioevu hutumiwa katika mifumo ya chini ya nguvu (chini ya mara nyingi - kati, mara chache sana - nguvu ya juu). Mwelekeo mpya ni mpito wa mifumo ya turbine ya gesi kwa utumiaji wa vifaa vikali vinavyoweza kuwaka (makaa ya mawe, peat mara nyingi na kuni). Mwenendo huu unatokana na ukweli kwamba gesi ni malighafi ya kiteknolojia yenye thamani kwa tasnia ya kemikali, ambapo matumizi yake mara nyingi huwa na faida zaidi kuliko katika sekta ya nishati. Uzalishaji wa mitambo ya turbine ya gesi inayoweza kufanya kazi kwa ufanisi kwenye mafuta imara unazidi kushika kasi.

Tofauti kati ya ICE na GTU

Tofauti ya kimsingi kati ya injini za mwako wa ndani na changamano za turbine ya gesi ni kama ifuatavyo. Katika injini ya mwako wa ndani, taratibu za ukandamizaji wa hewa, mwako wa mafuta na upanuzi wa bidhaa za mwako hutokea ndani ya kipengele kimoja cha kimuundo, kinachoitwa silinda ya injini. Katika mitambo ya gesi, michakato hii hutenganishwa katika vitengo tofauti vya kimuundo:

• mgandamizo unafanywa kwenye kibandio;
• mwako wa mafuta, mtawalia, katika chumba maalum;
• upanuzi wa bidhaa za mwako unafanywa katika turbine ya gesi.

Kwa sababu hiyo, kimuundo, turbine za gesi na injini za mwako wa ndani zina mfanano mdogo, ingawa zinafanya kazi kulingana na mizunguko sawa ya thermodynamic.

Hitimisho

Kwa maendeleo ya uzalishaji mdogo wa umeme, kuongeza ufanisi wake, mifumo ya GTP na STP inachukua sehemu inayoongezeka katika jumla.mfumo wa nishati duniani. Ipasavyo, taaluma ya kuahidi ya mwendeshaji wa kiwanda cha turbine ya gesi inazidi kuhitajika. Kufuatia washirika wa Magharibi, idadi ya wazalishaji wa Kirusi wamefahamu uzalishaji wa vitengo vya turbine za gesi za gharama nafuu. Severo-Zapadnaya CHPP huko St. Petersburg ikawa mtambo wa kwanza wa kuzalisha umeme kwa mzunguko wa pamoja wa kizazi kipya nchini Urusi.