Мини ТЭЦ (типы, области применения). Газотурбинные мини-ТЭЦ. Использование биотоплива для производства энергии на мини-ТЭЦ
Мини ТЭЦ (Общая информация)
В последнее время развивается энергоснабжение, которое базируется на установках мини-ТЭЦ. Система утилизации тепла мини-ТЭЦ предусматривает также производство горячей воды или пара для отопления (когенерация) и холода для систем кондиционирования и вентиляции (тригенерация).
Типы мини ТЭЦ
Различают следующие типы мини-ТЭЦ:
- паротурбинную с противодавленческой турбиной с отпуском тепловым потребителям всего или части отработавшего в ней пара;
- паротурбинную с конденсационной турбиной, имеющей теплофикационный отбор или отборы для отпуска пара тепловым потребителям;
- газотурбинную с использованием тепла выхлопных газов в котле-утилизаторе или непосредственно в технологическом процессе;
- дизельную с производством высокопотенциального тепла благодаря энергии выхлопных газов и низкопотенциального — из контуров охлаждения двигателя;
- парогазовую с использованием тепла выхлопных газов для производства пара, который полностью или частично направляется в одну или несколько паровых турбин.
В настоящее время используются также следующие виды установок для производства электроэнергии и теплоты малой и средней мощности:
- теплофикационные ГТУ на базе газотурбинных двигателей самолетов и судов единичной электрической мощностью от 50 до 6000 кВт и тепловой мощностью от 0,6 до 50 МВт для установки в местах размещения отопительных и промышленных котельных, работающих на природном газе;
- теплофикационные паросиловые установки малой мощности с противодавлением на промышленные параметры пара электрической мощностью до 1200 кВт и тепловой мощностью до 12 МВт, работающих на мазуте и твердом топливе;
- теплофикационные дизельные установки для энергоснабжения на базе двигателей судов, колесных и гусеничных машин электрической мощностью до 600 кВ;
- паросиловой и газотурбинный привод с утилизацией тепла мощностью от 5 до 20000 кВт для энергоснабжения нефтяных газодобывающих комплексов.
Перспективными альтернативными решениями являются мини-ТЭЦ, например на основе газо-дизель-генераторов. Для получения тепловой энергии в камере сгорания используется дизельное топливо, природный или сжиженный газ. Особенно перспективны мини-ТЭЦ для отдаленных районов сельской местности. В качестве альтернативного топлива в этом случае возможно использовать биотопливо, например, метан, полученный в метантенках из отходов сельского хозяйства.
В последние годы также внедряются микро-ТЭЦ мощностью 45-100 кВт для автономного энергоснабжения на базе микротурбин и электротехнических генераторов.
В малой энергетике нецелесообразно рассматривать возможности применения сложных комбинированных циклов ПГУ для производств электроэнергии, а газовые турбины как приводы электрогенераторов существенно проигрывают газовым двигателям по КПД и эксплуатационным характеристикам при малых мощностях. В широком диапазоне мощностей (от сотен киловатт до десяток мегаватт) КПД моторного привода на 13-17% выше, чем газотурбинного; при снижении нагрузки со 100 до 50% КПД электрогенератора с приводом от газового двигателя меняется слабо, КПД газового двигателя практически не изменяется до температуры воздуха 25 0С. Мощность газовой турбины падает при изменении температуры воздуха от -30 до 30 0С, при температурах выше 40 0С уменьшение мощности газовой турбины (от номинальной 15 0С) составляет 20%.
Газотурбинные мини-ТЭЦ
Газовые турбины находят широкое применение в производстве электроэнергии. Электрический КПД больших установок составляет 35 -38%, характеристики при частичной нагрузке скорее неудовлетворительные. Большой срок службы, очень незначительные инвестиционные затраты в широком диапазоне мощностей, большая доля пригодной для использования энергии уходящих газов и очень небольшая эмиссия вследствие непрерывного горения являются достоинствами этой технологии. До настоящего времени было нецелесообразно применять турбины в диапазоне мощностей менее 500 кВт. Это стало возможным только в результате комбинации двух мероприятий: рекуперации и обратной подачи части объемного потока уходящего газа в компрессор с одной стороны и прямого присоединения генератора. В сочетании с не зависящим от скорости вращения инвертированием тока посредством силовой электорники достигаются наряду с приемлемыми показателями электрического КПД более 25% и общего КПД более 70% также хорошие показатели КПД при неполной нагрузке. Эти параметры имеют решающее значение для использования на не больших объектах.
Возможность получения большой мощности при небольших размерах и массе, высокая надежность и экономичности газотурбинных установок позволяют широко использовать их в промышленной энергетике. В частности на промышленных предприятиях их можно применять как для отдельной, так и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, в качестве источников питания, для покрытия пиков нагрузок, в качестве надстроек на водогрейных котельных.
Мини-ТЭЦ на базе ДВС
Принцип выработки электрической к тепловой энергии с использованием ДВС известен уже несколько десятилетий. Первые установки этого типа использовались на кораблях, в тепловозах, для аварийного электроснабжения.
В области мощностей от 10 кВт до 4 МВт существенные преимущества перед газотурбинными установками имеют поршневые приводы. У таких установок меньшие расходы топлива и эксплуатационные затраты.
Это объясняется тем, что КПД поршневых машин составляет 36-45%, а газовых турбин — 25-34%. Установки газовых турбин требуют высоких давлений газа (до 2,0 МПа), в то время как газопоршневые установки работают на газе с низким давлением и им не требуется установка для газа дожимного копрессора.
Поршневые газовые двигатели могут работать на газе среднего давления, промышленном газе (коксовый, биогаз, шахтный), пропан-бутановых смесях и попутном газе. Любой применяемый газ должен иметь метановое число не менее 30 и подаваться в двигатель под давлением 1,0-2,5 кгс/см2 (0,1-0,25 МПа).
Мини-ТЭЦ на базе ДВС состоит из моноблока двигатель-генератор с теплообменниками, в которых утилизируется тепловая энергия.
Утилизация тепла выхлопных газов, газовоздушной смеси, тепла в рубашке охлаждения двигателя, масла в специальном водяном утилизационном контуре позволяет нагревать воду до 95’С и использовать ее тепло в системах теплоснабжения. Газопоршневой двигатель это дизельный двигатель, переоборудованный для работы на газе (94%) и использующий лишь 6% дизельного (запального) топлива. Дизельное топливо может служить в нем в качестве резервного топлива.
Газопоршневые мини ТЭЦ, представляют собой электрогенераторные установки с первичным двигателем, работающим на природном газе, а также утилизирукнцие выделяемое тепло. Потребление топлива составляет 0,25-0,3 н.м3 на кВт-час выработанной электрической энергии.
Экономически оправданные системы утилизации тепла позволяют использовать 1 Гкал тепла на 1 МВт-час выработанной электроэнергии (75% от выделяемого тепла).
Расход смазочного масла от 3 г до 0,3 г на 1 кВт-час. Межремонтный ресурс 20-40 тыс. моточасов. Поэтапный ресурс достигает сотен тысяч часов. Стоимость ремонта составляет 5-20% от общих капитальных затрат. Электрический КПД достигает 38-42%. Оставшиеся тепловые потери, около 60%, приходятся на:
- 1. Тепло, отбираемое охлаждающей жидкостью 38-44%
- 2. Тепло выхлопа 15-10%(охлаждаемые выхлопные коллекторы)
- 3. Тепло наддувочного воздуха (в системах с турбонаддувом) 5-6%
- 4. Тепло смазочного масла (в системах с масляным радиатором) 3-6%.
Альтернативные источники энергоснабжения
Вот уже несколько лет в установках мини-ТЭЦ применяется тепловые насосы с целью использования низкопотенциальной энергии для отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые насосы, предназначенные для работы в системах мини-ТЭЦ, бывают двух типов: парокомпрессионные (использующие механическую энергию в качестве энергии высокого потенциала) и абсорбционные (относительно высокопотенциальным теплоносителем является пар, отопительная вода или продукты сгорания).
Компрессионные тепловые насосы могут работать с приводом от тепловых двигателей. В этом случае весь агрегат состоит из компрессионного теплового насоса и теплового двигателя. Преобразование химической энергии топлива в теплоту происходит непосредственно внутри теплового двигателя (например, в цилиндре двигателя внутреннего сгорания) или снаружи, причем теплота горючего газа передается к рабочему телу двигателя.
В двигателе в соответствии с термодинамическим круговым циклом часть теплоты переходит в механическую энергию, которая приводит в действие собственно компрессионный тепловой насос, благодаря чему повышается полезный температурный уровень низкотемпературное окружающей среды или отработанной теплоты. Отработанная теплота двигателя также может быть использована в качестве полезного тепла. Теплообменник или теплообменники отработанной теплоты в зависимости от температурных условий подключаются параллельно или последовательно с конденсатором компрессионного теплового насоса или теплота подводится к специальным.
В качестве приводов могут быть использованы тепловые двигатели всех типов, однако наиболее удобны газовые и дизельные двигатели, так как они работают на природном газе и нефти- высококачественных носителях первичной энергии, применяемых в настоящее время для отопления.
В связи с уменьшением запасов топлива и ростом цен важно обеспечить значительную экономию топливных ресурсов. Получение тепла с помощью такой двигательной отопительной установки может сократить расход первичной энергии примерно вдвое по сравнению с обычным способом получения тепла при сжигании топлива.
В тепловых насосах с приводом от газовых двигателей в качестве привода применяют как специальные газовые двигатели для больших мощностей, так и модифицированные карбюраторные двигатели грузовых автомобилей с повышенным сроком службы для небольших мощностей.
Применение тепловых насосов с газовым двигателем при наличии природного газа позволяет значительно снизить расход первичной энергии для отопительных установок. Использование городского газа намного уменьшает эффективного системы из-за низкого коэффициента полезного действия при получении газа из угля.
Для тепловых насосов с приводом от дизельного двигателя наиболее часто применяют двигатели грузовых автомобилей, которые имеют разветвленную сеть пунктов по техническому обслуживанию.По конструкции тепловые насосы с дизельным двигателем почти не отличаются от тепловых насосов с газовым двигателем.
Особой проблемой в тепловых насосах с приводом от двигателя внутреннего сгорания является конструкция теплообменника отработавших газов, который в зависимости от вида газа или дизельного топлива и его сгорания в двигателе должен иметь достаточный срок службы.
В последнее время в области малых мощностей представляют интерес мини-ТЭЦ на базе топливных элемемнтов.
Топливные элементы представляют собой электрохимические преобразователи с непрерывной подачей продуктов реакции. Они непосредственно преобразуют поступающие прдукты реакции (водород и кислород) в электричество, тепло и воду. В результате этого проявляется такие важные свойства топливных элементов как высокий электрический КПД при полной и частичной загрузке при очень незначительной эмиссии вредных веществ, которая возникает из-за подключения горелочного устройства для подготовки водорода из жидких энергоносителей. Кислород получают из окружающего воздуха, а водород — недорого и с минимальной эмиссией — из природного газа Отсутствие механических компонентов в батарее элементов дает основание ожидать, что они почти не будут нуждаться в техобслуживании и будут иметь продолжительный срок эксплуатации.
Области применения и схемы автономных мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ на базе ДВС можно использовать в различных областях промышленного производства, особенно эффективны они могут быть в отдаленных районах страны с холодным климатом. Особенностью таких установок, является способность работать автономно, с использованием практически любого топлива. Кроме того, они мобильны, передвижные мини-ТЭЦ малой мощности за несколько часов вводятся в эксплуатацию. Для обслуживания таких установок требуется малое количество людей. Особенно выгодно применение мини-ТЭЦ для использования в чрезвычайных ситуациях.
При проектировании мини-ТЭЦ должны учитываться следующие основные факторы:
- 1.Наличие местных видов топлива. Наличие таких источников как биомасса или отходов из которых можно получать газ, существенно снизят затраты на мини-ТЭЦ. Если таких источников нет, или не возможно их использовать, то надо выбрать вариант с меньшими транспортными затратами на доставку топлива. Мини-ТЭЦ на базе ДВС могут работать на многих видах топлива (бензин, дизельное топливо, природный газ, газах, получаемых из биомассы и органических отходах производств). Необходимо выбрать вариант с меньшими капитальными затратами. Подобрать поршневую мини-ТЭЦ можно фактически для любого топлива, используя различные схемы работы установки.
- 2. Важным фактором является соотношение электрической и тепловой нагрузок потребителя.
- 3. Необходимо учитывать и характер нагрузки, колебание по часам суток.
- 4. Важным фактором для выбора мини-ТЭЦ являются климатические условия, в которых будет работать установка. Прежде всего, этот фактор влияет на выбор типа ДВС.
Использование биотоплива для производства энергии на мини-ТЭЦ
Перспективным топливом, для производства энергии на мини-ТЭЦ является газ, полученный из органических отходов путем их переработки. Конвертирование биомассы в топливо может производиться различными способами.
Основные способы это термохимическая конверсия биомассы в топливо (прямое сжигание, пиролиз, газификация, снижение) и биотехнологическая конверсия при влажности от 75% и выше (низкоатомные спирты, жирные кислоты, биогаз). Переработка биоммассы может нести существенную энергетическую и социальную пользу.
Для производств биогаза можно использовать органическую часть бытовых отходов, а также отходы животноводства, птицеводства (экскременты животных и остался корма), растениеводства и овощеводства (солома, ботва, фрукты, овощи), древесина, отходы лесной и деревообрабтывающей промышленности, канализационные стоки. Какие-то из перечисленных отходов обязательно существуют в любой местности.
Один из наиболее эффективных способов переработки биомассы — ее конверсия в биогаз, который используется для выработки энергии в мини- ТЭЦ. Техническая реализация биогазовых технологий проста и они могут применяется как в малом фермерском хозяйстве, так и в крупных животноводческих и пищеводческих комплексах. Анаэробная бактериальнохимическая система при температуре 30-55 0С за время 5-20 суток разлагает до 50% органического вещества в биогаз, который содержит 55-80% метана и 20-45% углекислого газа. Современные мембранные технологии позволяют разделить биогаз на горючий метан и инертную кислоту имеющую спрос на рынке удобрений. Теплотворная способность биогаза составляет 5-6000 ккал/м3. По теплоотдаче 1м3 биогаза эквивалентен 0,7 м3 природного газа, 0.7 кг мазута, 0,6 кг керосина, 0,4 кг бензина, 3.5 кг дров. Технология производство биогаза сбраживанием неплохо освоена и находит применение.
Дня приготовления пиши на семью из 3-4 человек в день необходимо сжигать 3-4 м3 биогаза, для отопления дома площадью 50-60 м3 затрачивается 10-11 м3 биогаза в сутки.
Еще одним эффективным способом получения топлива для мини-ТЭЦ является использование отходов лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий. По данным исследований капитальные вложения в производство электроэнергии на базе древесного генераторного газа окупаются за 1 год.
Себестоимость единицы электроэнергии при этом снижается на 60%, а тепловой на 70%.
Лесные регионы, как правило, оторваны от линий электропередач, электроснабжение в этих местах осуществляется дизельными электростанциями, а отопление — путем сжигания древесины. Доставка дорогого и дефицитного топлива для этих регионов является довольно трудной задачей. В связи с этим, предлагается строительство мини-ТЭЦ, использующих отходы деревообработки в качестве топлива. Важным достоинством такой технологии является, то что в большинстве случаев не требуется создания новых установок. Технологический процесс можно организовать на базе имеющегося оборудования.
Основные преимущества мини-ТЭЦ по сравнению со стандартными схемами энергоснабжения Эффективность использования установок малой и средней мощности, устанавливаемых непосредственно у потреблителей в качестве альтернативы централизованному энергоснабжению, определяется следующими факторами:
- снижение себестоимости производства электроэнергии и теплоты за счет комбинированной их выработки и использования более совершенного оборудования;
- повышение надежности энергоснабжения;
- независимость режима работы потребителя от режима работы энергосистем;
- снижение масштабов отчуждения территорий под крупное энергетическое строительство;
- более просто решаются вопросы обеспечения экологической безопасности и снижение затрат на охрану окружающей среды.
Мини-ТЭЦ является альтернативными источниками получения тепловой и электрической энергии, предназначенными для использования в различных областях народного хозяйства.
По сравнению с традиционными способами производства электроэнергии и тепла мини-ТЭЦ выбрасывают в атмосферу на 60 % меньше СО2 и NOx, значительно сокращая потребление топлива, благодаря этому они становятся перспективной альтернативой существующих ТЭЦ.
Мини-ТЭЦ позволяют добиться весьма высокого использования первичной энергии до 90 % и выше. При этом 30-35 % энергии прообразовывается в электрический ток и до 60% в тепловую энергию.
Газовая турбина для производства электричества и тепла
Газовые турбины Siemens серии SGT — это полностью укомплектованная электростанция. Установки применяются как основной или аварийный источник электроснабжения в промышленном секторе, также могут успешно использоваться в сфере ЖКХ. Они достаточно мобильны и легко монтируются на новых строительных площадках. Системы управления силовым агрегатом и генератором установлены на общей раме. Все установки проходят контрольные испытания на заводе. Модульные газотурбинные электростанции несложны в обслуживании — доступ для проведения пусконаладочных работ и сервиса есть всюду. Инженерами предусмотрены технологические лючки и специальные легкосъёмные панели. Газовые турбины — отличное решение для промышленных предприятий и коммунальных служб. За последние 6 лет компания установила в России свыше десятка газовых турбин SGT-800.
Промышленно-энергетические турбины Siemens
Все газовые турбины можно разделить на промышленные и энергетические. В модельный ряд промышленных моделей входят 8 турбинных установок мощностью от 5 до 47 МВт. Это идеальное решение для их применения в качестве резервных энергетических систем, производства энергии в режиме базовой нагрузки, комбинированного производства тепловой и электрической энергии, в парогазовых установках, в качестве механического привода, а также источника сушильного агента для технологических нужд.
Газовая турбина SGT-100
| Производительность энергии | 5,25 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота: | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 30,5% |
| Теплопотребление | 11815 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 17384 об/мин |
| Соотношение давления | 14,6:1 |
| Количество выброса | 20,8 кг/с |
| Температура выброса | 530°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤25 дм |
Газовая турбина SGT-200
| Производство энергии | 6,75 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 31,5 |
| Теплопотребление | 11418 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 11053 об/мин |
| Соотношение давления | 12,2:1 |
| Количество выброса | 29,3 кг/с |
| Температура выброса | 466°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤25 дм |
Газовая турбина SGT-300
| Производство энергии | 7,90 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 31,2% |
| Теплопотребление | 11532 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 140104 об/мин |
| Соотношение давления | 13,7:1 |
| Количество выброса | 29,8 кг/с |
| Температура выброса | 537°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤15 дм |
Газовая турбина — SGT-400
| Производство энергии | 12,9 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 34,8% |
| Теплопотребление | 10355 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 9500 об/мин |
| Соотношение давления | 16,8:1 |
| Количество выброса | 39,4 кг/с |
| Температура выброса | 555°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤15 дм |
Газовая турбина — SGT-500
| Производство энергии | 17,18 МВт и 18,60 МВт |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 32,2% |
| Теплопотребление | 11180 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 3600 об/мин |
| Соотношение давления | 12:1 |
| Количество выброса | 92,3 кг/с |
| Температура выброса | 375°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤42 дм |
Газовая турбина — SGT-600
| Производство энергии | 24,77 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 34,2% |
| Теплопотребление | 10533 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 7700 об/мин |
| Соотношение давления | 14:1 |
| Количество выброса | 80,4 кг/с |
| Температура выброса | 543°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤25 дм |
Газовая турбина SGT-700
| Производство энергии | 31,21 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 36,4% |
| Теплопотребление | 9882 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 6500 об/мин |
| Соотношение давления | 18,6:1 |
| Количество выброса | 94 кг/с |
| Температура выброса | 528°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤15 дм |
Газовая турбина — SGT-800
| Производство энергии | 47,0 МВт (мощность) |
| Топливо | природный газ* |
| Частота | 50/60 Гц |
| Энергоэффективность | 37,5% |
| Теплопотребление | 9597 кДж/кВтч |
| Скорость турбины | 6608 об/мин |
| Соотношение давления | 19:1 |
| Количество выброса | 131,5 кг/с |
| Температура выброса | 544°С |
| Выбросы NOX (по технологии DLE) | ≤15 дм |
Газовые турбины Siemens используются
Преимущества:
- более чем 50-летний опыт проектирования и изготовления;
- продано более 3700 установок, из них 2200 для производства энергии;
- надёжное энергоснабжение 96 стран мира в течение сотен миллионов часов;
- низкий уровень выбросов NOx и CО;
- высокая надёжность/готовность;
- возможность технического обслуживания и ремонта на площадке Заказчика;
- компактное модульное исполнение, быстрый монтаж;
- высокий КПД в простых, когенерационных и парогазовых циклах;
- возможность сжигания нескольких видов топлива.
Газовые турбины Siemens (Мощность МВт)
Все модификации турбинных генераторов Siemens, кроме выработки электроэнергии, выдают пар для технологических нужд предприятий и ГВС для жилого сектора. Компания применяет технологию когенерации – это означает, что все газотурбинные установки Siemens – теплоэлектростанции.
Технические особенности:
- Газотурбинные установки Siemens могут работать на двух видах топлива.
- Оборудование имеет сухое подавление выбросов, что обеспечивает низкое воздействие на экологию.
- Сервис может осуществляться на месте.
- Общий тепловой КПД достигает 97 %.
- ГТД можно заменить достаточно быстро.
- Загрязнение компрессора ГТД может устраняться при работе и в отключенном состоянии.
- Установки компактны.
- Имеют низкое соотношение расходы – мощность.
- Затраты на установку относительно невелики.
Опыт использования газотурбинных установок для выработки электроэнергии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
УДК 622.691
А.Р.Сайделов
бакалавр, 2 курс, факультет Автоматизации производственных процессов
М.А.Асылов
бакалавр, 2 курс, факультет Автоматизации производственных процессов
Научный руководитель: А.Ю.Трофимов доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
г. Уфа, Российская Федерация
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Аннотация
Рассматриваются особенности и приоритеты использования газотурбинных установок для выработки электрической и тепловой энергии, роль в экономике России.
Ключевые слова Газотурбинная установка, коэффициент полезного действия
Одним из способов получения электрической энергии является преобразование тепловой энергии в механическую работу [1, с.241]. Для этого можно использовать газотурбинные установки [2, с.381].
Газотурбинная установка — это двигатель, который преобразует тепловую энергию, полученную при горении топлива в условно замкнутом цикле, в механическую работу посредством вращения рабочего колеса турбины потоком газов с высокой температурой (рисунок 1) [3, с.71].
Рисунок 1 — Тепловая схема ГТУ
ГТУ состоит из центробежного воздушного компрессора, осуществляющего забор воздуха из атмосферы, и камеры сгорания, где происходит горение топлива с участием воздуха, поступившего от компрессора. Поступающий газ создаёт крутящий момент, вращая ротор, соединенный с электрогенератором. По завершении цикла газы отводятся в атмосферу или в котел-утилизатор.
Главными преимуществами газотурбинных установок являются: компактность, высокий КПД, относительная надежность, отсутствие необходимости использования воды в технических процессах, возможность использования установок без ограничения электрической мощности при отрицательных температурах внешней среды.
Со временем разные модификации ГТУ для увеличения КПД были дополнены рекуператором и воздушным компрессором с испарительным охладителем воздуха [4, с.346].
Особенностью ГТУ является модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность и реализовать возможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления.
Для увеличения энергоэффективности используют комбинированную выработку тепла и электроэнергии (когенерация), тем самым повышая коэффициент использования топлива установки до 92%
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
[5, c.7]. Это стало особенно востребовано после увеличения доли потребности в электрической энергии по отношению к тепловой (отношение тепловой к электрической 1:1 против 2:1 ранее). В качестве примера можно привести г. Москву, где на период 1999 г. на ТЭЦ вырабатывалось около 80% тепла, необходимого для отопления города. Количество вырабатываемой при этом электроэнергии было избыточным. С этой точки зрения парогазовые установки, работающие на природном газе, являются наиболее энергоэффективными при эксплуатации в конденсационном режиме. При этом верхний цикл парогазовой установки выполняют газотурбинные установки.
Парогазовая установка (111У) обладает двумя различными блоками — паросиловой и газотурбинной [6, с.518]. Газовая турбина вращается из-за продуктов горения топлива — природного газа, мазута и прочих типов горючего [7, с.154]. Первый генератор, вырабатывающий электрический ток посредством вращения ротора, расположен на одном валу с турбиной. После газовой турбины отработавшие газы переходят в паросиловую установку [8, c.5], в котел-утилизатор [9, c.4], где осуществляется нагрев воды и вырабатывается водяной пар. Получающийся насыщенный пар при давлении 10 МПа применяется в паровой турбине, которая приводит в действие другой электрогенератор (рисунок 2).
Паровая и газовая турбины у некоторых парогазовых установок размещены на одном валу. В этом случае применяется только один генератор.
Рисунок 2 — Схема газотурбинной электростанции
Основными достоинствами парогазовых установок являются:
— достижение электрического КПД в пределах 58 — 64 %;
— невысокая стоимость единицы установленной мощности;
— меньший расход воды на единицу производимой электроэнергии по отношению к паросиловым установкам;
— более высокая технологичность в сооружении (монтаж за 9-12 мес.). Недостатки:
— более низкая единичная мощность оборудования;
-потребность в фильтровании воздуха, необходимого для сжигания топлива, что увеличивает затраты на технологию, но повышает экологичность.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
Парогазовые установки — очень современное и перспективное направление энергетики, широко распространённое в европейских странах. На сегодняшний день и в Российской Федерации активно внедряются ПГУ.
Мощным толчком совершенствования газотурбинных установок послужила их косвенная связь с авиационной промышленностью. Благодаря развитию военной авиации, ГТУ получили улучшенные по жаропрочности камеры сгорания, что позволило развить температуру газов до1000°С (против 750°С в довоенных двигателях). Кроме того было достигнуто совершенствование процессов теплообмена и газовой динамики проточной части двигателей, обеспечивающих прирост температуры газа перед турбиной еще на 450°С [10, с.3].
На данный момент в России получают широкое распространение электростанции малой и средней мощности (единицы и десятки мегаватт) газотурбинные (ГТЭС), в том числе мобильные (МГТЭС), дизельные (ДЭС) и газопоршневые (Г11ЭС), особенно в крупных городах [11, с.379]. Высокая заинтересованность малой генерации обусловлена относительно низким уровнем первоначальных вложений; возможностью быстрого ввода в эксплуатацию; полным контролем со стороны потребителя [12, с.26]. Около 40% прироста малых мощностей (до 25МВт), за последние 11 лет — в компаниях с портфелем мощностей до 75 МВт. Сейчас свыше 400 энергоустановок отечественного производства используются в составе маломощных ГТЭС, а более 2000 — на газоперекачивающих агрегатах. За последние пять лет рынок ГТУ демонстрирует в мире и в России достаточно высокие темпы роста. До 70% территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой большой площади потребности в энергии обеспечивают средства малой энергетики (таблица 2).
В России 46% топлива потребляют котельные установки. Их большим недостатком является неиспользование высокотемпературного потенциала продуктов сгорания, теплота которых может быть использована газовой турбиной. За период с 2008 по 2012 год суммарная мощность введенного в эксплуатацию газотурбинного оборудования для генерации электрической и тепловой энергии (мощность 2,5-50 МВт) увеличилась более чем в два раза. В РФ известны 12 заводов по производству стационарных турбин: Силовые машины, Уральский турбинный завод, Невский завод, Кузнецов, КМПО, Салют, Газовые турбины Калужский двигатель, Климов, Авиадвигатель, УМПО, Пролетарский завод. Зарубежные производители представлены производителями: General Electric, Siemens, Westing-house, EGT, Allison Engine Company, Solar Turbines, Nuovo Pignone, Kawasaki, Orend-Mashproekt, Mitsubishi, Rolls-Royce, ABB Power, Pr&W. Как правило, отечественные установки дешевле зарубежных аналогов на 20-40% с некоторой уступкой в части надежности и долговечности. В 2015г. введено в эксплуатацию 28% отечественных в количественном показателе и лишь 11% по показателю общей мощности (таблица 1, 2, 3).
Таблица 1
Доля рынка энергетических ГТУ по производителям
Наименование завода-производителя ГТУ Количество ГТУ, шт Общая мощность ГТУ, МВт
2014 г. 2015 г. 2014 г. 2015 г.
Alstom(GE) 2(1,4%) 4(4%) 405,4(8,4%) 719,6(26,4%)
Ansaldo 1(0,7%) — 75(1,6%) —
Capstone 67(46,9%) 50(50%) 11,2(0,2%) 9,39(0,3%)
GeneralElectric 19(13,3%) 1(1%) 1543(31,9%) 32,6(1,2%)
PW PowerSystems 13(9,1%) 2(2%) 325(6,7%) 61,7(2,3%)
Siemens/ CTTT 11(7,7%) 12(12%) 1374(28,5%) 1526,7(56,1%)
Силовые машины 6(4,2%) — 978(20,3%) —
Rolls-Royce 2(1,4%) 2(2%) 10,6(0,2%) 64(2,4%)
Авиадвигатель/ОДК- Пермские моторы 3(2,1%) 14(14%) 18(0,4%) 236(8,7%)
Заря-Машпроект 3(2,1%) — 45(0,9%) —
Сатурн, ОДК- Газовые турбины 4(2,8%) 14(14%) 24(0,5%) 71,4(2,6%)
Остальные 12(8,4%) — 22,2(0,5%) —
Всего 143 99 4829,4 2721,3
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 2410-700Х
Таблица 2
Оценка потребности маломощных ГТУ в период 2011-2020 гг.
Единичная мощность, МВт 2 6 9 12 16-17 Всего
Количество «законтрактованных» ГТУ, шт. 6 5 24 17 1 53
Мощность «законтрактованных» ГТУ всего, МВт 12 30 216 204 16 478
Всего ГТУ, шт. 6 5 30 17 11 69
Мощность ГТУ всего, МВт 12 30 270 204 180 696
Таблица 3
Характеристики ГТУ мощностью 2-20 МВт (совместная выработка электрической и тепловой энергии)
Марка ГТУ Мощность установки, МВт КПД по электроэнергии, % Коэф. использования топлива, % Изготовитель
электрическая тепловая
ГТЭС 2,5 2,5 4,5 26,5 74,0 Сатурн
ЭГ-2500 2,5 5,57 26,5 82,0 Турбогаз
ШТ2500С 2,5 5,73 27,5 91,2 Заря-Машпроект
ГТЭС-4000 4,13 8,3 24 80,2 Пермский МЗ
ГТЭС-6000 6,14 11,59 26,1 83,4 Пермский МЗ
ГТА-6РМ 6 16,4 22,7 85,0 Сатурн
ШТ6000С 6 11,4 30,1 84,5 Заря-Машпроект
ГТА-8РМ 8 22 23,2 87,0 Сатурн
ГТЭ-10БМ 8 20,7 24,0 80,0 НПП Мотор
ШТ10000С 10 15 34,2 88,4 Заря-Машпроект
ГТЭС-12П 12,3 16,6 32,6 83,7 Пермский МЗ
ГТУ 12С 12 16,1 31,5 78,5 Салют
ГТЭС-16П 16,4 20,2 34,8 84,6 Пермский МЗ
ГТУ 20С 20 29 33,0 85,0 Салют
Как показывают характеристики ГТУ, с увеличением мощности увеличивается производительность ГТУ и уменьшаются удельные капитальные вложения (по электрической энергии). Примерами являются ГТЭС 2,5 с характеристиками электрическая мощность 2,2 МВт, КПД 26,5% удельные капитальные вложения 506 $/кВт; PGT16 с характеристиками электрическая мощность 13,45 МВт, КПД 35,1%, удельные капитальные вложения 180 $/кВт; LM1600PBSTIGс характеристиками электрическая мощность 16,9 МВт, КПД 39,6%, удельные капитальные вложения 450 $/кВт.
Список использованной литературы:
1. Китаев С.В., Смородова О.В., Усеев Н.Ф. Об энергетике России//Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. №4 (106). С.241-249.
2. Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость внедрения мини-ТЭЦ?// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.381-382.
3. Китаев С.В. Обеспечение эффективности эксплуатации газотурбинных электростанций// в сб.: Трубопроводный транспорт 2009 Материалы V Международной учебно-научно-практической конференции. 2009. С.71-73.
4. Сулейманов А.М., Бурдыгина Е.В., Трофимов А.Ю. Эффективные методы очистки воздушных компрессоров ГТУ// в сб.: Трубопроводный транспорт 2013 Материалы IX Международной учебно-научно-практической конференции. 2013. С.346.
5. Филипов С. П., Дильман М. Д. Перспективы использования когенерационных установок при реконструкции котельных// Промышленная энергетика. 2014.№4. С.7-11.
6. Усмонов Н. О., Умарджанова Ф. Ш. Особенности использования парогазовых установок на ТЭС // Молодой ученый. 2016. №11.С. 518-522.
7. Смородова О.В. Энергоэффективное использование попутного нефтяного газа//Инновационная наука. 2016 №4-3. С.154-157.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_
8. Смородова О.В., Сулейманов А.М. Автоматизация учета жидких и газообразных энергоносителей. — Уфа, УГНТУ: 2004. — 95 с.
9. Трофимов А.Ю., Бурдыгина Е.В., Смородова О.В., Сулейманов А.М. Тепловой расчет котельного агрегата. — Уфа, 2007.- С.106.
10.Сулейманов А.М., Хафизов Ф.М. Оценка погрешности измерений. — Уфа, УГНТУ: 2007. — 32 с.
11.Сулейманов А.М. Внедрение газопоршневой электрической станции на котельную в г.Уфа// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.379-380.
12.Сулейманов А.М. Что влияет на окупаемость внедрения мини-ТЭЦ?// в сб.: Трубопроводный транспорт 2016 Материалы XI Международной учебно-научно-практической конференции. 2016. С.381-382.
13.Смирнов А. Газотурбинная отрасль — события и итоги 2015 года // Каталог Газотурбинное оборудование. 2016. 148 с.
© Сайделов А.Р., Асылов М.А., 2017
УДК 621.9.06
И.Д. Соколова
к.т.н., доцент С.Н. Бриченков
аспирант
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Калуга, Российская Федерация
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-РАСТОЧНОГО СТАНКА С ЧПУ
Аннотация
В статье обоснована необходимость постановки производственной задачи повышения производительности и расширения технологических возможностей горизонтально-расточного станка WHN(Q) 13CNC для сокращения времени обработки рычагов без потери точности и качества обработанных поверхностей. Проблема вызвана потребностью обработки большой партии деталей с отверстиями 7 квалитета точности и требованиями по обеспечению отклонений от соосности и перпендикулярности отверстий, а также параллельности и перпендикулярности плоскостей 0,02 мм. Для этого были исследованы возможные направления модернизации оборудования. Рассмотрены технические характеристики станка. В результате принято решение о дополнительном оснащении станка накладным столом с сохранением точности обработки и увеличением производительности.
Ключевые слова
Горизонтально-расточной станок, модернизация, производительность, точность обработки, мобильность.
Современное производство в области механической обработки характеризуется следующими основными особенностями:
• универсальность — возможность ускоренной переналадки на обработку с одной номенклатуры деталей на другую;
• мобильность — способность к перестройке технологического процесса;
• гибкость — способность обработки более или менее часто меняющейся номенклатуры различных деталей;
• адаптивность — способность приспосабливаться к временным технологическим отклонениям;
• автономность управления — способность функционирования в условиях малолюдной или безлюдной технологии.
Газотурбинные электростанции. Мобильная газотурбинная электростанция
Для функционирования промышленных и хозяйственных объектов, находящихся на значительном удалении от централизованных линий электропередачи, применяются электрогенерирующие установки малой энергетики. Они могут функционировать на различных видах топлива. Наибольшее распространение получили газотурбинные электростанции благодаря высокому КПД, способности генерировать тепловую энергию и ряду других особенностей.
Принцип действия
Основу газотурбинной электростанции (ГТЭС) составляет газотурбинный двигатель – силовая установка, работающая на энергии сгорания газообразного топлива, механически связанная с электрогенераторами и объединенная с ними в единую систему. Газотурбинная установка является самым мощным двигателем внутреннего сгорания. Ее удельная мощность может составлять 6 кВт/кг.
В отличие от других типов силовых установок, в ГТД все процессы происходят в потоке постоянно движущегося газа. Сжатый компрессорами атмосферный воздух вместе с топливом поступает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется с выделением большого количества продуктов сгорания под высоким давлением, которые давят на лопасти, вращают их, а вместе с ними и электрогенераторы.Мощность газотурбинной электростанции варьируется от 20 киловатт до нескольких сотен мегаватт. В качестве топлива может использоваться любой горючий материал, который можно диспергировать (тонко измельчить) и представить в газообразном виде.
Преимущества ГТЭС
Важным преимуществом газотурбинных электростанций является возможность одновременного использования двух видов энергии – электрической и тепловой. Причем количество тепла, отдаваемое потребителю, в два-три раза больше, чем количество вырабатываемого электричества. Когенерация (процесс выработки двух типов энергии) становится возможной при установке специального котла утилизатора на выхлопе турбины.
Используя газотурбинные электростанции, удается создать автономные энергетические комплексы, которые способны разрешить одновременно несколько задач:- Обеспечить электроэнергией частные и промышленные объекты.
- Утилизировать побочный газ при нефтедобыче.
- Обогреть технические помещения и жилые корпуса побочным теплом.
Все это позволяет в значительной мере снизить затраты на обеспечение предприятия, создать оптимальные условия для работы персонала и сконцентрировать материальные средства и капитал на расширении производства и решении других, более важных задач.
Особенности газотурбинных электростанций
Одной из главных особенностей ГТЭС является способность функционирования практически на любом виде топлива. Как уже отмечалось ранее, для работы газотурбинные электростанции могут использовать горючее, которое можно диспергировать. В качестве такого могут выступать бензин, мазут, нефть, природный газ, спирт и даже измельченный уголь.
В конструкции ГТЭС практически отсутствуют движущиеся элементы. Единственная подвижная деталь, которая объединяет ротор генератора, колеса турбины и компресс, может быть подвешена при помощи газодинамического подшипника. В результате этого износ рабочих узлов будет сведен к минимуму, что существенным образом скажется на долговечности установки.Одновременно с этим увеличивается и период межсервисного обслуживания до 60 тыс. часов беспрерывной работы или до 7 лет эксплуатации. Газотурбинные электростанции нельзя использовать в качестве резервных источников энергии, ибо в момент пуска особенно интенсивно изнашиваются детали. Количество запусков установок ограничено 300 в год.
Мобильные ГТЭС
Особое место в промышленной сфере занимают мобильные газотурбинные установки. В отличие от обычных ГТЭС они обладают меньшими габаритами и массой, оборудуются на передвижной платформе и оснащаются электронными системами управления. Как правило, такие комплексы используются для восстановления подачи электроэнергии на объект.
Мобильная газотурбинная электростанция развертывается на площадках с твердым покрытием, обеспечивающих устойчивое положение. К ней подводится топливопровод, а в непосредственной близости устанавливается трансформаторная подстанция. Время развертывания зависит от типа установки, но обычно не превышает 8-12 часов.Мощность мобильных установок варьируется от 5 до 25 МВт. При этом КПД передвижных ГТЭС начинает расти от 35%. Как и стационарные электростанции, мобильные комплексы также выделяют тепловую энергию. Но вместе с этим создают меньше расходов, связанных с эксплуатацией и пусконаладочными работами.
Парогазовые электростанции
Парогазовую установку можно назвать модификацией ГТЭС. Как и газотурбинные установки электростанций, подобные генераторы используют энергию сгорания диспергированного топлива. Но проходя через турбину, газообразные продукты отдают лишь часть своей энергии и выбрасываются в атмосферу в нагретом состоянии. Парогазовые установки используют это тепло.
В конструкции парогазовых электрогенераторов имеется паросиловая установка, которая располагается в торцевой части турбины. В ней находится вода, которая закипает от нагретых продуктов сгорания. Образуется огромное количество пара, которое вращает турбину и приводит дополнительный генератор в действие.Газотурбинные и парогазовые электростанции могут применяться во всех отраслях промышленности, однако второй вид генераторов предпочтительнее, ибо их КПД составляет более 60%.
Сферы применения ГТЭС
Использование газотурбинных установок целесообразно для удаленных от централизованных линий электроснабжения потребителей, а также для сезонно функционирующих объектов. В таком случае затраты на обеспечение предприятия электричеством будут ниже, чем на подключение к ЛЭП.
Крупногабаритные ГТЭС целесообразно использовать вместо тепловых электростанций в том случае, если имеется дешевый источник топлива. Такая ситуация характерна для нефтегазоносных районов Севера. При этом удается сэкономить и на обогреве помещений.
В последнее время мобильная газотурбинная электростанция стала широко применяться и в городских условиях благодаря низкому уровню производимого шума, вибрации и токсичности выхлопных газов. Ее целесообразно использовать в случаях, когда подключение к энергосети города затруднено или стоимость последней слишком высока.Газотурбинные установки (ГТУ) | Энергия Плюс
В настоящее время в России действует несколько тысяч ТЭЦ и ГРЭС, а также более 66 тысяч котельных, которые дают практически 80% вырабатываемого тепла. В этом плане, Россия является безусловным мировым лидером по объемам централизованного теплоснабжения. Заметим, что по части централизации Россия является мировым лидером не только в области энергетики. Однако экспертами отмечаются неэффективность использования газа на устаревших агрегатах, а также низкий уровень КПД традиционных паросиловых турбин, который не превышает 38%. В централизованных сетях тепло производится большей частью на оборудовании прошлых поколений, избыток же тепла «греет» воздух.
Использование локальных систем производства электрической и тепловой энергии с использованием газотурбинных энергетических установок (ГТУ), работающих на природном газе или пропане является одним из возможных решений данной задачи. В связи с этим, наметилась тенденция на строительство децентрализованных комбинированных источников электро- и теплоснабжения (так называемый режим когенерации), устанавливаемых как в существующих отопительных котельных, так и на вновь строящихся источниках тепла.
Наиболее актуальным является переход на новые небольшие объекты с применением современных газовых турбин, обеспечивающих когенерацию.
В развитых странах увеличивается доля установок малой энергетики с когенерационным циклом, позволяющим оптимизировать выработку тепла и электроэнергии социальной и промышленной инфраструктуры, а также обеспечить эффективное энергосбережение. Например, в США и Великобритании доля когенерации в малой энергетике достигает 80%, в Нидерландах – 70%, в Германии – 50%. За рубежом этот процесс активно поддерживается государством и через законодательное регулирование, и посредством бюджетного финансирования.
Основой экономической эффективности газотурбинных когенеративных энергетических установок является их высокая электрическая и тепловая экономичность, достигаемая за счет базового режима их работы на тепловом потреблении (отопление, горячее водоснабжение, отпуск тепла для производственных нужд). Газотурбинные установки получили в настоящее время признание в энергетике, как полностью освоенное, надежное оборудование. Эксплуатационные показатели ГТУ на электростанциях находятся на том же уровне, что и традиционное энергетическое оборудование. Для них характерна готовность к работе в течение 90% календарного времени, 2 – 3 летний ремонтный цикл, безотказность пусков 95 – 97%.
Малый удельный вес, компактность, простота транспортировки и легкость монтажа являются одними из основных достоинств газотурбинных установок, наиболее привлекательным с точки зрения их использования. К преимуществам ГТУ также относятся короткие сроки строительства, повышение надежности тепло и электроснабжения потребителей, минимальные объемы вредных выбросов в окружающую среду, снижение инерционности теплового регулирования и потерь в тепловых сетях, относительно сетей подключенных к крупным РТС и ТЭЦ.
Описание газотурбинной технологии.
Основой ГТУ является газогенератор, служащий источником сжатых горячих продуктов сгорания для привода силовой турбины. Газогенератор состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины привода компрессора. В компрессоре сжимается атмосферный воздух, который поступает в камеру сгорания, где в него через форсунки подается топливо (обычно газ), затем происходит сгорание топлива в потоке воздуха. Продукты сгорания подаются на турбину компрессора и силовую турбину (при одновальном варианте компрессор и силовая турбина объеденены). Мощность, развиваемая силовой турбиной, существенно превышает мощность, потребляемую компрессором на сжатие воздуха, а также преодоление трения в подшипниках и мощность, затрачиваемую на привод вспомогательных агрегатов.
Разница между этими величинами представляет собой полезную мощность ГТУ. На валу турбины расположен турбогенератор (электрический генератор). Отработанные в газотурбинном приводе газы через выхлопное устройство и шумоглушитель уходят в дымовую трубу. Возможна утилизация тепла выхлопных газов, когда отработанные газы поступают в котел-утилизатор, в котором происходит выработка тепловой энергии в виде пара и/или горячей воды.
Пар или горячая вода от котла-утилизатора могут передаваться непосредственно к тепловому потребителю. Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 33–39%. Однако с учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных газотурбинных установках имеется возможность комбинированного использования газовых и паровых турбин. Такой инженерный подход позволяет существенно повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57–59%.
Достоинствами газотурбинных установок являются малый удельный вес, компактность, простота транспортировки и легкость монтажа. Допускается монтаж ГТУ на техническом этаже здания или крышное расположение маломощных газотурбинных установок. Это полезное свойство ГТУ является важным фактором в городской застройке. При эксплуатации газотурбинных установок содержание вредных выбросов NOх и CO в выхлопных газах у них минимально. Такие отличные экологические качества позволяют без проблем размещать газотурбинные установки в непосредственной близости от проживания людей. Вдобавок ГТУ небольшой мощности обычно поставляются в виде одного или нескольких блоков полной заводской готовности, требующих небольшого объема монтажных работ, а их сравнительно небольшие размеры позволяют их устанавливать в условиях стесненного генерального плана. Отсюда и относительная дешевизна строительных и монтажных работ.
Газотурбинные установки имеют незначительные вибрации и шумы в пределах 65–75 дБ (что соответствует по шкале уровня шума звуку пылесоса на расстоянии 1 метр). Как правило, специальная звуковая изоляция для подобного высокотехнологичного генерационного оборудования не нужна. Современные газотурбинные установки отличаются высокой надежностью. Есть данные о непрерывной работе некоторых агрегатов в течение нескольких лет. Многие поставщики газовых турбин производят капитальный ремонт оборудования на месте, производя замену отдельных узлов без транспортировки на завод — изготовитель, что существенно снижает затраты на обслуживание агрегата. Большинство газотурбинных установок обладают возможностью к перегрузке, т.е. увеличению мощности выше номинальной. Достигается это путем повышения температуры рабочего тела.
Однако, производители накладывают жесткие ограничения на продолжительность таких режимов, допуская работу с превышением начальной температуры не более нескольких сотен часов. Нарушение этих ограничений заметно снижает ресурс установки. Тем не менее, при внедрении энергетических газотурбинных установок есть и сложности. Это, прежде всего, необходимость предварительного сжатия газового топлива, что заметно удорожает производство энергии особенно для малых ГТУ и в ряде случаев является существенным препятствием на пути их внедрения в энергетику. Для современных ГТУ с высокими степенями сжатия воздуха, необходимое давление топливного газа может превышать 25-30 кг/см2. Другим существенным недостатком ГТУ является резкое падение КПД при снижении нагрузки. Срок службы ГТУ значительно меньше, чем у других энергетических установок и находится обычно в интервале 45-125 тыс. часов.
Исторически сложилось так, что пионерами в освоении газотурбинной технологии являлись создатели двигателей для кораблей и самолетов. Поэтому, в настоящее время, они накопили наибольший опыт в этой области и являются наиболее квалифицированными специалистами. В России, ведущие позиции в изготовлении газотурбинных энергетических установок занимают компании, разрабатывающие и изготовляющие авиационные газотурбинные двигатели и газотурбинные установки, созданные специально для энергетического использования.
| Принятая аббревиатура | ГПА | МТУ | ГТУ |
| Мощность единичного агрегата | 50 кВт–4 МВт | 30 кВт –250 кВт | 2,5 МВт–25 МВт |
| Тип генератора электроэнергии | Машинный, на валу ДВС | Электронный инвертор | Машинный, на валу редуктора |
|
Напряжение на выходе генератора |
0,4 кВ; 6 кВ; 10 кВ | 0,4 кВ | 6 кВ; 10 кВ |
| Рабочий диапазон нагрузок | 50–100 % | 0–100 % | 5–100 % |
| Электрический КПД | 34–43 % | 28–33 % | 25–35 % |
|
Приемистость к резким изменениям электрической нагрузки |
Низкая | Высокая, за счет наличия аккумуляторов | Низкая |
|
Совокупный КПД в режиме когенерации |
до 92 % | до 87 % | до 85 % |
|
Требуемое давление газового топлива |
50 мбар (низкое) | 5,5 бар (высокое) | 12 бар и выше (высокое) |
| Возможность работы на низкосортном или нестабильном по составу топливе |
(с ограничениями) |
(с жесткими ограничениями) |
|
| Токсичность выхлопных газов, относительная | Высокая | Низкая | Средняя |
| Ресурс до капитального ремонта | 45 000–55 000 моточасов | 45 000–60 000 моточасов | 30 000 моточасов |
| Срок службы заявленный | 100 000 моточасов | 180 000 моточасов | 100 000 моточасов |
| Уровень вибраций агрегата | Высокий | Низкий | Высокий |
| Межсервисный интервал | 2 000 часов | 8 000 часов | 2 000 часов |
| Уровень шума агрегата | Высокий | Низкий | Высокий |
|
Удельный вес (тонн на кВт мощности) |
Высокий | Низкий | Низкий |
|
Возможность применения на крыше или внутри общественных и производственных зданий |
|||
|
Возможность применения в условиях плотной городской застройки |
|||
|
Удельная стоимость (Руб на кВт мощности), относительная |
Низкая | Высокая | Средняя |
| Главные достоинства | Наименьшая удельная стоимость | Универсальность в отношении нагрузки и топлива | Наивысшая удельная мощность на единицу занимаемой площади |
| Главные недостатки | Ограничения по диапазону и скорости изменения нагрузки | Наибольшая удельная стоимость | Невозможность использования в городских кварталах |
Газотурбинная электростанция малой мощности принцип работы
Газотурбинная электростанция — это сложная, инновационная установка, вырабатывающая тепло и электричество.
Основу ее устройства составляет газотурбинный двигатель, число которых может варьироваться в зависимости от эксплуатационных требований. Газотурбинный двигатель объединяется с электрогенератором энергетическим комплексом. Электростанция может иметь мощность от 20 КВт до сотней МВт. При работе системы при мощности в размере нескольких КВт, ее называют «микротурбиной» или мини газотурбинной электростанцией.
Газотурбинный генератор на заводе
Микротурбины не имеют в своем устройстве редуктора, а частота вращения турбины изменяется в соответствии с изменением нагрузки. В перечень основных работ входит:
- Когенерация — нагрев воды для отопительных систем;
- Тригенерация — для вентиляции помещений, охлаждения.
Такие мини электростанции себя высоко зарекомендовали за счет мобильности с общим КПД, который достигает 95%, экономичности, сравнительно небольшими габаритами и низкими показателями шумовыделения.
Благодаря своим качествам, их можно размещать максимально близко к непосредственному потребителю.
Принцип работы газотурбинной электростанции
Принцип работы мини газотурбинных электростанций осуществляется в соответствии с «воздушным строением». Такое строение предусматривает наличие в конструкции аэрокомпрессоров, куда постоянно поступает топливо, продукты сгорания из которого выходят с высокой температурой в диапазоне от 900-1200°С. После прохождения турбины, газы попадают в котел утилизатор, где вырабатывается энергия.
Современные модели отличаются высокой надежностью и производительностью. В случае выхода из строя отдельных элементов системы, ремонт осуществляется на месте, без необходимости в транспортировки, что существенно сказывается на стоимости.
Паровые турбины во время ремонта, оборудования, труб, трубок на электростанции
Низкое потребление смазочного материала, безопасная работа при любой нагрузке, не превышающей рекомендованные производителем, длительный эксплуатационный цикл работы, снятие вопроса водоохлаждения — одни из самых основных положительных свойств в газотурбинных электростанций малой мощности.
Виды топлива и применение
Минитурбины эксплуатируются на следующем сырье:
- Дизель;
- Попутный нефтяной газ;
- Природный газ;
- Керосин.
Также газотурбинны могут эксплуатироваться в двух сырьевом формате.
Мобильные турбины используются преимущественно как резервный источник энергии при недостатке на момент оснащения дополнительных энергоблоков, работающих на постоянной основе.
Эксплуатация на мобильные станции предполагает режим в момент максимальной нагрузки на основные источники энергии, но актуально использование передвижных станций и в продолжительной перспективе.
Мини газотурбинные станции также широко используются при возникновении аварийных случаев, когда необходимо создать резервные источники энергии на момент устранения дефектов на основных источниках.
Газотурбинные электростанции в России
В связи с общим износом оборудования в сфере энергетики, спрос на газотурбинные электростанции в России постоянно растет. Износ и техническое устаревание ветхого оборудования требует времени и огромных ресурсов на замену или модернизацию, поэтому газотурбинные электростанции — это оптимальное решение для резервного источника тепла и производства электроэнергии.
Газотурбинные установки представляют собой эффективные и оптимальные решения проблем в энергетике для России и мира.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Авиационные и сверхмощные газовые турбины
Поискspan {text-overflow: ellipsis; display: inline-block; max-width: 90%; overflow: hidden; position: relative; padding-left: 4px} .addsearch-active-filters .item button {border: none; background : transparent; cursor: pointer; font-size: 14px; padding: 0 .5em} @media screen и (max-width: 480px) {. addsearch-active-filters .item {padding: 4px 6px; font-size: 14px } .addsearch-active-filters.кнопка элемента {font-size: 18px} .addsearch-active-filters .item button [data-clearall = true] {font-size: 16px; padding: 1px 6px; margin-left: 0}}. addsearch-filters-tabs кнопка, .addsearch-filters-tags кнопка {-webkit-appearance: none; -moz-appearance: none; margin: 0; padding: .5em 1.5em; display: inline-block; cursor: pointer; background: #fff} .addsearch-filters-tabs .tabs {display: block; text-align: left; display: -webkit-box; display: flex; -webkit-box-orient: horizontal; -webkit-box-direction: normal; flex- direction: row; flex-wrap: nowrap}.addsearch-filters-tabs .tabs button {border: 1px solid #dedede; border-right: 0; font-size: 16px; float: left} .addsearch-filters-tabs .tabs button.active {background-color: #eee } .addsearch-filters-tabs .tabs button: first-child {border-radius: 5px 0 0 5px} .addsearch-filters-tabs .tabs button: last-child {border-radius: 0 5px 5px 0; border-right : 1px solid #dedede} @media (max-width: 960px) {. Addsearch-filters-tabs .tabs {overflow-x: scroll; white-space: nowrap; padding: 0 0 10px} .addsearch-filters-tabs. кнопка вкладок {padding: 7px 15px; font-size: 14px}}.addsearch-filters-tabs .tabs: after {content: «»; visibility: hidden; display: block; height: 0; clear: both} .addsearch-filters-tags button {margin: 2px 0; border-radius: 5px; border: 1px solid #dedede; font-size: 12px; padding: .25em .75em; text-transform: uppercase; color: # 444} экран @media и (max-width: 960px) {. addsearch-filters-tags кнопка {font-size: 14px; padding: 6px 8px}}. addsearch-filters-tags button.active {background-color: #eee} .addsearch-filters-checkboxgroup label, .addsearch-filters-radiogroup label {display: block; display: -webkit-box; display: flex; -webkit-box-align: center; align-items: center; padding: 2px 0} @media (max-width: 960px) {.addsearch-filters-checkboxgroup label, .addsearch-filters-radiogroup label {padding: 4px 0}}. addsearch-filters-checkboxgroup input, .addsearch-filters-radiogroup input {margin-right: 8px} .addsearch-filters-radiogroup {margin: 0 8px 0 0} .addsearch-filters-checkboxgroup input [type = checkbox] {margin-right: 7px} .addsearch-filters-range label {display: block; padding: 4px 0} .addsea]]>
.Turbine — Energy Education
Рис. 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина вверху масштабируется вместе с человеком. [1]Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или газообразные продукты сгорания, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Эти устройства обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и силовых установках и классифицируются как тип двигателей.Они классифицируются как таковые, потому что движки — это просто технологии, которые принимают входные данные и генерируют выход. Простая турбина состоит из ряда лопаток — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных используемых материалов — и позволяет жидкости попадать в турбину, толкая лопатки. Эти лопасти затем вращаются и выбрасывают жидкость, которая теперь имеет меньше энергии, чем когда она входила в турбину. Часть энергии улавливается турбиной и используется. [2]
Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы.Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны, потому что почти вся электроэнергия вырабатывается ими. [2]
Тепловые двигатели
- основная статья
Турбины обычно используются в тепловых двигателях из-за их высокого КПД при высокой мощности. Кроме того, турбины не требуют значительного обслуживания.
Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одними из наиболее гибких типов турбин.Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.
Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сгорания природного газа. [3]
Производство электроэнергии
Гидроэлектроэнергия
- основная статья
В этом случае вода, находящаяся за плотиной, выпускается и падает на турбину, генерируя электричество при подключении к генератору.Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.
В целом конструкция гидроэлектрических турбин такая же. К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается на генератор, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях.Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется. Существует множество факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, сброс гидроэлектростанции и стоимость. [6]
Обычно на этих объектах используются два типа турбин, и выбор того, какой из них использовать, зависит от того, на что похож гидроэлектростанция. Это реактивные и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах щелкните здесь.
Ветер
- основная статья
Ветровые турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первым из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета и предназначены для улавливания воздуха, заставляя лопасти вращаться. Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, который преобразует вращение лопасти в электрическую энергию.Наконец, башня — это большая стойка, на которой установлены лопасти и гондола. [7]
Список литературы
.Производство электроэнергии с использованием паровых турбин
В основном пар получают из ископаемых источников топлива, три из которых показаны на диаграмме выше, но можно использовать любой удобный источник тепла.
- Химическая трансформация
В установках, работающих на ископаемом топливе, пар получают путем сжигания топлива, в основном угля, но также нефти и газа в камере сгорания. В последнее время эти виды топлива были дополнены ограниченным количеством возобновляемого биотоплива и сельскохозяйственных отходов.
- Атомная энергетика
- Солнечная энергия
- Геотермальная энергия
При химическом процессе сжигания топлива выделяется тепло за счет химического преобразования (окисления) топлива. Это никогда не может быть идеальным. Будут потери из-за примесей в топливе, неполного сгорания и потерь тепла и давления в камере сгорания и котле. Обычно эти потери составляют около 10% доступной энергии в топливе.
Пар для приведения в движение турбины также может быть увеличен за счет улавливания тепла, выделяемого в результате управляемого ядерного деления.Более подробно это обсуждается в разделе, посвященном атомной энергетике.
Точно так же солнечная тепловая энергия может использоваться для повышения пара, хотя это встречается реже.
Выбросы пара из природных водоносных горизонтов также используются для питания паротурбинных электростанций.
Первые практические паровые турбины были изготовлены Густавом де Лавалем в 1882 году и Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
Схема паровой импульсной турбины де Лаваля 1882 Пар входит с одной стороны ротора турбины через сопла, направляя на поверхность лопаток турбины, и выходит с противоположной стороны ротора. Воздействие пара на изогнутые лопатки турбины вызывает вращение ротора турбины. Скорость вращения 30 000 об / мин. Первоначальная турбина де Лаваля имела одноступенчатый ротор, который использовался в качестве испытательного стенда для испытания различных количеств и различных конструкций сопел. Подробнее о Густаве де Лавале | |
Реакционная паровая турбина и электрогенератор Parsons Compound 1884 (На переднем плане показана верхняя половина корпуса турбины) Турбина Парсонса была предшественницей современных паровых турбин.Он имел несколько ступеней и приводил в движение генератор собственной конструкции, установленный на том же валу и вырабатывающий 7,5 кВт электроэнергии. Скорость вращения 18000 об / мин Подробнее о Charles Parsons | Авторские права на изображение — Музей науки / Библиотека изображений науки и общества |
Ротор паровой реактивной турбины Парсонса 1884 Крошечные лопасти на секциях высокого давления ротора и статора имеют квадрат всего четверть дюйма (6 мм).Они были криволинейными в поперечном сечении с заостренной передней кромкой и утолщенной задней частью. Оригинальные образцы этих турбин хранятся в Музее науки в Лондоне и Немецком музее в Мюнхене. | Авторские права на изображение — Музей науки / Библиотека изображений науки и общества |
- Принцип работы паровой турбины
- Форсунки
- Импульсные турбины
- Реакционные турбины
- Составная паровая турбина с
Пар высокого давления подается через набор неподвижных сопел в статоре турбины к ротору турбины (рабочему колесу) и проходит вдоль оси машины через несколько рядов поочередно закрепленных и движущихся лопаток.От впускного отверстия для пара турбины к выпускной точке лопатки и полость турбины постепенно увеличиваются, чтобы обеспечить расширение пара.
Лопатки статора на каждой ступени действуют как сопла, в которых пар расширяется и выходит с повышенной скоростью, но с более низким давлением. Когда высокоскоростной пар воздействует на движущиеся лопасти, он передает часть своей кинетической энергии движущимся лопастям.
Существует два основных типа паровых турбин: импульсные и реактивные, конструкция лопаток которых регулирует скорость, направление и давление пара, проходящего через турбину.
Ключом к достижению высокого КПД как импульсных, так и реактивных турбин является конструкция сопел. Обычно они имеют сходящуюся-расходящуюся форму (песочные часы), которая увеличивает скорость входящего пара при одновременном снижении его давления.Увеличение скорости пара с помощью расширяющегося выходного отверстия сопла может показаться нелогичным, поскольку вода течет быстрее через суженную часть ручья или трубы, а сжатие конца шланга приводит к тому, что вода брызгает струей в течение длительного времени. быстрая струя. Это происходит потому, что вода — несжимаемая жидкость. С другой стороны, пар — это газ, и его объем не фиксирован, а зависит от его температуры и давления. Таким образом, газовая динамика сильно отличается от гидродинамики, однако принцип сохранения энергии по-прежнему сохраняется для обеих жидкостей, и закон Бернулли указывает, что кинетическая энергия газа увеличивается с уменьшением энергии давления.
Эта конструкция расширяющегося сопла была открыта де Лавалем и в равной степени применима к соплам ракетных двигателей, рабочим телом которых является горячий выхлопной газ. См. Раздел «Ракетные сопла» для получения дополнительной информации об используемых принципах.
Паровые форсунки в импульсной турбине направляются неподвижными соплами на лопасти ротора турбины в форме лопатки, где сила, действующая со стороны форсунок, заставляет ротор вращаться, и в то же время скорость пара уменьшается, поскольку он передает свою кинетическую энергию. энергия к лезвиям.Лопасти, в свою очередь, изменяют направление потока пара, и это изменение количества движения соответствует увеличению количества движения ротора. (Декарт — Сохранение импульса). Полный перепад давления в ступени турбины происходит в неподвижных соплах статора, и при прохождении пара через лопасти ротора падение давления отсутствует, поскольку поперечное сечение камеры между лопатками постоянно. Поэтому импульсные турбины также известны как турбины постоянного давления.
Паровые импульсные турбины обычно работают на чрезвычайно высоких частотах вращения 30 000 об.вечера. или более, и поэтому на них действуют огромные центробежные силы. Для большинства практических приложений скорость должна быть понижена. Помимо этого, конструкция относительно проста, и корпус турбины не обязательно должен быть устойчивым к давлению.
В составной турбине следующая серия неподвижных лопастей меняет направление пара на противоположное, прежде чем он перейдет ко второму ряду лопастей ротора.
Как неподвижные, так и роторные лопасти реактивной турбины имеют форму, больше похожую на крылья, расположенные так, что поперечное сечение лопаток уменьшается от впускной стороны к выпускной стороне лопастей.Это означает, что поперечное сечение паровых каналов между обоими наборами неподвижных лопаток и лопаток ротора увеличивается на ступени турбины. Таким образом, оба набора лопастей по существу образуют сопла, так что по мере прохождения пара через статор и ротор его давление уменьшается, вызывая увеличение его скорости. Ротор представляет собой набор вращающихся сопел.
Когда пар выходит в струе между каждой парой лопастей ротора, он создает реактивную силу на лопастях, которая, в свою очередь, создает вращающий момент на роторе турбины, как в паровом двигателе Героя.(Третий закон Ньютона — на каждое действие есть равное и противоположное противодействие)
Реакционные турбины, как правило, намного эффективнее импульсных турбин и работают на более низких скоростях, что означает, что они не обязательно нуждаются в понижающей передаче. Однако они более сложные, и пар под высоким давлением делает их более уязвимыми к утечкам между ступенями.
В составной турбине используется ряд ступеней турбины, в которых пар, выходящий из каждой ступени, подается в следующую ступень.Посредством соответствующей формы лопастей ротора и статора для образования сопел давление или скорость пара можно постепенно снижать по серии стадий, а не за одну стадию. Это позволяет использовать очень высокие давления и скорости пара, обеспечивая очень высокую выходную мощность турбины
Компаундирование под давлением
Компаундирование под давлением использует ряд ступеней реакционной турбины для решения проблемы очень высокой скорости лопастей в одноступенчатых импульсных турбинах.Давление пара падает на каждой ступени, поскольку он отдает свою энергию давления, в то время как скорость пара остается довольно постоянной, меняя направление при прохождении через каждую ступень. Поскольку давление пара падает с каждой ступенью турбины, объем пара соответственно увеличивается с каждой ступенью, так что в турбинах большой мощности лопатки и корпус турбины должны, в свою очередь, быть соответственно больше для каждой последующей ступени более низкого давления, чтобы приспособиться к этому более высокому давлению. объемный расход.Импульсные турбины также составлены аналогичным образом, однако в большинстве турбин используется комбинация импульсных и реактивных ступеней.
Скоростной компаундирование
Компаундирование скорости использует серию импульсных ступеней турбины. Входные сопла направляют пар с высокой скоростью на первый набор движущихся лопастей, и, когда пар течет по лопасти, он передает часть своего импульса лопастям, теряя некоторую скорость, передавая свою кинетическую энергию движущимся лопастям. При прохождении пара через неподвижные лопасти скорость пара не меняется.Таким образом, скорость пара уменьшается, когда он проходит через комплекты движущихся лопаток турбины, в то время как давление пара остается относительно постоянным в турбине.
Отработанный пар из турбины низкого давления конденсируется в воду в конденсаторе, который отбирает скрытую теплоту парообразования из пара.Это приводит к тому, что объем пара становится равным нулю, что резко снижает давление до почти вакуума, тем самым увеличивая перепад давления в турбине, позволяя извлечь из пара максимальное количество энергии. Затем конденсат перекачивается обратно в котел в качестве питательной воды для повторного использования.
Само собой разумеется, что конденсаторные системы нуждаются в постоянной и достаточной подаче охлаждающей воды, которая подается в отдельном контуре от градирни, которая охлаждает охлаждающую воду конденсатора за счет прямого контакта с воздухом и испарения части охлаждающей воды. в открытой башне.
Водяной пар, выходящий из электростанций, испаряет охлаждающую воду, а не рабочую жидкость.
Турбины с противодавлением, , часто используемые для выработки электроэнергии в перерабатывающей промышленности, не используют конденсаторы. Также называемые Атмосферные турбины или без конденсации, они не тратят впустую энергию пара, выходящего из выхлопа турбины, однако вместо этого она направляется для использования в приложениях, требующих большого количества тепла, таких как нефтеперерабатывающие заводы, целлюлозно-бумажные заводы. , опреснительные установки и установки централизованного теплоснабжения.Эти отрасли могут также использовать имеющийся пар для привода механических приводов насосов, вентиляторов и погрузочно-разгрузочных работ. Разумеется, котел и турбина должны быть рассчитаны на большую электрическую нагрузку, чтобы компенсировать мощность, отведенную для других целей.
Паровые турбины бывают разных конфигураций. Большие машины обычно построены с несколькими ступенями, чтобы максимизировать передачу энергии от пара.
Для уменьшения осевых нагрузок на подшипники ротора турбины пар может подаваться в турбину в средней точке вала, так что он течет в противоположных направлениях к каждому концу вала, таким образом уравновешивая осевую нагрузку.
Выходящий пар проходит через градирню, через которую пропускается охлаждающая вода для конденсации пара обратно в воду.
Источник: Правительство Австралии
.Выходная мощность турбины 1000 МВт или более типична для электростанций.
Системы паровых турбин, по сути, являются тепловыми двигателями для преобразования тепловой энергии в механическую энергию путем попеременного испарения и конденсации рабочего тела в процессе в замкнутой системе, известном как цикл Ренкина.Это обратимый термодинамический цикл, в котором тепло прикладывается к рабочему телу в испарителе, сначала для его испарения, а затем для повышения его температуры и давления. Затем высокотемпературный пар подается через тепловой двигатель, в данном случае турбину, где он передает свою энергию лопастям ротора, заставляя ротор вращаться из-за расширения пара при падении его давления и температуры. Пар, покидающий турбину, затем конденсируется и перекачивается обратно в жидкой форме в качестве сырья в испаритель.
В этом случае рабочая жидкость — вода, а пар — пар, но принцип применим к другим рабочим жидкостям, таким как аммиак, который можно использовать в низкотемпературных приложениях, таких как геотермальные системы. Таким образом, рабочая жидкость в цикле Ренкина следует замкнутому контуру и постоянно используется повторно.
Эффективность теплового двигателя определяется только разностью температур рабочего тела между входом и выходом двигателя (закон Карно).
Карно показал, что максимальный доступный КПД = 1 — T c / T h , где T h — температура в градусах Кельвина рабочего тела в его самом горячем состоянии (после воздействия тепла) и T c — его температура в самом холодном состоянии (после того, как тепло было снято).
Для максимального повышения эффективности температура пара, подаваемого в турбину, может достигать 900 ° C, в то время как конденсатор используется на выходе из турбины для снижения температуры и давления пара до минимально возможного значения. превратив его обратно в воду.Конденсатор является важным компонентом, необходимым для максимального повышения эффективности паровой машины за счет увеличения разницы температур рабочей жидкости в машине.
Используя закон Карно, для типичной паротурбинной системы с температурой пара на входе 543 ° C (816K) и температурой конденсированной воды 23 ° C (296K) максимальный теоретический КПД можно рассчитать следующим образом:
КПД Карно = (816 — 296) / 816 = 64%
Но это не учитывает потери тепла, трения и давления в системе.Более реалистичное значение КПД паровой турбины было бы около 50%
Таким образом, тепловая машина несет ответственность за большую часть потерь при преобразовании энергии в системе.
Примечание: Сюда входит только преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию на валу турбины. Он не включает потерю эффективности в камере сгорания и котле при преобразовании химической энергии топлива в тепловую энергию пара, а также не включает потери эффективности, возникающие в генераторе, если турбина используется для выработки электроэнергии.Принимая во внимание эти потери, общая эффективность преобразования химической энергии топлива угольных и мазутных электростанций в электрическую энергию обычно составляет около 33%.
См. Также Гидравлические турбины, газовые турбины и тепловые двигатели
Паровая турбина приводит в действие генератор для преобразования механической энергии в электрическую.Обычно это синхронная машина с вращающимся полем. Эти машины описаны более подробно в разделе «Генераторы».
Эффективность преобразования энергии этих генераторов высокой мощности может достигать 98% или 99% для очень большой машины.
Примечание: Это означает, что генератор мощностью 1000 МВт должен рассеивать 20 МВт отработанного тепла, и для таких генераторов требуются специальные методы охлаждения.
.Завод комбинированного газа — Energy Education
Рисунок 1. Завод комбинированного газа в Иране. [1]Газовые установки с комбинированным циклом — это тип электростанции, работающей на природном газе, используемой для выработки электроэнергии, состоящей из газовой установки простого цикла в сочетании со вторым паровым двигателем, который использует цикл Ренкина. Горячие выхлопные газы из начальной газовой турбины направляются в паровой двигатель, а тепло от них используется для генерации пара. Затем этот пар может расширяться через другую турбину, генерируя еще больше электроэнергии и повышая общую эффективность установки.Эффективность этих установок может достигать 55% [2] , но время отгрузки обычно ниже, чем у установок простого цикла на природном газе. Комбинированный цикл обычно имеет повышенную стоимость. По оценкам EIA, стоимость электростанции простого цикла составляет около 389 долларов США / кВт, тогда как стоимость электростанций комбинированного цикла составляет 500–550 долларов США / кВт. [3]
Эксплуатация
Первая часть завода работает на газовой турбине, подробности можно узнать на ее странице здесь. По сути, он работает путем сжатия воздуха, впрыска топлива и воспламенения смеси, которая расширяется через турбину, заставляя ее вращаться.Эта турбина подключена к генератору, который затем вызывает электричество. В результате этого процесса образуются горячие выхлопные газы, которые обычно удаляются на установке простого цикла (с выделением отходящего тепла).
Выхлопные газы направляются к следующему агрегату, который называется парогенератором с рекуперацией тепла (HRSG). [4] Котел-утилизатор — это, по сути, теплообменник, в котором тепло горячих газов используется для превращения воды предварительного нагрева в пар. Затем пар расширяется через турбину , вырабатывая электричество.Как только пар проходит, он конденсируется и перерабатывается.
Короткое видео от Управления долины Теннесси [5] , визуализирующее процесс, можно увидеть ниже:
