Эрчим хүчний хийн турбин суурилуулалт. Хийн турбин станцуудын циклүүд

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Хийн турбины төхөөрөмж (GTP) нь цахилгаан турбин болон генератор хоёр хосоор ажилладаг дан, харьцангуй авсаархан эрчим хүчний цогцолбор юм. Энэхүү систем нь бага оврын эрчим хүчний үйлдвэр гэж нэрлэгддэг салбарт өргөн тархсан. Томоохон аж ахуйн нэгжүүд, алслагдсан суурин газрууд болон бусад хэрэглэгчдийн эрчим хүч, дулаан хангамжид тохиромжтой. Дүрмээр бол хийн турбин нь шингэн түлш эсвэл хий дээр ажилладаг.

Ахиц дэвшлийн ирмэг дээр

Цахилгаан станцуудын эрчим хүчний хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхэд тэргүүлэх үүрэг нь хийн турбин агрегатууд ба тэдгээрийн цаашдын хувьсал - хосолсон циклийн станцуудад (CCGT) шилждэг. Ийнхүү 1990-ээд оны эхэн үеэс эхлэн АНУ-ын цахилгаан станцуудад ашиглалтад орсон болон шинэчлэгдсэн хүчин чадлын 60 гаруй хувийг аль хэдийн хийн турбин болон хосолсон циклийн станцууд эзэлж байсан бол зарим улсад тэдний эзлэх хувь 90%-д хүрчээ.

Энгийн хийн турбинууд бас олноор бүтээгдсэн. Хийн турбин үйлдвэр - хөдөлгөөнт, ашиглахад хэмнэлттэй, засварлахад хялбар нь оргил ачааллыг нөхөх оновчтой шийдэл болох нь батлагдсан. Энэ зууны эхэн үед (1999-2000) нийт хүчин чадалхийн турбины нэгжүүд 120,000 МВт хүрчээ. Харьцуулбал: 1980-аад онд энэ төрлийн системийн нийт хүчин чадал 8000-10000 МВт байсан. Хийн турбинуудын нэлээд хэсэг нь (60 гаруй%) нь дунджаар 350 МВт-ын хүчин чадалтай хоёртын хосолсон циклийн томоохон станцуудын нэг хэсэг болгон ажиллахаар төлөвлөгдсөн.

Түүхэн мэдээлэл

Циклийн хосолсон технологийг ашиглах онолын үндэслэлийг манай улсад 60-аад оны эхээр хангалттай нарийвчлан судалсан. Дулааны эрчим хүчний инженерийн хөгжлийн ерөнхий зам нь хосолсон циклийн технологитой яг холбоотой болох нь тэр үед аль хэдийн тодорхой болсон. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг амжилттай хэрэгжүүлэхийн тулд найдвартай, өндөр үр ашигтай хийн турбин төхөөрөмж шаардлагатай.

Дулааны эрчим хүчний инженерийн орчин үеийн чанарын үсрэлтийг тодорхойлсон хийн турбин барихад гарсан томоохон ахиц дэвшил байв. Захиргааны эдийн засагт дотоодын тэргүүлэгч байгууллагууд хамгийн бага ирээдүйтэй уурын турбин технологийг (STP) сурталчилж байх үед гадаадын хэд хэдэн пүүс үр ашигтай суурин хийн турбин бий болгох асуудлыг амжилттай шийдэж чадсан.

Хэрэв 60-аад онд хийн турбин суурилуулалтын үр ашиг 24-32% байсан бол 80-аад оны сүүлчээр хамгийн сайн суурин цахилгаан хийн турбин суурилуулалтууд аль хэдийн 36-37 үр ашигтай (бие даасан хэрэглээтэй) байсан. %. Энэ нь тэдгээрийн үндсэн дээр CCGT-ийг бий болгох боломжийг олгосон бөгөөд үр ашиг нь 50% хүрсэн. Шинэ зууны эхэн гэхэд энэ үзүүлэлт 40%-тай тэнцэж байсан бол хийн циклийн хосолсон станцтай хослуулан тооцвол бүр 60%-д хүрчээ.

Уурын турбины харьцуулалтболон хосолсон мөчлөгт үйлдвэрүүд

Хийн турбин дээр суурилсан хосолсон циклийн үйлдвэрүүдэд 65% ба түүнээс дээш үр ашиг авах нь ойрын бөгөөд бодитой байсан. Үүний зэрэгцээ, уурын турбины үйлдвэрүүдийн хувьд (ЗХУ-д бүтээгдсэн) хэт чухал уурыг бий болгох, ашиглахтай холбоотой шинжлэх ухааны хэд хэдэн нарийн төвөгтэй асуудлыг амжилттай шийдэж чадвал 46-аас ихгүй үр ашигтай байх болно гэж найдаж болно. 49%. Иймээс үр ашгийн хувьд уурын турбин системүүд нь хосолсон циклийн системээс найдваргүй доогуур байдаг.

Уурын турбин цахилгаан станцаас өртөг зардал болон барилгын ажлын цаг хугацааны хувьд ч хамаагүй доогуур. 2005 онд дэлхийн эрчим хүчний зах зээлд 200 МВт ба түүнээс дээш хүчин чадалтай CCGT нэгжийн 1 кВт-ын үнэ 500-600 доллар/кВт байсан. Бага хүчин чадалтай CCGT-ийн өртөг нь 600-900 доллар/кВт хооронд хэлбэлздэг. Хүчирхэг хийн турбин станцууд нь 200-250 доллар / кВт-ын утгатай тохирч байна. Нэгжийн хүч буурах тусам тэдний үнэ өсдөг боловч ихэвчлэн 500 доллар / кВт-аас хэтрэхгүй байна. Эдгээр үнэ цэнэ нь уурын турбины систем дэх нэг киловатт цахилгаан эрчим хүчний зардлаас хэд дахин бага юм. Жишээлбэл, конденсацийн уурын турбин цахилгаан станцуудад суурилуулсан киловаттын үнэ 2000-3000 доллар/кВт хооронд хэлбэлздэг.

Хийн турбин үйлдвэрийн схем

Суурилуулалт нь хийн турбин, шатаах камер, агаарын компрессор гэсэн гурван үндсэн нэгжээс бүрдэнэ. Түүнчлэн, бүх нэгжүүд нь угсармал нэг барилгад байрладаг. Компрессор болон турбины роторууд нь холхивчоор бэхлэгдсэн, бие биетэйгээ нягт холбогдсон.

Шатаах камеруудыг (жишээлбэл, 14 ширхэг) компрессорын эргэн тойронд байрлуулсан бөгөөд тус бүр нь тусдаа байранд байрладаг. Элсэхийн тулдАгаарын компрессор нь оролтын хоолойн үүрэг гүйцэтгэдэг, агаар нь яндангийн хоолойгоор дамжин хийн турбиныг орхидог. Хийн турбины их бие нь нэг хүрээ дээр тэгш хэмтэй байрлуулсан хүчирхэг тулгуур дээр суурилдаг.

Ажлын зарчим

Ихэнх хийн турбины нэгжүүд тасралтгүй шаталтын зарчим буюу нээлттэй циклийг ашигладаг:

• Эхлээд ажлын шингэнийг (агаар) тохирох компрессороор атмосферийн даралтаар шахдаг.
• Цаашилбал, агаарыг илүү өндөр даралтанд шахаж, шаталтын камер руу илгээнэ.
• Тогтмол даралтаар шатдаг түлшээр хангагдсан бөгөөд дулааныг тогтмол хангадаг. Түлшний шаталтын улмаас ажлын шингэний температур нэмэгддэг.
• Дараа нь ажлын шингэн (одоо энэ нь аль хэдийн хий болсон бөгөөд энэ нь агаар ба шаталтын бүтээгдэхүүний холимог) хийн турбин руу орж, атмосферийн даралт хүртэл өргөжиж, ашигтай ажил хийдэг (турбиныг эргүүлдэг). цахилгаан).
• Турбины дараа хийнүүд агаар мандалд хаягдаж, түүгээр ажлын цикл хаагдана.
• Турбин ба компрессорын ажиллагааны ялгааг турбин болон компрессортой нийтлэг тэнхлэгт байрлах цахилгаан үүсгүүрээр ойлгодог.

Завсрын шаталтат станц

Өмнөх загвараас ялгаатай нь завсарлагатай шаталт нь нэг хавхлагын оронд хоёр хавхлагыг ашигладаг.

• Хоёр дахь хавхлага хаалттай байх үед компрессор эхний хавхлагаар дамжуулан шаталтын камерт агаарыг хүчээр оруулдаг.
• Шатаах камерын даралт нэмэгдэхэд эхний хавхлага хаагдана. Үүний үр дүнд танхимын эзлэхүүн хаалттай байна.
• Хаалт хаагдсан үед түлш нь камерт шатдаг бөгөөд түүний шаталт нь тогтмол хэмжээгээр явагддаг. Үүний үр дүнд ажлын шингэний даралт улам нэмэгддэг.
• Дараа нь хоёр дахь хавхлага нээгдэж, ажлын шингэн нь хийн турбин руу ордог. Энэ тохиолдолд турбины урд талын даралт аажмаар буурна. Агаар мандалд ойртох үед хоёр дахь хавхлагыг хааж, эхнийх нь нээгдэж дараалсан үйлдлүүдийг давтах ёстой.

Хийн турбины эргэлт

Нэг эсвэл өөр термодинамикийн мөчлөгийг практикт хэрэгжүүлэхийн тулд дизайнерууд даван туулах боломжгүй олон техникийн саад бэрхшээлтэй тулгардаг. Хамгийн онцлог жишээ: уурын чийгшил 8-12% -иас их байвал уурын турбины урсгалын зам дахь алдагдал огцом нэмэгдэж, динамик ачаалал нэмэгдэж, элэгдэл үүсдэг. Энэ нь эцэстээ турбины урсгалыг устгахад хүргэдэг.

Эрчим хүчний салбар дахь эдгээр хязгаарлалтын үр дүнд (ажилд орохын тулд) зөвхөн хоёр үндсэн термодинамик циклийг өргөн ашиглаж байна: Рэнкиний мөчлөг ба Брэйтоны мөчлөг. Ихэнх цахилгаан станцууд нь эдгээр мөчлөгийн элементүүдийн хослол дээр суурилдаг.

Рэнкайн циклийг циклийг хэрэгжүүлэх явцад фазын шилжилт хийдэг ажлын шингэнд ашигладаг бөгөөд уурын цахилгаан станцууд энэ мөчлөгийн дагуу ажилладаг. Бодит нөхцөлд өтгөрүүлэх боломжгүй, бидний хий гэж нэрлэдэг ажлын шингэний хувьд Брэйтоны циклийг ашигладаг. Энэ мөчлөгөөр дамжууланхийн турбин үйлдвэрүүд болон дотоод шаталтат хөдөлгүүрүүд ажиллаж байна.

Ашигласан түлш

Хийн турбинуудын дийлэнх нь байгалийн хий дээр ажиллах зориулалттай. Заримдаа шингэн түлшийг бага чадлын системд ашигладаг (бага - дунд, маш ховор - өндөр чадал). Шинэ чиг хандлага бол авсаархан хийн турбин системийг хатуу шатамхай материал (нүүрс, хүлэр, мод) ашиглахад шилжих явдал юм. Эдгээр чиг хандлага нь хий нь химийн үйлдвэрлэлийн үнэ цэнэтэй технологийн түүхий эд бөгөөд үүнийг ашиглах нь ихэвчлэн эрчим хүчний салбараас илүү ашигтай байдагтай холбоотой юм. Хатуу түлшээр үр ашигтай ажиллах чадвартай хийн турбин үйлдвэрүүдийн үйлдвэрлэл эрчимтэй хөгжиж байна.

ICE болон GTU хоорондын ялгаа

Дотоод шаталтат хөдөлгүүр ба хийн турбин цогцолборын үндсэн ялгаа нь дараах байдалтай байна. Дотоод шаталтат хөдөлгүүрт агаар шахах, түлш шатаах, шаталтын бүтээгдэхүүнийг тэлэх үйл явц нь хөдөлгүүрийн цилиндр гэж нэрлэгддэг нэг бүтцийн элемент дотор явагддаг. Хийн турбинуудад эдгээр процессыг тусдаа бүтцийн нэгжид хуваадаг:

• шахалтыг компрессор хийдэг;
• түлшийг тусгай камерт шатаах;
• шаталтын бүтээгдэхүүний өргөтгөлийг хийн турбинд хийдэг.

Тиймээс хийн турбин болон дотоод шаталтат хөдөлгүүрүүд нь ижил төстэй термодинамикийн мөчлөгийн дагуу ажилладаг хэдий ч бүтцийн хувьд бараг ижил төстэй байдаггүй.

Дүгнэлт

Бага оврын эрчим хүчний үйлдвэрлэл хөгжиж, түүний үр ашгийг дээшлүүлснээр GTP болон STP системүүд нийт эрчим хүчний салбарт өсөн нэмэгдэж буй хувийг эзэлж байна.дэлхийн эрчим хүчний систем. Үүний дагуу хийн турбин станцын операторын ирээдүйтэй мэргэжил улам бүр эрэлт хэрэгцээтэй байна. Барууны түншүүдийг дагаж Оросын хэд хэдэн үйлдвэрлэгчид хэмнэлттэй хийн турбины нэгж үйлдвэрлэх ажлыг эзэмшсэн. Санкт-Петербург хотын Северо-Западная ДЦС нь Оросын анхны шинэ үеийн хосолсон цахилгаан станц болсон.