Információk a gázturbinákról. A gázturbinák működési elve Mit jelent a gázturbina hatásfokának jóváhagyása 40
A turbina olyan motor, amelyben az összenyomható folyadék potenciális energiája a lapátos berendezésben mozgási energiává alakul, az utóbbi pedig a járókerekekben egy folyamatosan forgó tengelyre továbbított mechanikai munkává.
A gőzturbinák felépítésüknél fogva állandóan működő hőmotort képviselnek. Működés közben túlhevített vagy telített vízgőz kerül az áramlási útvonalba, és tágulása miatt forgásra kényszeríti a forgórészt. A forgás a pengeberendezésre ható gőzáram eredményeként következik be.
A gőzturbina a gőzturbina kialakításának része, amelyet energia előállítására terveztek. Vannak olyan létesítmények is, amelyek az elektromosság mellett termelhetnek hőenergia- a gőzlapátokon áthaladó gőz a hálózati vízmelegítőkhöz kerül. Az ilyen típusú turbinákat ipari kapcsolt vagy kapcsolt turbináknak nevezik. Az első esetben ipari célokra gőzelszívást biztosítanak a turbinában. Generátorral kiegészítve a gőzturbina turbinaegység.
Gőzturbina típusok
A turbinákat a gőz mozgási irányától függően radiális és axiális turbinákra osztják. A radiális turbinák gőzáramát a tengelyre merőlegesen irányítják. A gőzturbinák lehetnek egy-, két- és háromházasak. A gőzturbina különféle műszaki eszközökkel van felszerelve, amelyek megakadályozzák a környezeti levegő bejutását a burkolatba. Ezek különféle tömítések, amelyeket kis mennyiségben vízgőzzel szállítanak.
A tengely elülső részén található egy biztonsági szabályozó, amely a turbina fordulatszámának növekedése esetén lekapcsolja a gőzellátást.
A névleges értékek főbb paramétereinek jellemzői
· A turbina névleges teljesítménye- az a maximális teljesítmény, amelyet a turbinának hosszú ideig ki kell fejtenie az elektromos generátor kapcsain normál értékeket a fő paramétereket, vagy az ipari és állami szabványok által meghatározott határokon belüli megváltoztatásakor. A szabályozott gőzelszívó turbina névleges teljesítményénél nagyobb teljesítményt tud kifejleszteni, ha ez összhangban van alkatrészeinek szilárdsági viszonyaival.
· Turbina gazdasági teljesítmény- az a teljesítmény, amelyen a turbina a legnagyobb hatásfokkal működik. Az élőgőz paramétereitől és a turbina rendeltetésétől függően a névleges teljesítmény elérheti a gazdaságos teljesítményt, vagy 10-25%-kal több is lehet.
· Regeneratív tápvízmelegítés névleges hőmérséklete- a tápvíz hőmérséklete az utolsó fűtőtest után a víz irányában.
· Névleges hűtővíz hőmérséklet- a hűtővíz hőmérséklete a kondenzátor bemeneténél.
gázturbina(fr. turbina a lat. turbóból örvénylés, forgás) egy folyamatos hőgép, amelynek lapátos berendezésében a sűrített és felmelegített gáz energiája mechanikai munkává alakul a tengelyen. Egy rotorból (tárcsákra rögzített lapátok) és egy állórészből (a házba rögzített vezetőlapátok) áll.
A magas hőmérsékletű és nyomású gáz a turbina fúvóka berendezésén keresztül a fúvókarész mögötti alacsony nyomású területre jut be, egyszerre tágulva és gyorsulva. Továbbá a gázáram belép a turbina lapátjaiba, kinetikus energiájának egy részét átadva nekik, és nyomatékot adva a lapátokhoz. A forgórészlapátok a forgatónyomatékot a turbinatárcsákon keresztül a tengelyre továbbítják. Jótékony tulajdonságok gázturbina: egy gázturbina például egy vele egy tengelyen elhelyezett generátort hajt meg, ami a gázturbina hasznos munkája.
A gázturbinákat gázturbinás motorok (szállításra használt) és gázturbina-egységek (hőerőművekben helyhez kötött GTU-k, CCGT-k részeként) részeként használják. A gázturbinákat a Brayton termodinamikai ciklus írja le, amelyben a levegőt először adiabatikusan összenyomják, majd állandó nyomáson elégetik, majd adiabatikusan visszatágítják a kiindulási nyomásra.
A gázturbinák típusai
- Repülőgépek és sugárhajtóművek
- Kiegészítő tápegység
- Ipari gázturbinák villamosenergia-termeléshez
- Turbótengelyes motorok
- Radiális gázturbinák
- Mikroturbinák
Mechanikailag a gázturbinák lényegesen egyszerűbbek lehetnek, mint a dugattyús motorok. belső égés. Az egyszerű turbináknak egy mozgó része lehet: tengely/kompresszor/turbina/alternatív forgórész szerelvény (lásd a fenti képet), az üzemanyagrendszert nem beleértve.
A bonyolultabb turbinák (a modern sugárhajtóművekben használtak) több tengelyt (tekercset), több száz turbinalapátot, mozgó állórészlapátot, valamint összetett csővezetékeket, égéstereket és hőcserélőket tartalmazhatnak.
Általános szabály, hogy minél kisebb a motor, annál nagyobb a tengely(ek) fordulatszáma a lapátok maximális lineáris sebességének fenntartásához. teljes sebesség A turbinalapátok meghatározzák az elérhető maximális nyomást, ami a maximális teljesítményt eredményezi, függetlenül a motor méretétől. A sugárhajtómű körülbelül 10 000, a mikroturbina pedig körülbelül 100 000 fordulat / perc fordulatszámmal forog.
A viszonylag kis kapacitású erőművek gázturbinás motorokat (GTE) és dugattyús motorokat (RP) egyaránt tartalmazhatnak. Ennek eredményeként az ügyfelek gyakran kérdeznek melyik meghajtó a jobb. És bár egyértelműen lehetetlen válaszolni rá, ennek a cikknek a célja ennek a kérdésnek a megértése.
Bevezetés
A motor típusának és számának megválasztása bármilyen teljesítményű erőműben az elektromos generátorok meghajtásához összetett műszaki és gazdasági feladat. A dugattyús és gázturbinás motorok hajtásként való összehasonlítására leggyakrabban földgázt használnak üzemanyagként. Alapvető előnyeiket és hátrányaikat elemezték a szakirodalomban, a dugattyús motoros erőművek gyártóinak prospektusaiban, sőt az interneten is.
Általában általános információkat adnak az üzemanyag-fogyasztás és a motorok költségének különbségéről, anélkül, hogy figyelembe vennék a teljesítményüket és az üzemi feltételeket. Gyakran megjegyzik, hogy a 10-12 MW teljesítményű erőművek összetételét célszerű dugattyús motorok, nagyobb teljesítményű erőművek összetételét gázturbinák alapján kialakítani. Ezeket az ajánlásokat nem szabad axiómának tekinteni. Egy dolog nyilvánvaló: minden motortípusnak megvannak a maga előnyei és hátrányai, és a hajtás kiválasztásakor szükség van néhány, legalább tájékoztató jellegű, mennyiségi kritériumra az értékelésükhöz.
Jelenleg az orosz energiapiac a dugattyús és gázturbinás motorok meglehetősen széles választékát kínálja. A dugattyús motorok közül az import, a gázturbinás motorok közül a hazaiak az uralkodók.
Az oroszországi üzemeltetésre javasolt gázturbinás motorok és az ezeken alapuló erőművek műszaki jellemzőiről az elmúlt években rendszeresen megjelentek információkat a Gázturbina-berendezések katalógusában.
Hasonló információk a dugattyús motorokról és az erőművekről, amelyek részét képezik, csak a berendezést szállító orosz és külföldi cégek brosúráiból szerezhetők be. A motorok és erőművek költségeire vonatkozó információkat legtöbbször nem teszik közzé, és a közzétett információk gyakran nem igazak.
Dugattyús és gázturbinás motorok közvetlen összehasonlítása
A rendelkezésre álló információk feldolgozása lehetővé teszi az alábbi táblázat összeállítását, amely mennyiségi és minőségi értékelést is tartalmaz a dugattyús és gázturbinás motorok előnyeiről és hátrányairól. Sajnos a jellemzők egy része promóciós anyagokból származik, amelyek teljes pontosságát rendkívül nehéz vagy szinte lehetetlen ellenőrizni. Az egyes motorok és erőművek működési eredményeinek ellenőrzéséhez szükséges adatokat ritka kivételektől eltekintve nem teszik közzé.
Természetesen a megadott adatok általánosak, az egyes motorok esetében szigorúan egyediek. Ráadásul ezek egy része az ISO szabványoknak megfelelően adható meg, és a motorok tényleges üzemi körülményei jelentősen eltérnek a szabványtól.
A bemutatott információk csak a motorok minőségi jellemzőit adják, és nem használhatók fel egy adott erőmű berendezéseinek kiválasztásához. A táblázat egyes pozícióihoz néhány megjegyzés adható.
| Index | motor típusa | |
|---|---|---|
| Dugattyú | gázturbina | |
| Motoregység teljesítménytartomány (ISO), MW | 0.1 - 16.0 | 0.03 - 265.0 |
| Teljesítményváltás állandó külső hőmérséklet mellett | Stabilabb, ha a terhelés 50%-kal csökken. A hatékonyság 8-10%-kal csökken | Kevésbé stabil, ha a terhelést 50%-kal csökkentik. A hatékonyság 50%-kal csökken |
| A külső hőmérséklet hatása a motor teljesítményére | Gyakorlatilag nincs hatása | Amikor a hőmérséklet -20°C-ra csökken, a teljesítmény kb 10-20%-kal nő, ha +30°C-ra emelkedik, akkor 15-20%-kal csökken. |
| A külső hőmérséklet hatása a motor hatásfokára | Gyakorlatilag nincs hatása | Amikor a hőmérséklet -20 °C-ra csökken, a hatékonyság körülbelül 1,5%-kal nő. |
| Üzemanyag | gáznemű, folyékony | Gáznemű, folyékony (külön megrendelésre) |
| Szükséges tüzelőanyag-nyomás, MPa | 0.01 - 0.035 | 1.2 felett |
| Gázenergia-termelés hatékonysága (ISO) | 31%-ról 48%-ra | Egy egyszerű ciklusban 25% és 38% között, kombinált ciklusban - 41% és 55% között |
| A villamos teljesítmény és a felhasznált hőmennyiség aránya, MW/MW (ISO) | 1/(0.95-1.3) | 1/(1.4-4.0) |
| A kipufogógázok visszanyert hőjének felhasználási lehetőségei | Csak 115°C feletti víz melegítésére | Gőz előállításához áramtermeléshez, hűtéshez, víz sótalanításhoz stb., víz melegítéséhez 150°C-ig |
| A külső levegő hőmérsékletének hatása a visszanyert hőmennyiségre | Gyakorlatilag nincs hatása | A levegő hőmérsékletének csökkenésével a hőmennyiség a gázturbina állítható lapátos berendezésének jelenlétében szinte nem csökken, hiányában csökken |
| Motor erőforrás, h | Bővebben: akár 300 000 közepes sebességű motorokhoz | Kevesebb: 100 000-ig |
| A működési költségek növekedésének üteme az élettartam növekedésével | Kevésbé magas | Magasabb |
| Az erőgép tömege (motor elektromos generátorral és segédberendezésekkel), kg/kW | Jelentősen magasabb: 22,5 | Jelentősen alacsonyabb: 10 |
| A teljesítményegység méretei, m | Bővebben: 18,3x5,0x5,9 egység teljesítménye 16MW hűtőrendszer nélkül | Kevesebb: 19,9x5,2x3,8, az egység egységteljesítménye 25 MW |
| Fajlagos olajfogyasztás, g/kW*h | 0.3 - 0.4 | 0.05 |
| Kezdések száma | Nincs korlátozva, és nincs hatással a motorerőforrások csökkentésére | Nem korlátozott, de befolyásolja a motoros erőforrások csökkentését |
| karbantarthatóság | A javítások a helyszínen elvégezhetők, és kevesebb időt igényelnek | Javítás egy speciális vállalkozásnál lehetséges |
| Nagyjavítás költsége | Olcsóbb | Drága |
| Ökológia | Konkrétan - mg / m3-ben - több, de a káros kibocsátás mennyisége m3-ben kevesebb | Fajlagos - mg/m3-ben - kevesebb, de a kibocsátás mennyisége m3-ben nagyobb |
| Darabköltség | 3,5 MW-ig kisebb motorteljesítménnyel | 3,5 MW-nál nagyobb egység motorteljesítménynél kevesebb |
Az energiapiacon nagyon nagy a motorválaszték, amelyek műszaki jellemzőiben jelentős különbségek vannak. A szóban forgó típusok motorjai közötti verseny csak a 16 MW egységnyi villamos teljesítmény tartományban lehetséges. Nagyobb teljesítményeknél a gázturbinás motorok szinte teljesen helyettesítik a dugattyús motorokat.
Figyelembe kell venni, hogy minden motornak megvannak a sajátosságai, és a hajtástípus kiválasztásakor csak ezeket szabad használni. Ez lehetővé teszi, hogy egy adott kapacitású erőmű fő berendezéseinek összetételét többféle változatban alakítsa ki, mindenekelőtt a villamos teljesítmény és a szükséges motorok számának változtatásával. A sokoldalúság megnehezíti a kívánt motortípus kiválasztását.
A dugattyús és gázturbinás motorok hatásfokáról
Az erőművek minden motorjának legfontosabb jellemzője az energiatermelési hatásfok (KPIe), amely meghatározza a fő, de nem a teljes gázfogyasztást. A hatékonysági értékekre vonatkozó statisztikai adatok feldolgozása lehetővé teszi, hogy egyértelműen megmutassák azokat az alkalmazási területeket, amelyekben e mutató szerint az egyik motortípusnak előnye van a másikkal szemben.
ábrán kiválasztott három egymás közötti elrendezése és konfigurációja. 1 zónák, amelyeken belül a különböző motorok elektromos hatásfokának értékeiről pontképek vannak, lehetővé teszi számunkra, hogy következtetéseket vonjunk le:
- még az azonos típusú, azonos teljesítményű motorokon belül is jelentős szóródás tapasztalható a villamosenergia-termelés hatékonysági értékeiben;
- a 16 MW-ot meghaladó egységteljesítményű gázturbinás motorok kombinált ciklusban 48%-ot meghaladó hatásfokot biztosítanak és monopolizálják a piacot;
- az egyszerű és kombinált ciklusban is működő gázturbinás motorok 16 MW-ig elektromos hatásfoka alacsonyabb (néha nagyon jelentősen), mint a dugattyús motoroké;
- a közelmúltban a piacon megjelent, legfeljebb 1 MW egységteljesítményű gázturbinás motorok hatásfokát tekintve felülmúlják a 2-8 MW teljesítményű motorokat, amelyeket ma leggyakrabban erőművek részeként használnak;
- a gázturbinás motorok hatásfokváltozásának természete három zónával rendelkezik: kettő viszonylag állandó értékkel - 27 és 36%, egy pedig változó - 27 és 36% között; két zónán belül a hatékonysági együttható gyengén függ a villamos teljesítménytől;
- a dugattyús motorok villamosenergia-termelésének hatásfokának értéke állandóan függ azok elektromos teljesítményétől.
Ezek a tényezők azonban nem adnak okot arra, hogy a dugattyús motorokat előnyben részesítsük. Még akkor is, ha az erőmű csak elektromos energiát fog termelni, a különböző típusú motorok felszerelési lehetőségeinek összehasonlításakor gazdasági számításokat kell végezni. Bizonyítani kell, hogy a megtakarított gáz költsége kifizeti a dugattyús és gázturbinás motorok költségkülönbözetét, valamint kiegészítő felszerelés nekik. A megtakarított gáz mennyisége nem határozható meg, ha a téli-nyári villamosenergia-ellátást biztosító állomás működési módja ismeretlen. Ideális esetben, ha ismertek a szükséges elektromos terhelések - maximum (téli munkanap) és minimális (nyári pihenőnap).
Elektromos és hőenergia felhasználása egyaránt
Ha az erőműnek nemcsak elektromos, hanem hőenergiát is kell termelnie, akkor meg kell határozni, hogy milyen forrásokból lehet fedezni a hőfogyasztást. Általában két ilyen forrás létezik - a motorok és/vagy a kazánház hasznosított hője.
A dugattyús motoroknál a hűtőolaj, a sűrített levegő és a kipufogógázok hőjét, a gázturbinás motoroknál csak a kipufogógázok hőjét hasznosítják. A fő hőmennyiséget a kipufogógázokból hulladékhőcserélők (UHE) segítségével nyerik vissza.
A visszanyert hő mennyisége nagymértékben függ az elektromos áramot termelő motor működési módjától és az éghajlati viszonyoktól. A motor téli üzemmódjainak helytelen értékelése a felhasznált hőmennyiség meghatározásában hibákhoz és a kazánház beépített teljesítményének helytelen megválasztásához vezet.
A 2. ábrán látható grafikonok a gázturbinás és dugattyús motorok hőellátási célú visszanyert hőellátásának lehetőségét mutatják. A görbék pontjai megfelelnek a gyártó adatainak a rendelkezésre álló berendezések hővisszanyerő képességeiről. Az azonos elektromos teljesítményű motorra a gyártók különféle UTO-kat telepítenek - meghatározott feladatok alapján.
A gázturbinás motorok előnyei a hőtermelés szempontjából vitathatatlanok. Ez különösen igaz a 2-10 MW villamos teljesítményű motorokra, ami a villamos hatásfok viszonylag alacsony értékével magyarázható. A gázturbinás motorok hatásfokának növekedésével a felhasznált hő mennyiségének elkerülhetetlenül csökkennie kell.
Amikor egy adott létesítmény energia- és hőellátására dugattyús motort választunk, szinte kétségtelen, hogy a kazánházat erőmű részeként kell használni. A kazánház üzemeltetése a villamos energia termeléséhez szükségesnél nagyobb gázfogyasztást igényel. Felmerül a kérdés, hogy miben térnek el a létesítmény energiaellátásának gázköltségei, ha az egyik esetben csak kipufogó hővisszanyerős gázturbinás, a másik esetben hővisszanyerős dugattyús motorokat és kazánházat használnak. Erre a kérdésre csak az objektum villamosenergia- és hőfogyasztásának jellemzőinek alapos tanulmányozása után lehet választ adni.
Ha feltételezzük, hogy egy objektum becsült hőfogyasztása teljes mértékben fedezhető a gázturbinás motor hasznosított hőjével, és a dugattyús motor használatakor a hőhiányt a kazánház kompenzálja, akkor azonosítható a természet az objektum energiaellátására fordított teljes gázfelhasználás változásáról.
ábra adatait felhasználva. ábrákon jelölt zónák jellemző pontjainál lehetséges. 1, tájékozódjon a gázmegtakarításról vagy a pazarlásról az aktuátorok használatakor különféle típusok. Ezeket a táblázat tartalmazza:
A gázmegtakarítás abszolút értékei csak egy adott objektumra érvényesek, amelynek jellemzőit figyelembe vettük a számításban, de általános jelleg a függőségek helyesen jelennek meg, nevezetesen:
az elektromos hatásfok viszonylag közeli értékeivel (különbség legfeljebb 10%), a dugattyús motorok és a kazánház használata túlzott üzemanyag-fogyasztáshoz vezet;
- az elektromos hatásfok viszonylag közeli értékeivel (különbség legfeljebb 10%), a dugattyús motorok és a kazánház használata túlzott üzemanyag-fogyasztáshoz vezet;
- 10% -nál nagyobb hatásfok-különbséggel a dugattyús motorok és a kazánház működése kevesebb gázt igényel, mint a gázturbinás motorok esetében;
- van egy bizonyos pont a maximális gázmegtakarítással dugattyús motorok és kazánház használatakor, ahol a motorok hatékonysági értékei közötti különbség 13-14%;
- minél nagyobb a dugattyús motor és minél kisebb a gázturbina hatásfoka, annál nagyobb a gázmegtakarítás.
Kiegészítésként
A feladat általában nem korlátozódik a hajtás típusának megválasztására, meg kell határozni az erőmű fő berendezéseinek összetételét - az egységek típusát, számát, segédberendezéseket.
A megfelelő mennyiségű villamos energia előállítására szolgáló motorok kiválasztása meghatározza a visszanyert hő előállításának lehetőségeit. Ebben az esetben figyelembe kell venni a motor műszaki jellemzőinek éghajlati viszonyokhoz kapcsolódó változásainak összes jellemzőjét, az elektromos terhelés jellegét, és meg kell határozni e változások hatását a felhasznált hő felszabadulására.
Emlékeztetni kell arra is, hogy az erőmű nem csak motorokat tartalmaz. Telephelyén általában több mint egy tucat segédépítmény található, amelyek működése az erőmű műszaki-gazdasági teljesítményét is befolyásolja.
Mint már említettük, műszaki szempontból az erőművi berendezés összetétele többféleképpen alakítható, így végső választása csak gazdasági szempontból indokolható.
Ugyanakkor rendkívül fontos az egyes motorok jellemzőinek ismerete, és ezeknek a leendő erőmű gazdasági teljesítményére gyakorolt hatásának ismerete. A gazdaságossági számítások elvégzésekor elkerülhetetlen a motorerőforrás, a karbantarthatóság, a nagyobb javítások időzítése és költségei figyelembe vétele. Ezek a mutatók is egyediek minden egyes motor esetében, függetlenül annak típusától.
Nem zárható ki a környezeti tényezők hatása az erőmű motorjainak megválasztására. A hajtómű típusának meghatározásában (bármilyen gazdasági megfontolástól függetlenül) fő tényező lehet a légkör állapota azon a területen, ahol az erőművet üzemeltetik.
Mint már említettük, a motorok és az ezeken alapuló erőművek költségeire vonatkozó adatokat nem teszik közzé. A berendezések gyártói vagy szállítói hivatkoznak a konfiguráció, a szállítási feltételek és egyéb okok lehetséges eltéréseire. Az árakat csak a vállalati kérdőív kitöltése után közöljük. Ezért az első táblázatban szereplő információ, amely szerint a legfeljebb 3,5 MW teljesítményű dugattyús motorok költsége alacsonyabb, mint az azonos teljesítményű gázturbinás motorok költsége, tévesnek bizonyulhat.
Következtetés
Így a 16 MW-ig terjedő egységteljesítmény-osztályban sem a gázturbinás, sem a dugattyús motorok nem részesíthetők egyértelműen előnyben. Csak egy adott erőmű várható működési módjainak alapos elemzése a villamosenergia- és hőtermelésre (az egyes motorok jellemzőinek és számos gazdasági tényező figyelembevételével) teljes mértékben indokolja a motortípus megválasztását. Egy erre szakosodott cég professzionális szinten tudja meghatározni a berendezés összetételét.
Hivatkozások
- Gabich A. Kis teljesítményű gázturbinás motorok alkalmazása az energiaszektorban // Gázturbinás technológiák. 2003, 6. sz. S. 30-31.
- Burov VD Kis teljesítményű gázturbinás és gázdugattyús erőművek // Bányászati magazin. 2004, különszám. 87-89.133.
- Gázturbinás berendezések katalógusa // Gázturbina technológiák. 2005. S. 208.
- Salikhov A. A., Fatkulin R. M., Abrakhmanov R. R., Shchaulov V. Yu. Mini-CHP fejlesztése gázdugattyús motorokkal a Baskír Köztársaságban. 2003, 11. sz. S. 24-30.
Ez a cikk kisebb változtatásokkal a "Turbines and Diesels" folyóirat 2006. évi 1. (2) számából származik.
Szerző - V.P. Vershinsky, OOO "Gazpromenergoservis".
Gritsyna V.P.
Az oroszországi villamosenergia-tarifák többszörös növekedésével összefüggésben sok vállalkozás fontolgatja saját kis teljesítményű erőművek építését. Számos régióban programokat dolgoznak ki kis vagy mini hőerőművek építésére, különösen az elavult kazánházak helyettesítésére. Egy új, akár 90%-os tüzelőanyag-felhasználási arányú CHP kiserőműben a test teljes termelési és fűtési felhasználása mellett az átvett villamos energia költsége lényegesen alacsonyabb lehet, mint az elektromos hálózatról átvett villamos energia költsége.
A kis hőerőművek építésére irányuló projektek mérlegelésekor az energetikai mérnököket és a vállalkozások szakembereit a nagyenergia-iparban elért mutatók vezérlik. A nagyüzemi energiatermelésben használható gázturbinák (GTU) folyamatos fejlesztése lehetővé tette azok hatásfokának akár 36%-os vagy annál is nagyobb növelését, a kombinált gőz-gáz ciklus (CCGT) alkalmazása pedig növelte a villamosenergia-hatékonyságot. hőerőművek akár 54% -57%.
A kisüzemi villamosenergia-iparban azonban nem célszerű megfontolni a kombinált CCGT-ciklusok összetett sémáinak villamosenergia-termelésre való alkalmazásának lehetőségét. Ezenkívül a gázturbinák a gázmotorokkal összehasonlítva, mint elektromos generátorok hajtásai jelentősen veszítenek hatékonyságuk és teljesítményük tekintetében, különösen alacsony (10 MW alatti) teljesítményen. Mivel hazánkban sem a gázturbinát, sem a gázdugattyús motort még nem alkalmazták elterjedten a kisüzemi helyhez kötött áramtermelésben, jelentős probléma a konkrét műszaki megoldás kiválasztása.
Ez a probléma a nagyüzemi energia esetében is aktuális, pl. villamosenergia-rendszerekhez. Modern gazdasági viszonyok között, forrás hiányában elavult projekteken nagy erőművek építésére, ami már az 5 éve tervezett 325 MW-os CCGT hazai projektjének tudható be. Az oroszországi energiarendszereknek és a RAO UES-nek kiemelt figyelmet kell fordítania a kisüzemi áramtermelés fejlesztésére, amelynek létesítményeiben olyan új technológiákat lehet kipróbálni, amelyek lehetővé teszik a hazai turbina- és gépgyártó üzemek újjáélesztésének megkezdését, ill. , a jövőben váltson nagy kapacitásra.
Az elmúlt évtizedben külföldön 100-200 MW teljesítményű nagy dízel- vagy gázmotoros hőerőművek épültek. A dízel- vagy gázmotoros erőművek (DTPP) elektromos hatásfoka eléri a 47%-ot, ami meghaladja a gázturbinák teljesítményét (36%-37%), de elmarad a CCGT-k teljesítményétől (51%-57%). A CCGT erőművek sokféle berendezést tartalmaznak: gázturbina, hulladékhőgőz kazán, gőzturbina, kondenzátor, vízkezelő rendszer (plusz nyomásfokozó kompresszor, ha alacsony vagy közepes nyomású földgázt égetnek el. A dízelgenerátorok működhetnek nehéz tüzelőanyaggal, amely 2-szer olcsóbb, mint a gázturbinás tüzelőanyag, és alacsony nyomású gázzal tud működni nyomásfokozó kompresszorok használata nélkül.Az S.E.M.T. PIELSTICK szerint a 20 MW teljesítményű dízel hajtómű üzemeltetésének összköltsége 15 év felett évben 2-szer kevesebb, mint egy azonos teljesítményű gázturbinás hőerőműnél, ha mindkét erőmű folyékony tüzelőanyagot használ.
A 22 MW-ig terjedő dízelmotorok ígéretes orosz gyártója a Brjanszki Gépgyár, amely akár 50%-ig megnövelt hatásfokkal rendelkező erőforrásokat kínál az ügyfeleknek akár 700 cSt viszkozitású nehéz tüzelőanyaggal történő üzemeltetéshez 50 °C-on. C és legfeljebb 5% kéntartalommal, valamint gáz-halmazállapotú tüzelőanyaggal történő üzemeltetéshez.
A nagy dízel hőerőmű választása előnyösebb lehet a gázturbinás erőművel szemben.
A 10 MW-nál kisebb egységteljesítményű kisüzemi áramtermelésben a modern dízelgenerátorok előnyei még hangsúlyosabbak.
Tekintsük a gázturbinás és gázdugattyús motoros hőerőművek három változatát.
A hőellátás miatti (eltérő villamos hatásfokú) erőművek első két lehetőségének tüzelőanyag-felhasználási tényezője elérheti a 80-94%-ot mind a gázturbinák, mind a motorhajtások esetében.
Az erőművek összes változatának jövedelmezősége elsősorban az "első szakasz" - az elektromos generátor meghajtásának - megbízhatóságától és hatékonyságától függ.
A kis gázturbinák használatának rajongói kampányolnak azok széles körű elterjedése mellett, megjegyezve a nagyobb teljesítménysűrűséget. Például az [1]-ben arról számolnak be, hogy az Elliot Energy Systems (1998-1999) 240 elosztóból álló elosztóhálózatot épít ki Észak-Amerikában, mérnöki és szerviztámogatást nyújtva "mikro" gázturbinák értékesítéséhez. A villamosenergia-hálózat 1998 augusztusában egy 45 kW-os turbinát rendelt szállításra. Azt is megállapították, hogy a turbina elektromos hatásfoka eléri a 17%-ot, és megjegyezte, hogy a gázturbinák megbízhatóbbak, mint a dízelgenerátorok.
Ez az állítás pont az ellenkezője!
Ha megnézed a táblázatot. 1. akkor látni fogjuk, hogy ilyen széles tartományban több száz kW-tól több tíz MW-ig a motorhajtás hatásfoka 13% -17%-kal magasabb. A "Vyartsilya" cég motorhajtásának jelzett erőforrása garantált erőforrást jelent a teljes erejéig nagyjavítás. Az új gázturbinák erőforrása kiszámított erőforrás, amelyet tesztek igazolnak, de nem a valós üzemben végzett munka statisztikák. Számos forrás szerint a gázturbinák erőforrása 30-60 ezer óra, a teljesítmény csökkenésével csökken. A külföldi gyártású dízelmotorok erőforrása 40-100 ezer óra vagy több.
Asztal 1
Fő Műszaki adatok generátor meghajtók
G-gázturbinás erőmű, D-gázdugattyús erőmű Vyartsilyában.
D - gázolaj a Gazprom katalógusból
* A tüzelőgáz szükséges nyomásának minimális értéke = 48 ATA!!
Teljesítmény jellemzők
Elektromos hatásfok (és teljesítmény) Värtsilä adatai szerint, ha a terhelést 100%-ról 50%-ra csökkentik, a gázmotorral hajtott elektromos generátor hatásfoka alig változik.
A gázmotor hatásfoka 25 °C-ig gyakorlatilag nem változik.
A gázturbina teljesítménye egyenletesen csökken -30°C-ról +30°C-ra.
40 °C feletti hőmérsékleten a gázturbina teljesítményének csökkenése (a névlegesről) 20%.
Kezdési idő gázmotor 0-tól 100%-os terhelésig kevesebb, mint egy perc és vészhelyzet 20 másodperc alatt. A gázturbina elindítása körülbelül 9 percet vesz igénybe.
Gázellátási nyomás gázturbinánál 16-20 bar legyen.
A gáznyomás a hálózatban egy gázmotornál 4 bar (abs), és akár 1,15 bar is lehet egy 175 SG motornál.
Tőkeberuházások egy körülbelül 1 MW teljesítményű hőerőműnél a Vartsila szakemberei szerint 1400 dollár/kW gázturbinás, 900 dollár/kW gázdugattyús erőmű esetén.
Kombinált ciklusú alkalmazás kis CHPP-knél egy további gőzturbina beépítése nem praktikus, mivel a teljesítménynövekedéssel mindössze másfélszeresére növeli a hő- és gépészeti berendezések számát, a turbinacsarnok területét és a karbantartók számát.
A CCGT kapacitásának 325 MW-ról 22 MW-ra való csökkenésével a Mashproekt atomerőmű (Ukrajna, Nikolaev) adatai szerint az erőmű front hatásfoka 51,5%-ról 43,6%-ra csökken.
A 20-10 MW teljesítményű (gázüzemanyagot használó) dízel erőforrás hatásfoka 43,3%. Meg kell jegyezni, hogy nyáron a dízelegységgel rendelkező CHPP-nél a melegvíz-ellátás a motor hűtőrendszeréből biztosítható.
A gázmotoros erőművek versenyképességére vonatkozó számítások azt mutatták, hogy a villamos energia költsége a kiserőművekben (1-1,5 MW) hozzávetőleg 4,5 cent/kWh, a nagy, 32-40 MW-os gázüzemű erőművekben 3, 8 US cent/kWh
Hasonló számítási módszer szerint a kondenzációs atomerőműből származó villamos energia körülbelül 5,5 US cent/kWh. , és a szén IES körülbelül 5,9 cent. US/kWh A széntüzelésű CPP-hez képest egy gázmotoros erőmű 30%-kal olcsóbban termel villamos energiát.
A mikroturbinákkal előállított villamos energia költségét más források szerint 0,06 és 0,10 USD/kWh közé becsülik
Egy komplett 75 kW-os gázturbinás generátor (USA) várható ára 40 000 dollár, ami megfelel a nagyobb (több mint 1000 kW-os) erőművek egységköltségének. A gázturbinás erőművek nagy előnye a kisebb méretek, a 3-szor kisebb tömeg.
Megjegyzendő, hogy az 50-150 kW teljesítményű, autómotorokra épülő, orosz gyártmányú elektromos generátoregységek fajlagos költsége többszöröse lehet az említett turbóblokkokénak (USA), tekintettel a motorok sorozatgyártására és az alacsonyabb teljesítményre. anyagok költsége.
Íme a dán szakértők véleménye, akik értékelik a kiserőművek megvalósításában szerzett tapasztalataikat.
"Egy 0,5-40 MW teljesítményű, kész, kulcsrakész földgázzal működő CHP erőműbe történő beruházás 6,5-4,5 millió dán korona/MW (1 korona körülbelül 1 rubelnek felelt meg 1998 nyarán) Kombinált ciklusú CHP erőművek 50 MW alatt 40-44%-os elektromos hatásfokot ér el.
A kenőolajok működési költségei, Karbantartás a CHP-k személyzetének fenntartása pedig eléri a 0,02 koronát a gázturbinák által termelt 1 kWh-ra. A gázmotoros CHP-erőműveknél az üzemeltetési költségek körülbelül 0,06 dat. korona per 1 kWh. A jelenlegi dán villamosenergia-árak mellett a gázmotorok nagy teljesítménye bőven ellensúlyozza magasabb működési költségeiket.
A dán szakemberek úgy vélik, hogy a legtöbb 10 MW alatti CHP-erőművet gázmotorral szerelik fel az elkövetkező években."
következtetéseket
Úgy tűnik, hogy a fenti becslések egyértelműen megmutatják az erőművek kis teljesítményű motorhajtásának előnyeit.
Jelenleg azonban a javasolt orosz gyártmányú földgázmotoros hajtás teljesítménye nem haladja meg a 800 kW-1500 kW teljesítményt (RUMO üzem, N-novgorodi és kolomnai gépgyár), és több üzem is kínál turbóhajtást. nagyobb teljesítmény.
Két gyár Oroszországban: üzem im. A Klimov (Szentpétervár) és a Perm Motors készen áll arra, hogy hulladékhő-kazánokkal ellátott mini-CHP teljes erőművet szállítson.
Regionális szervizközpont szervezése esetén a turbinák kis turbináinak karbantartási és javítási kérdései a turbina 2-4 órán belüli tartalékkal való cseréjével és a műszaki központ gyári körülményei között történő további javítással megoldhatók.
A gázturbinák hatásfoka jelenleg 20-30%-kal növelhető gőz teljesítménybefecskendezésével egy gázturbinába (STIG ciklus vagy gőz-gáz ciklus egy turbinában). A korábbi években ezt a műszaki megoldást a Nikolaevben (Ukrajna) található Vodolei erőmű teljes körű terepi tesztjein tesztelték az Atomerőmű Mashproekt és a PA Zarya, ami lehetővé tette a turbinaegység teljesítményének 16-ról 25 MW-ra való növelését, ill. a hatásfok 32 ,8%-ról 41,8%-ra nőtt.
Semmi sem akadályoz meg bennünket abban, hogy ezt a tapasztalatot kisebb kapacitásokba ültessük át, és így a CCGT-t soros szállításban alkalmazzuk. Ebben az esetben az elektromos hatásfokot a dízelmotorokéhoz hasonlítják, és a fajlagos teljesítmény annyira megnő, hogy tőkeberuházások akár 50%-kal is alacsonyabb lehet, mint a gázüzemű CHP-erőművekben, ami nagyon vonzó.
Ezt a felülvizsgálatot annak bemutatására végezték el, hogy az oroszországi erőművek építésének lehetőségeinek mérlegelésekor, és még inkább az erőművek építési programjának létrehozására vonatkozó irányvonalak mérlegelésekor nem az egyedi lehetőségeket kell figyelembe venni szervezetek kínálhatnak, de a kérdések széles skáláját figyelembe véve a hazai és regionális gyártók lehetőségeit és érdekeit.
Irodalom
1. Power Value, Vol.2, No.4, 1998. július/augusztus, USA, Ventura, CA.
A kis turbina piactér
Stan Price, Northwest Energy Efficiency Council, Seattle, Washington és Portland, Oregon
2. Új energiatermelési irányok Finnországban
ASKO VUORINEN, Assoc. tech. Sciences, Vartsila NSD Corporation JSC, "ENERGETIK" -1997.11. 22. oldal
3. Távfűtés. Technológiai kutatás és fejlesztés Dániában. Energiaügyi Minisztérium. Energiaügyi Igazgatóság, 1993
4. DÍZEL ERŐMŰVEK. S.E.M.T. PIELSTICK. POWERTEK 2000 kiállítási tájékoztató, 2000. március 14-17.
5. Az OAO GAZPROM üzemeiben használatra javasolt erőművek és elektromos blokkok. KATALÓGUS. Moszkva 1999
6. Dízel erőmű. Az OAO "Brjanszki Gépgyártó Üzem" kilátása. 1999 Kiállítási prospektus POWERTEK 2000/
7. NK-900E Blokk-moduláris hőerőmű. Az OJSC Samara Tudományos és Műszaki Komplexum V.I. N.D. Kuznyecova. POWERTEK 2000 kiállítási prospektus
45. § Turbinaberendezések
A tengeri turbinákat gőz vagy gáz hőenergiájának mechanikai munkává alakítására használják. A turbinában az energiaátalakítás módja nem függ a turbinában használt munkaközegtől. Ezért a gőzturbinákban végbemenő munkafolyamatok nem térnek el lényegesen a gázturbinákban végbemenő munkafolyamatoktól, a gőz- és gázturbinák tervezésének alapelvei megegyeznek.A vezetőlapátként szolgáló fúvókába belépő friss gőz vagy gáz kitágul, a potenciális energia mozgási energiává alakul, és a gőz vagy gáz jelentős sebességet vesz fel. A fúvókából való kilépéskor gőz vagy gáz jut be a turbina tengelyén ülő turbinatárcsa peremére szerelt munkalapátok csatornáiba. A munkaközeg rányomja a rotorlapátok ívelt felületeit, amitől a tárcsa a tengellyel együtt forog. A turbinatárcsán figyelembe vett ilyen vezetőlapátok (fúvókák) és rotorlapátok készletét ún. turbina fokozat. A csak egy fokozatú turbinákat hívják egyetlen szakasz nem úgy mint többlépcsős turbinák.
A turbinákat a munkafolyadék (gőz vagy gáz) működési elve szerint két fő csoportra osztják. Turbinák, amelyekben a gőz vagy gáz tágulása csak rögzített vezetőlapátokban történik, és csak azokat használják a rotorlapátokon kinetikus energia, hívják aktív. Turbinák, amelyekben a gőz vagy gáz tágulása mozgás közben is megtörténik a forgórészlapátok csatornáiban lévő munkafolyadékot ún reaktív. A turbinák csak egy irányba forognak, és nem reverzibilisek, azaz nem változtathatják meg a forgásirányt. Ezért a fő előremenő turbinákkal azonos tengelyen általában hátrameneti turbinákat helyeznek el. A hajó hátrameneti turbináinak teljesítménye nem haladja meg az előremenő turbinák teljesítményének 40-50%-át. Mivel ezeknek a turbináknak nem kell magas hatásfokkal működniük, a fokozatok száma kicsi bennük.
A 40-50 atm kezdeti gőznyomáson és 450-480°C gőzhőmérsékleten üzemelő tengeri gőzturbinás üzemek gazdaságossága 24-27%.
gazdasági(effektív) hatásfok a hasznos munkává alakított hő és az elfogyasztott tüzelőanyag teljes elégetése során keletkező hő aránya. A hatékony hatásfok jellemzi a motor hatásfokát. A nyomás 70-80 atm-re és a gőz hőmérséklete 500-550 ° C-ra növelve a gazdaságosság 29-31% -ra nő. A kezdeti gőznyomás további növelése és a berendezések javítása körülbelül 35%-kal növeli a tengeri gőzturbina üzem hatékonyságát.
A hajók gázturbinás erőműveivel (GTP) végzett munka lényegében még kísérleti jellegű, mivel sorozatos tervezésüket még nem készítették el.
gázturbina abban különbözik a gőztől, hogy munkafolyadéka nem kazánokból származó gőz, hanem speciális kamrákban az üzemanyag égésekor keletkező gázok.
A gázturbina felépítése és működése hasonló a gőzturbináéhoz. Aktívak vagy reaktívak, egytestűek, többtestűek stb. A gázturbinák magasabb hőmérsékleti terhelésben különböznek a gőzturbináktól: a forró gázok hőmérséklete 700-800 °C között van. hőmérsékleti rezsim csökkenti a gázturbinák üzemidejének erőforrásait.
A levegő sűrítésének és a forró gázok képződésének módjától függően az égésteres gázturbinás berendezések és a gázturbinás egységek szabaddugattyús gázgenerátorok(SPGG). A gázturbinák negatív minősége a nagy hőveszteség a kipufogógázok eltávolítása során.
A gázturbinák hatásfokának növelésének módszere a kipufogógáz-hő felhasználása az égéstérbe kerülő levegő felmelegítésére, az ún.
Az egyidejű, kétlépcsős légsűrítéssel történő regenerálás alkalmazása akár 28-30%-kal növeli a beépítés effektív hatásfokát. Az ilyen gázturbinákat hajóerőművekként használják.
Egy égésteres tengeri gázturbinás üzemben (69. ábra) légköri levegőt szívnak be, egy alacsony nyomású kompresszor 1 összenyomja, amely ugyanazon a tengelyen van elhelyezve, mint egy 5 gázturbina, majd a 2 hűtőszekrénybe küldik, lehűtik. tengervíz által. A lehűtött levegő belép a 3 nagynyomású kompresszorba, ahol ismét nagyobb nyomásra sűrítik, majd a 4 regenerátorba táplálják, ahonnan a kipufogógázok felmelegítik és a 6 égéstérbe kerül, ahol a oda szállított üzemanyag kiég. Az égéstermékek az 5 gázturbinában kitágulnak és a regenerátoron keresztül a hő egy részét a benne lévő levegőnek leadva a légkörbe kerülnek, vagy hulladékhő kazánban kerülnek felhasználásra.
Rizs. 69. Regeneráló és kétlépcsős légkompressziós gázturbinás üzem vázlata.
A gázturbinában kifejlesztett energiát nem használják fel teljesen a fő céljára, hanem részben a kompresszorok meghajtására fordítják. A gázturbina indításához villanymotorok indításával ki kell csavarni.
A szabaddugattyús gázgenerátorral (SPGG) rendelkező gázturbinás üzem egy aktív vagy sugárhajtású turbina és egy dízelhenger, amelyben tüzelőanyagot égetnek el. ábrán látható az SGSG-vel kombinált gázturbinás erőmű. 70.
Az 1 SPGG hengeren két 2 működő dugattyú van ugyanazon a pálcán, mint a 3 kompresszorok dugattyúi. A 11 fúvókán keresztül szállított levegő és üzemanyag keverék elégetésekor a hengerben lévő gázok kitágulnak, szétnyomva a dugattyúkat. Az 5 kompresszorhengerek 6 üregeiben vákuum jön létre, és a 7 szelepeken keresztül légköri levegő szívódik be. Ezzel egyidejűleg 4 kompresszorhenger üregében levegőt sűrítenek össze, és a munkadugattyúk visszatérnek eredeti helyzetükbe.
Amikor a hengerben a dugattyúk eltérnek, először a 9 kipufogóablak nyílik ki, majd átfújják az ablakokat 10. A kipufogógázok a kipufogóablakokon keresztül jutnak a 8 gyűjtőbe, onnan pedig a 12 gázturbinába.
A kompresszordugattyúk fordított lökete során a kipufogó- és öblítőablak bezárul, a 6. üregből levegőt fecskendeznek be az öblítőtartályba, és a munkahengerben lévő levegőt összenyomják. A kompresszió végén a levegő hőmérséklete megemelkedik, és a fúvóka által abban a pillanatban befecskendezett üzemanyag meggyullad. A szabaddugattyús gázgenerátor új működési ciklusa kezdődik.
Az ilyen, SGSG-vel kombinált gázturbinás erőművek effektív hatásfoka megközelíti a 40%-ot, ami előnyössé teszi a hajókra történő telepítést. Az SGSG-vel ellátott gázturbinás erőművek ígéretesek, és széles körben használják majd a hajókon főmotorként.
Rizs. 70. Szabaddugattyús gázgenerátorral (SPGG) rendelkező gázturbinás üzem vázlata.
A tengeri nukleáris létesítményeket hőenergia előállítására használják a hasadóelemek magjainak hasadása következtében, ami az atomreaktoroknak nevezett berendezésekben történik. Az ilyen felszereléssel rendelkező hajók hatótávolsága szinte korlátlan.
A maghasadási reakció során 1 kg urán felhasználása során felszabaduló energia megközelítőleg megegyezik 1400 tonna fűtőolaj elégetésével nyert energiával. A szállítóhajókon a nukleáris üzemanyag napi fogyasztását mindössze tíz grammra becsülik. A hajófedélzeti reaktorokban a fűtőelemek cseréjének időtartama két-három év. A nukleáris létesítmények nagy súlya ellenére, amelyet a biológiai védelem nagy súlya okoz, a nukleáris létesítményekkel rendelkező hajók teherbírása sokkal nagyobb, mint a hagyományos erőművekkel azonos méretű hajók teherbírása. E hajók teherbírásának növekedése a hagyományos üzemanyag hiányának köszönhető.
A hajók sebességének növelése érdekében az atomenergiával hajtott létesítmények használata gazdaságilag előnyös, lehetővé teszi az erőművek teljesítményének növelését súlyuk meredek növekedése nélkül. A fedélzeti nukleáris létesítmények döntő előnye, hogy működésük során nincs szükség levegőre. Ez a funkció megoldja a hajók víz alatti hosszú távú mozgásának problémáját. Mint ismeretes, a homogén környezetben víz alatt úszó hajók kisebb ellenállásba ütköznek, mint a felszíni hajók, ezért azonos motorteljesítmény mellett nagy sebességet is elérhetnek. A nagy vízkiszorítású víz alatti szállítások sokkal jövedelmezőbbek lehetnek, mint az azonos vízkiszorítású felszíni hajók.
A modern hajóreaktorok nukleáris üzemanyagaként mesterségesen dúsított uránt használnak, amely 3-5% U 235 izotópot tartalmaz.
A reaktor azon részét, ahol a láncreakció lezajlik, zónak nevezzük. Egy speciális anyagot vezetnek be ebbe a zónába - egy neutron moderátort, amely lelassítja a neutronok mozgását a hőmozgás sebességére. Moderátorként egyszerű vizet (H 2 0), nehézvizet (D 2 0), berilliumot vagy grafitot használnak.
A zóna típusa szerint a reaktorokat homogénre és heterogénre osztják. A homogén reaktorokban a nukleáris üzemanyag és a moderátor homogén keveréket alkotnak. Heterogén reaktorokban a nukleáris üzemanyag a moderátorban található, rudak vagy lemezek, úgynevezett fűtőelemek formájában. A hajó atomerőművekben csak egy típust használnak - heterogén reaktorokat.
A magreakció lezajlása során az energia mintegy 80%-a hővé alakul, 20%-a pedig sugárzás formájában szabadul fel (a, b és y), az a- és b-sugárzás nem jelent különösebb veszélyt. De az y-sugárzás és a neutronsugárzás, amelyek nagy áthatolóképességgel rendelkeznek, sok anyagban másodlagos sugárzást okoznak. Ezzel a sugárzással súlyos betegségek fordulnak elő az emberi szervezetben. Az ilyen sugárzás megelőzése érdekében az atomerőműveknek megbízható, úgynevezett biológiai védelemmel kell rendelkezniük. A biológiai védelem általában fémből, vízből és betonból készül, jelentős méretekkel és tömeggel rendelkezik.
A legerősebb és műszakilag legfejlettebb polgári hajókon működő tengeri atomerőmű a Lenin jégtörő erőműve, amely a világ legerősebb jégtörője.
Négy turbinájának teljesítménye 44 000 liter. Val vel.
A "Lenin" jégtörő fő erőműve a következő séma szerint készül (71. ábra). A jégtörőnek három reaktora van 1 nyomásstabilizátorokkal a primer körben. A moderátor és a hűtőfolyadék közönséges víz, körülbelül 200 atm nyomáson. A 3. gőzfejlesztőkbe körülbelül 325 °C hőmérsékletű reaktorvizet táplálnak be keringtető elektromos szivattyúk 4. A gőzfejlesztőkben a gőzt a második körből nyerik 29 atm nyomáson és 310 °C hőmérsékleten, ami négy gőzturbinás generátort hajt meg 5. A kipufogó gőz kondenzátum formájában halad át a 6 kondenzátorokon, és ismét felhasználják, zárt ciklusban végezve a munkát.
A reaktorokat, gőzfejlesztőket és zónaszivattyúkat biológiai védelem veszi körül egy vízréteggel és 300-420 mm vastag acéllemezekkel szemben.
A tengeri turbósugárhajtóműveket szárnyashajókban vagy speciális célú hajókban használják. A turbóhajtómű általános diagramja az ábrán látható. 72.
Rizs. 71. A "Lenin" jégtörő erőművének vázlata
Amikor a motor balra mozog (az A nyíl mentén), a levegő belép a házába, és az 1. turbófeltöltő összenyomja. A sűrített levegő a 2. égéskamrába kerül, amelyben az egyidejűleg betáplált üzemanyag eléget. A 2. kamrából az égéstermékek a 3. gázturbinába jutnak. A turbinában a gázok részben kitágulnak, ezáltal a turbófeltöltőt hajtják végre. A gáz további expanziója a 4-es fúvókában történik, ahonnan nagy sebességgel távozik a légkörbe. A kiáramló sugár reakciója biztosítja az edény mozgását.
A második világháborúban német tengeralattjárókon Walther-cikluson működő gőz-gázturbina üzemet használtak, hogy növeljék sebességüket víz alatt. Egy ilyen felszereléssel rendelkező hajó 5-6 órán keresztül képes nagy víz alatti sebességet kifejteni, akár 22-25 csomót is.
Az oxidálószer ebben a körfolyamatban a magas (80%-os) hidrogén-peroxid volt, amely katalizátor jelenlétében egy speciális kamrában vízgőzre és oxigénre bomlik, jelentős mennyiségű hőt szabadítva fel. Az égéstérben folyékony tüzelőanyagot égettek el oxigénben, egyidejűleg friss víz befecskendezésével ugyanoda. A keletkező gőz-gáz keverék energiája nagy nyomással és magas hőmérsékletű gőzturbinában használják. A kiégett gáz-gőz keveréket a kondenzátorban hűtötték le, ahol a vízgőz vízzé alakulva ismét bekerült a tápvíz rendszerbe, és szén-dioxidot szivattyúztak a fedélzetre.
Ezeknek a berendezéseknek a fő hátrányai a maximális sebességű csónakok rövid vitorlázási hatótávolsága, a megnövekedett tűzveszély a nagy mennyiségű hidrogén-peroxid csónakon való jelenléte miatt, normál működésük függése a merülési mélységtől, valamint a magas költségek. magáról a telepítésről és annak működéséről egyaránt.
Angliában a háború utáni években az Exilorer tengeralattjárót egy ilyen típusú erőművel építették. A tesztek során megállapították, hogy egy üzemóra költsége 12,5 kg arany költségének felel meg.
Előre
Tartalomjegyzék
Vissza
A gázturbinás üzemek működési elve
1. ábra. Egy tengelyű, egyszerű ciklusú gázturbinás motorral rendelkező gázturbinás egység vázlata
A gázturbinás tápegység kompresszorába (1) tiszta levegő kerül. Nagy nyomás alatt a kompresszor levegője az égéskamrába (2) kerül, ahol a fő tüzelőanyag, a gáz is betáplálódik. A keverék meggyullad. Gáz-levegő keverék elégetésekor az energia forró gázok áramlása formájában keletkezik. Ez az áramlás nagy sebességgel a turbinakerékhez (3) rohan, és elforgatja azt. A turbina tengelyén áthaladó forgási kinetikus energia hajtja meg a kompresszort és az elektromos generátort (4). Az áramfejlesztő kapcsairól a megtermelt villamos energia általában transzformátoron keresztül kerül az elektromos hálózatba, az energiafogyasztókhoz.
A gázturbinákat a Brayton termodinamikai ciklus írja le A Brayton/Joule ciklus egy termodinamikai ciklus, amely leírja a gázturbinás, turbó- és sugárhajtóműves belsőégésű motorok, valamint a gázturbinás külső égésű motorok működési folyamatait zárt körben gázhalmazállapotú (egyfázisú) munkafolyadék.
A ciklus George Brighton amerikai mérnökről kapta a nevét, aki feltalálta a dugattyús belső égésű motort, amely ezen a cikluson működött.
Néha ezt a ciklust Joule-ciklusnak is nevezik - James Joule angol fizikus tiszteletére, aki létrehozta a hő mechanikai megfelelőjét.
2. ábra. P,V diagram Brighton ciklus
Az ideális Brayton-ciklus a következő folyamatokból áll:
- 1-2 Izentropikus tömörítés.
- 2-3 Izobár hőbevitel.
- 3-4 Izentropikus tágulás.
- 4-1 Izobár hőelvonás.
Figyelembe véve a valós adiabatikus tágulási és összehúzódási folyamatok közötti különbségeket az izentropikusoktól, valós Brayton-ciklust konstruálunk (1-2p-3-4p-1 a T-S diagramon) (3. ábra).
3. ábra. T-S Brayton ciklusdiagram
Ideális (1-2-3-4-1)
Real (1-2p-3-4p-1)
Az ideális Brayton-ciklus termikus hatásfoka általában a következő képlettel fejezhető ki:
- ahol P = p2 / p1 - a nyomásnövekedés mértéke az izentropikus tömörítés folyamatában (1-2);
- k - adiabatikus index (levegő esetén 1,4)
Külön meg kell jegyezni, hogy a ciklus hatékonyságának ez az általánosan elfogadott módja elfedi a folyamatban lévő folyamat lényegét. A termodinamikai ciklus korlátozó hatásfokát a hőmérsékleti arányon keresztül számítjuk ki a Carnot-képlet segítségével:
- ahol T1 a hűtőszekrény hőmérséklete;
- T2 - a fűtőelem hőmérséklete.
Pontosan ugyanaz a hőmérsékleti arány fejezhető ki a ciklusban használt nyomásviszonyokkal és az adiabatikus indexszel:
Így a Brayton-ciklus hatékonysága pontosan ugyanúgy függ a ciklus kezdeti és végső hőmérsékletétől, mint a Carnot-ciklus hatékonysága. A (2-3) vonal mentén a munkafolyadék végtelenül csekély melegítésével a folyamat izotermnek tekinthető és teljesen egyenértékű a Carnot-ciklussal. A T3 munkaközeg melegítésének mértéke az izobár folyamatban meghatározza a ciklusban felhasznált munkaközeg mennyiségéhez viszonyított munka mennyiségét, de semmilyen módon nem befolyásolja a ciklus termikus hatásfokát. A ciklus gyakorlati megvalósítása során azonban a melegítést általában a lehető legmagasabb értékekre hajtják végre, amelyeket a felhasznált anyagok hőállósága korlátoz, annak érdekében, hogy minimalizálják a munkafolyadékot tömörítő és kiterjesztő mechanizmusok méretét.
A gyakorlatban a súrlódás és a turbulencia a következőket okozza:
- Nem adiabatikus kompresszió: adott össznyomásviszony mellett a kompresszor nyomóhőmérséklete magasabb az ideálisnál.
- Nem adiabatikus tágulás: bár a turbina hőmérséklete a működéshez szükséges szintre csökken, a kompresszort ez nem érinti, a nyomásviszony nagyobb, ennek következtében a tágulás nem elegendő a hasznos munka biztosításához.
- Nyomásveszteség a légbeszívásban, az égéstérben és a kimenetben: ennek következtében a tágulás nem elegendő a hasznos munkavégzéshez.
Mint minden ciklikus hőmotornál, minél magasabb az égési hőmérséklet, annál nagyobb a hatásfok. A korlátozó tényező a motort alkotó acél, nikkel, kerámia vagy egyéb anyagok hő- és nyomásálló képessége. A mérnöki munka nagy része a turbina egyes részeiből történő hő eltávolítására irányul. A legtöbb turbina a hőt is megpróbálja visszanyerni az egyébként elpazarolt kipufogógázokból.
A rekuperátorok olyan hőcserélők, amelyek az égés előtt a kipufogógázokból a sűrített levegőbe továbbítják a hőt. A kombinált ciklusban a hő a gőzturbinás rendszerekbe kerül. A kapcsolt hő- és villamosenergia-termelésben (CHP) pedig a hulladékhőt melegvíz előállítására használják fel.
Mechanikailag a gázturbinák lényegesen egyszerűbbek lehetnek, mint a dugattyús belső égésű motorok. Az egyszerű turbináknak egy mozgó része lehet: tengely/kompresszor/turbina/alternatív forgórész szerelvény (lásd az alábbi képet), az üzemanyagrendszert nem beleértve.
4. ábra. Ez a gép egyfokozatú radiális kompresszorral rendelkezik,
turbina, rekuperátor és légcsapágyak.
A bonyolultabb turbinák (a modern sugárhajtóművekben használtak) több tengelyt (tekercset), több száz turbinalapátot, mozgó állórészlapátot, valamint összetett csővezetékeket, égéstereket és hőcserélőket tartalmazhatnak.
Általános szabály, hogy minél kisebb a motor, annál nagyobb a tengely(ek) fordulatszáma a lapátok maximális lineáris sebességének fenntartásához.
A turbinalapátok maximális fordulatszáma határozza meg az elérhető maximális nyomást, ami a motor méretétől függetlenül maximális teljesítményt eredményez. A sugárhajtómű körülbelül 10 000, a mikroturbina pedig körülbelül 100 000 fordulat / perc fordulatszámmal forog.
