Строительство дач
Отделочные работы
Песок карьерный мытый
Щебень известняковый
Гранитный щебень
Коттеджные поселки
Ландшафтное проектирование
Архитектурное проектирование
Проектирование канализации
Реконстукция зданий

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Газовые электростанции принцип работы


принцип работы, особенности и преимущества — Статьи — enprom-energy.com

19 августа 2019 г.

Содержание:

  1. Виды газопоршневых генераторов
  2. Особенности ГПЭС
  3. Принцип работы
  4. Описание конструкции
  5. Преимущества использования ГПЭС
  6. Область применения

Газопоршневая электростанция представляет собой систему генерации, вырабатывающую электричество в автономном режиме. Есть модели, обеспечивающие выработку не только электрической, но и тепловой энергии.

Виды газопоршневых генераторов

В зависимости от режима работы и вырабатываемой энергии газогенераторы разделяются на два основных вида:

  • Когенерационная система. Данный тип вырабатывает два вида энергии: электричество и тепло. Общий КПД на выходе достигает 90%. Такие газогенераторы самые распространенные.
  • Тригенерационная установка. При работе оборудования этого типа генерируется 3 вида энергии, направленных на выработку электричества, тепла и холода. Такой генератор может работать в холодный период на обогрев помещения, в жаркие дни обеспечивать работу вентиляционных систем.

Газовые электростанции с поршневым двигателем отличаются по виду используемого топлива. Для работы может использоваться:

  • Газ с высокой теплотворной способностью (бутан, факельный, пропан).
  • Сжиженный или магистральный природный газ.
  • Газ с низкой степенью детонации и невысоким содержанием метана.
  • Попутный газ нефтяных продуктов.
  • Промышленный (коксовый, пиролизный, производные сточных вод, шахтный и т.д.).

Для бесперебойной работы установки не требуется большого количества топлива, при этом достигается высокий КПД.

Особенности ГПЭС

Газопоршневые электростанции имеют относительно небольшие размеры и вес. Благодаря минимальному уровню производимого шума и вибрации ее можно устанавливать на территории предприятия или в городских районах без дополнительных зон отчуждения.

Вне зависимости от типа генерации энергии и его дальнейшего использования все газопоршневые электростанции имеют базовый принцип выработки энергии. По расчетам специалистов, выработка тепла на типовых газогенераторах позволяет генерировать порядка 40% электроэнергии. Остальное тепло уходит в окружающую среду.

Иными словами, только половина вырабатываемой энергии идет на получение электричества. Но конструкция электростанции такова, что позволяет эффективно расходовать тепло на обогрев помещений. При этом каждый вид станции разрабатывается с учетом предполагаемых графиков нагрузки потребителя.

Принцип работы

Электрогенераторы с поршневой системой работают по следующему принципу:

  • В камере с помощью свечи зажигания воспламеняется газовое топливо.
  • В процессе сгорания выделяется энергия, которая приводит в движение коленчатый вал двигателя.
  • Коленвал приводит в движение генератор электрического тока, вырабатывающий энергию.

Установка способна работать на природном газе, пропане, бутане, промышленных и попутных нефтяных газах.

Когенерационные станции - самый распространенный тип ГПУ: наряду с генерацией электричества вырабатывается теплоэнергия, которая может быть использована для нагрева воды и образования пара. Принцип работы этого типа станции:

  • Холодная вода, циркулирующая по закрытому контуру, охлаждает двигатель, при этом происходит ее нагрев.
  • После прохождения по системе жидкость направляется в теплообменник.
  • На последней стадии теплоноситель попадает в котел.

Данный тип устройств нередко используется в жилых комплексах, обеспечивая население электричеством, горячей водой и теплом.

Тригенерационные комплексы способны вырабатывать холод. Принцип работы тригенерационной установки основан на той же схеме утилизации тепловой энергии, только в больших объемах. Для сбора холодных потоков и их дальнейшего распределения по системе используют компрессорные кондиционеры. При этом в чиллерах для охлаждения воды применяют уже отработанную теплую воду и пар.

Описание конструкции

Устройство состоит из следующих элементов:

  • Газопоршневой двигатель.
  • Синхронный генератор. Он соединен с мотором пальцевой муфтой.
  • Вентилятор. Привод работает от коленвала посредством клиноременной передачи.
  • Радиатор.
  • Вспомогательные элементы (фильтры очистки воздуха, контрольные датчики, и т.д.).

Система зажигания обеспечивает воспламенение горючего в цилиндрах. Для этого используются свечи. Они располагаются в центральной части блока. Такое расположение обеспечивает лучшие условия сгорания топлива. Двигатель работает на батарейной системе зажигания. Она состоит из:

  • Свечей.
  • Электрических проводов.
  • Источника питания.
  • Прерывателя-распределителя.

Преимущества использования ГПЭС

В настоящее время газовые электростанции широко востребованы предприятиями жилищно-коммунального хозяйства, эффективны в промышленном производстве, сырьевой, угледобывающей сфере. Их эксплуатационные характеристики обеспечивают выполнение работы с высоким КПД.

Такая популярность станций с газопоршневым двигателем достигается благодаря множеству преимуществ:

  • Устройство имеет высокий показатель выработки тепловой энергии в сравнении с турбинами и дизельными системами, предназначенными для работы с малыми мощностями.
  • Оборудование устойчиво к температурным перепадам и неблагоприятным условиям окружающей среды.
  • Есть возможность использовать разные варианты топлива, что делает станции универсальными.
  • Низкий уровень выброса вредных веществ.
  • Высокий коэффициент эффективности при работе без сопутствующих энергопотерь.
  • Автоматизированная система защиты от перегрева.
  • Различные проектные возможности, позволяющие создать модель, идеально подходящую под запросы клиента.
  • Длительный срок эксплуатации.
  • Возможность снижения затрат на энергопотребление.
  • Лучшее соотношение технических параметров и цены.

Небольшие размеры ГПЭС позволяют удобно располагать ее на территории предприятия или в непосредственной близости к нему. При этом отпадает необходимость проведения дорогостоящих линий электропередач и установки трансформаторного оборудования. Это позволяет снизить расходы и создать надежный автономный источник энергии для предприятия.

Область применения

Электростанции на газопоршневом двигателе активно используются там, где необходима бесперебойная выработка энергии. Благодаря способности к автономной работе данные установки можно устанавливать в отдаленных районах, где сложно провести коммуникационные системы.

Широкий диапазон используемого сырья для топлива, высокие эксплуатационные характеристики позволяют использовать газовые генераторы в:

  • Нефтегазовой и угольной промышленности (буровые платформы и скважины).
  • Металлургии.
  • Животноводстве, растениеводстве.
  • Котельных, насосных станциях.
  • Жилищно-коммунальной сфере.
  • В качестве резервного или вспомогательного оборудования медицинских учреждений, аэропортов, системах жизнеобеспечения.

Использование метана в качестве сырья позволяет эффективно работать предприятиям, добывающим каменный уголь. Для уменьшения вредных выбросов углекислого газа используют газопоршневые системы в местах скопления мусора.

Многие коммерческие предприятия, офисные и торговые центры, государственные учреждения стараются уменьшить свои затраты на электричество за счет установки газогенератора с комбинированной системой выработки тепла и электроэнергии.

Газопоршневые электростанции широко распространены по всей территории страны, способствуя плодотворной работе различных предприятий и комфортной жизни людей.

Обзор электростанции с комбинированным циклом

Газовая турбина с комбинированным циклом

Электростанция с комбинированным циклом или газовая турбина с комбинированным циклом , газотурбинный генератор вырабатывает электроэнергию, а отработанное тепло используется для производства пара для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровой турбины.

Обзор электростанции с комбинированным циклом (фоторепортаж: businesswire.com)

Газовая турбина является одной из наиболее эффективных для преобразования газового топлива в механическую или электрическую энергию.Использование жидкого дистиллятного топлива, обычно дизельного, также распространено в качестве альтернативного топлива.

В последнее время, когда эффективность простых циклов повысилась, а цены на природный газ упали, газовые турбины стали более широко использоваться для выработки электроэнергии при базовой нагрузке, особенно в режиме комбинированного цикла, где отработанное тепло регенерируется в котлах-утилизаторах, а пар используется для производства дополнительной электроэнергии.

Эта система известна как комбинированный цикл . Основной принцип комбинированного цикла прост: при сжигании газа в газовой турбине (ГТ) вырабатывается не только мощность, которая может быть преобразована в электроэнергию с помощью связанного генератора, но и довольно горячие выхлопные газы.

При прохождении этих газов через теплообменник с водяным охлаждением образуется пар, который может быть превращен в электроэнергию с помощью паровой турбины и генератора.

Рисунок - Схема электростанции с комбинированным циклом

Электростанция такого типа устанавливается во все большем количестве по всему миру, где есть доступ к значительным количествам природного газа.

Электростанция с комбинированным циклом обеспечивает высокую выходную мощность при высокой эффективности (до 55%) и с низким уровнем выбросов.На обычной электростанции мы получаем 33% электроэнергии только и оставшиеся 67% как отходы .

Используя электростанцию ​​комбинированного цикла, мы получаем 68% электроэнергии .

Также возможно использовать пар из котла для отопления , чтобы такие электростанции могли работать для выработки электроэнергии в одиночку или в режиме комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ).


Механизм

Электростанция с комбинированным циклом, как следует из названия, объединяет существующие газовые и паровые технологии в одну единицу, обеспечивая значительное улучшение теплового кпд по сравнению с обычной паровой установкой.На установке ПГУ тепловая эффективность увеличивается примерно до 50-60 процентов за счет подачи выхлопных газов из газовой турбины в парогенератор с рекуперацией тепла.

Однако тепла, извлекаемого в этом процессе, достаточно для работы паровой турбины с электрической мощностью, составляющей приблизительно 50 процентов от газотурбинного генератора.

Газовая турбина и паровая турбина соединены с одним генератором. Для запуска или ‘ с открытым циклом ‘ для работы только газовой турбины паровая турбина может быть отключена с помощью гидравлической муфты.С точки зрения общих инвестиций, стоимость системы с одним валом, как правило, примерно на 5 процентов ниже, а ее простота в эксплуатации обычно приводит к повышению надежности.

3-е моделирование электростанции с комбинированным циклом

Принцип работы завода CCTG

Первый шаг аналогичен газотурбинной установке простого цикла. Газовая турбина с открытым контуром имеет компрессор, камеру сгорания и турбину. Для этого типа цикла температура на входе в турбину очень высокая.Температура на выходе дымовых газов также очень высокая.

Следовательно, это достаточно высоко, чтобы обеспечить тепло для второго цикла, в котором в качестве рабочего тела используется пар, то есть тепловая электростанция.

Рисунок - Принцип работы газотурбинной установки с комбинированным циклом (CCTG)

Воздухозаборник

Этот воздух забирается через большую секцию впуска воздуха, где он очищается, охлаждается и контролируется. Сверхмощные газовые турбины могут успешно работать в самых разных климатических условиях и в условиях окружающей среды благодаря системам фильтрации воздуха на входе, которые специально спроектированы с учетом местоположения установки.

В нормальных условиях впускная система имеет возможность обрабатывать воздух, удаляя загрязнения до уровней ниже тех, которые вредны для компрессора и турбины.

Обычно поступающий воздух имеет различные загрязнения. Они:

В газообразном состоянии загрязняющими веществами являются:

• Аммиак
• Хлор
• Углеводородные газы
• Сера в виде h3S, SO2
• Выпуск из вентиляционных отверстий маслоохладителя

В жидком состоянии загрязняющими веществами являются:

• Соли хлоридов, растворенные в воде (натрий, калий)
• Нитраты
• Сульфаты
• Углеводороды

В твердом состоянии загрязняющими веществами являются:

• Песок, глинозем и кремнезем
• Ржавчина
• Дорожная пыль, глинозем и кремнезем
• Сульфат кальция
• Соединения аммиака при производстве удобрений и кормов для животных
• Растительность, находящиеся в воздухе семена

Агенты, вызывающие коррозию:
Хлориды, нитраты и сульфаты могут откладываться на лопатках компрессора и могут привести к коррозии под напряжением и / или вызвать коррозию.Натрий и калий - это щелочные металлы, которые могут соединяться с серой с образованием коррозионно-активных веществ и воздействовать на участки пути горячего газа. Загрязнения удаляются, проходя через различные типы фильтров, которые присутствуют на пути.

Загрязнения газовой фазы, такие как аммиак или сера, не могут быть удалены фильтрацией. Для этого используются специальные методы.


Турбинный цикл

Воздух, который очищается, затем сжимается и смешивается с природным газом и воспламеняется, что вызывает его расширение.Давление, создаваемое расширением, вращает лопасти турбины, которые прикреплены к валу и генератору, создавая электричество.

На втором этапе тепло выхлопа газовой турбины используется для генерации пара путем пропускания его через парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG) с температурой живого пара в интервале от 420 до 580 ° C .


Парогенератор с рекуперацией тепла

В парогенераторе с рекуперацией тепла высокоочищенная вода течет по трубам, а горячие газы пропускают вокруг нее и образуют пар.Затем пар вращает паровую турбину и связанный генератор для производства электричества. Горячие газы покидают HRSG при температуре около 140 градусов по Цельсию и выбрасываются в атмосферу.

Система конденсации пара и воды такая же, как на паровой электростанции.


Типичные размеры и конфигурация установок ПГУ

Система комбинированного цикла включает в себя одновальных и многовальных конфигураций . Одновальная система состоит из одной газовой турбины, одной паровой турбины, одного генератора и одного парогенератора с рекуперацией тепла (HRSG), причем газовая турбина и паровая турбина соединены с одним генератором на одном валу.

Многооборотные системы имеют один или несколько газотурбинных генераторов и HRSG, которые подают пар через общий коллектор в отдельный одиночный паровой турбогенератор. С точки зрения общих инвестиций стоимость многооборотной системы примерно на 5% выше.

Главным недостатком многоступенчатой ​​электростанции с комбинированным циклом является то, что число паровых турбин, конденсаторов и конденсатных систем и, возможно, градирен и систем оборотной воды увеличивается в соответствии с количеством газовых турбин.


Эффективность установки ПГУ

Примерно в цикле паровой турбины вырабатывается одна треть мощности , а в цикле газовой турбины вырабатывается две трети выходной мощности CCPP. Комбинируя газовый и паровой циклы, можно достичь высоких входных и низких выходных температур. Эффективность циклов добавляет, потому что они питаются от одного и того же источника топлива.

Для повышения эффективности энергосистемы необходимо оптимизировать HRSG, который служит критической связью между циклом газовой турбины и циклом паровой турбины с целью увеличения производительности паровой турбины.Работа HRSG оказывает большое влияние на общую производительность электростанции с комбинированным циклом.

Электрический КПД электростанции с комбинированным циклом может достигать 58 процентов при работе на новой и с непрерывной мощностью, которые являются идеальными условиями. Как и в случае единичных тепловых блоков, комбинированные циклы могут также поставлять низкотемпературную тепловую энергию для промышленных процессов, централизованного теплоснабжения и других целей. Это называется когенерацией, и такие электростанции часто называют комбинированными теплоэлектростанциями (ТЭЦ).

Эффективность CCPT повышается за счет дополнительного обжига и охлаждения лезвий. Дополнительная стрельба устроена в HRSG и в газовой турбине, часть потока сжатого воздуха обходит и используется, чтобы охладить лопатки турбины. Необходимо использовать часть энергии выхлопных газов через газ для рекуперации газа. Рекуперация может еще больше повысить эффективность установки, особенно когда газовая турбина работает при частичной нагрузке.


Топливо для установок CCPT

Турбины, используемые в установках с комбинированным циклом, обычно работают на природном газе, и они более универсальны, чем уголь или нефть, и могут использоваться в 90% энергетических применений.Установки с комбинированным циклом обычно работают на природном газе, хотя можно использовать мазут, синтез-газ или другие виды топлива.


Контроль выбросов

Селективное каталитическое восстановление (SCR):

  • Для контроля выбросов в выхлопных газах, чтобы они оставались в пределах допустимых уровней при поступлении в атмосферу, выхлопные газы проходят через два катализатора, расположенных в HRSG.
  • Один катализатор контролирует выбросы окиси углерода (CO), а другой катализатор контролирует выбросы оксидов азота (NOx).Водный аммиак - В дополнение к SCR, водный аммиак (смесь 22% аммиака и 78% воды) впрыскивается в систему для еще большего снижения уровня NOx.

заслуги

Топливная эффективность

В обычных электростанциях турбины имеют эффективность преобразования топлива 33% , что означает две трети топлива, сгоревшего, чтобы привести турбину в действие. Турбины в электростанции с комбинированным циклом имеют эффективность преобразования топлива 50% или более , что означает, что они сжигают около половины количества топлива, как обычная установка, для выработки такого же количества электроэнергии.


Низкие капитальные затраты

Капитальные затраты на строительство установки комбинированного цикла составляют две трети капитальных затрат на сопоставимый угольный завод.


Коммерческая доступность

Агрегаты комбинированного цикла имеются в продаже у поставщиков в любой точке мира. Они легко изготавливаются, отправляются и транспортируются.


Обильные источники топлива

Турбины, используемые в установках с комбинированным циклом, работают на природном газе, который более универсален, чем уголь или нефть, и может использоваться в 90% энергетических публикаций.Чтобы удовлетворить потребность в энергии, сегодня однодневные заводы используют не только природный газ, но и другие альтернативы, такие как биогаз, получаемый из сельского хозяйства.


Снижение выбросов и расхода топлива

Установки с комбинированным циклом потребляют меньше топлива на кВтч и производят меньше выбросов, чем обычные тепловые электростанции, тем самым уменьшая ущерб окружающей среде, вызванный производством электроэнергии. По сравнению с угольной электростанцией сжигание природного газа в CCPT намного чище.


Потенциальные приложения в развивающихся странах

Потенциал для парогазовой установки есть в отраслях, где требуется электричество, тепло или стебель.Например, обеспечение электричеством и паром сахарного завода.


Недостатки

  1. Газовая турбина может использовать только природный газ или высококачественные масла, такие как дизельное топливо.
  2. Из-за этого комбинированный цикл может работать только в местах, где эти виды топлива доступны и экономически эффективны.

Выводы

Электростанции с комбинированным циклом отвечают растущим потребностям в энергии, и, следовательно, особое внимание должно быть уделено оптимизации всей системы .Разработки по газификации угля и использованию в газовой турбине находятся на продвинутой стадии.

Как только это будет доказано, уголь как основное топливо может также использовать электростанции с комбинированным циклом для удовлетворения растущих потребностей в энергии, которые будут использоваться на электростанции с комбинированным циклом.

Достижения в когенерации - процесс одновременного производства полезного тепла и электроэнергии из одного и того же источника топлива - который увеличивает эффективность сжигания топлива с 30% до 90%, тем самым уменьшая ущерб окружающей среде, одновременно увеличивая экономическую производительность за счет более эффективного использования Ресурсы.

,

Газовые электростанции

  • Домой
  • морской
  • энергии
    • На пути к 100% возобновляемой энергии
    • Исследуйте решения
    • Работать и поддерживать
    • Решения по отраслям
    • Выучить больше
      • Технические сравнения
      • Ссылки
        • Независимые производители электроэнергии
        • Горное дело и цемент
        • Нефтяной газ
          • Tornio Manga LNG Terminal, Торнио, Финляндия
        • Другие промышленные
        • коммунальные услуги
          • Alteo Group, Венгрия
          • Станция Антилопы, Техас, США
          • Арун, Суматра, Индонезия
          • Centrica, Великобритания
          • ДРЕВАГ, Германия
          • Станция генерации Эклутна Палмер, Аляска, США
          • Калум 5, Гвинейская Республика
          • Kiisa ERPP I & II
          • Кипеву II-III, Кения
          • Крафтверке Майнц-Висбаден АГ
          • Макухари, Япония
          • Маркетт Энерджи Центр, США
          • Станция Пирсолл, Техас, США
.

Как работают газотурбинные электростанции

Вы здесь

Главная »Как работают газотурбинные электростанции

Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном они состоят из трех основных частей:

  • Компрессор , который втягивает воздух в двигатель, создает его давление и подает его в камеру сгорания со скоростью сотен миль в час.
  • Система сгорания , как правило, состоит из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где он смешивается с воздухом. Смесь сжигается при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется высокотемпературный газовый поток высокого давления, который входит и расширяется через секцию турбины.
  • Турбина представляет собой сложный набор чередующихся неподвижных и вращающихся лопастей аэродинамического профиля. Когда горячий газ сгорания расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти.Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят компрессор в действие, чтобы подавать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для выработки электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) двигатели с воздушным двигателем. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким отношением давления (обычно ниже 20) и имеют тенденцию быть физически большими. Коэффициент давления - это отношение давления нагнетания компрессора и давления воздуха на входе.Как следует из названия, авиационные двигатели производятся от реактивных двигателей и работают при очень высоких степенях сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большим каркасом имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низких выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключей к топливной эффективности турбины является температура, при которой она работает.Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной эксплуатации. Газ, протекающий через типичную турбину электростанции, может быть горячим до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые критические металлы в турбине могут выдерживать температуры только до 1500-1700 градусов по Фаренгейту. Поэтому воздух из компрессора может использоваться для охлаждения ключевые компоненты турбины, снижающие предельный тепловой КПД.

Одним из главных достижений передовой программы турбины Министерства энергетики было преодоление прежних ограничений температуры турбины, используя комбинацию инновационных технологий охлаждения и передовых материалов.Усовершенствованные турбины, разработанные в рамках исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту - почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь КПД до 60 процентов.

Еще один способ повысить эффективность - установить рекуператор или парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG) для рекуперации энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого воздуха компрессора перед его поступлением в камеру сгорания.HRSG генерирует пар, улавливая тепло от выхлопа турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы с рекуперацией тепла. Пар высокого давления из этих котлов может использоваться для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация, называемая комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать эффективности преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. При более высоких температурах, достигнутых в рамках турбинной программы Министерства энергетики, будущие газотурбинные установки с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут КПД 60 и более процентов.Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или в промышленных целях, общая эффективность энергетического цикла может приближаться к 80 процентам.

,

Смотрите также

Поиск