Din păcate, tranziția către construcția de CHPP-uri cu ciclu combinat (CCGT CHPPs) în locul turbinelor cu abur a condus la o scădere și mai accentuată a generării de căldură în producția totală de energie. Aceasta, la rândul său, duce la o creștere a intensității energetice a PIB-ului și o scădere a competitivității produselor autohtone, precum și la o creștere a costului locuințelor și serviciilor comunale.

¦ randament ridicat de producere a energiei electrice la CCE CCGT conform ciclului de condensare pana la 60%;

¦ Dificultăți în localizarea CET CCGT în condiții de dezvoltare urbană densă, precum și creșterea alimentării cu combustibil a orașelor;

¦ Conform tradiției consacrate, CET CCGT sunt echipate, precum și stațiile cu turbine cu abur, cu turbine de cogenerare de tip T.

Construcția unei centrale de cogenerare cu turbine de tip P din anii 1990. secolul trecut, practic a fost întreruptă. În vremurile pre-perestroika, întreprinderile industriale reprezentau aproximativ 60% din încărcătura termică din orașe. Nevoia lor de căldură pentru implementarea proceselor tehnologice în cursul anului a fost destul de stabilă. În orele de vârf de dimineață și seară în consumul de energie urbană, vârfurile de alimentare au fost atenuate prin introducerea unor regimuri adecvate de limitare a furnizării de energie electrică a întreprinderilor industriale. Instalarea turbinelor de tip P la CET a fost justificată din punct de vedere economic datorită costului mai mic și a utilizării mai eficiente a resurselor energetice în comparație cu turbinele de tip T.

În ultimii 20 de ani, din cauza scăderii puternice a producției industriale, regimul de aprovizionare cu energie a orașelor s-a schimbat semnificativ. În prezent, CET-urile orașului funcționează conform programului de încălzire, în care sarcina termică de vară este de doar 15-20% din valoarea calculată. Programul zilnic de consum de energie electrică a devenit mai inegal din cauza includerii sarcinii electrice de către populație în orele de seară, care este asociată cu o creștere masivă a furnizării de aparate electrocasnice a populației. În plus, egalizarea programului de consum de energie prin introducerea de restricții corespunzătoare asupra consumatorilor industriali din cauza ponderii lor mici în consumul total de energie s-a dovedit a fi imposibilă. Singura modalitate nu foarte eficientă de a rezolva problema a fost reducerea maximului seara prin introducerea unor tarife reduse pe timp de noapte.

Prin urmare, în instalațiile de cogenerare cu turbine cu abur cu turbine de tip P, unde generarea de energie termică și electrică este strict interconectată, utilizarea unor astfel de turbine s-a dovedit a fi neprofitabilă. Turbinele cu contrapresiune sunt acum produse doar la putere redusă pentru a îmbunătăți eficiența cazanelor urbane cu abur prin trecerea lor în modul de cogenerare.

O astfel de abordare stabilită a fost păstrată și la construcția CET CCGT. În același timp, nu există o relație rigidă între furnizarea de căldură și energie electrică în ciclul combinat. La aceste statii cu turbine de tip P, acoperirea sarcinii electrice maxime seara poate fi realizata prin cresterea temporara a ofertei de energie electrica in ciclul turbinei cu gaz. O scădere pe termen scurt a alimentării cu căldură a sistemului de alimentare cu căldură nu afectează calitatea încălzirii datorită capacității de stocare a căldurii a clădirilor și a rețelei de încălzire.

Schema schematică a CCGT CHPP cu turbine de contrapresiune include două turbine cu gaz, un cazan de căldură reziduală, o turbină de tip P și un cazan de vârf (Fig. 2). Cazanul de vârf, care poate fi instalat în afara amplasamentului CCGT, nu este prezentat în diagramă.

Din fig. 2, se poate observa că CCGT CHPP constă dintr-o centrală cu turbină cu gaz formată dintr-un compresor 1, o cameră de ardere 2 și o turbină cu gaz 3. schimbătoare de căldură în care apa este încălzită, aburul este separat în butoaie de joasă presiune 7 și înaltă. presiunea 8, este trimisă la o unitate de turbină cu abur (STP) 11. Mai mult, aburul saturat de joasă presiune intră în secțiunea intermediară a STP, iar aburul de înaltă presiune este preîncălzit în cazanul de căldură reziduală și trimis la șeful STP. Ieșirea din STP este condensată în schimbătorul de căldură cu apă din rețea 12 și este trimisă de pompele de condens 13 către încălzitorul de gaz condens 14, apoi trimis la dezaeratorul 9 și de la acesta la CU.

Cu o sarcină termică care nu o depășește pe cea de bază, stația funcționează complet conform programului de încălzire (ATES=1). Dacă sarcina termică depășește sarcina de bază, cazanul de vârf este pornit. Cantitatea necesară de energie electrică provine din surse externe de generare prin rețelele electrice ale orașului.

Cu toate acestea, sunt posibile situații când cererea de energie electrică depășește volumul furnizării acesteia din surse externe: în zilele geroase cu creșterea consumului de energie electrică la aparatele de încălzire casnice; în caz de accidente la instalaţiile de generare şi în reţelele electrice. În astfel de situații, capacitatea turbinelor cu gaz în abordarea tradițională este strâns legată de performanța cazanului de căldură reziduală, care la rândul său este dictată de nevoia de energie termică în conformitate cu programul de încălzire și poate să nu fie suficientă pentru a îndeplini cererea crescută de energie electrică.

Pentru a acoperi penuria de energie electrică care a apărut, turbina cu gaz trece parțial la evacuarea produselor de ardere reziduale, pe lângă cazanul de căldură reziduală, direct în atmosferă. Astfel, CCGT CHPP este transferat temporar într-un regim mixt - cu ciclu combinat și cicluri cu turbină cu gaz.

Se știe că instalațiile cu turbine cu gaz au o manevrabilitate ridicată (rata de câștig și pierdere a puterii electrice). Prin urmare, chiar și în perioada sovietică, acestea trebuiau utilizate, împreună cu stațiile de pompare-stocare, pentru a netezi regimul de alimentare cu energie.

În plus, trebuie menționat că puterea dezvoltată de aceștia crește odată cu scăderea temperaturii exterioare, iar consumul maxim de energie se observă la temperaturi scăzute din sezonul cel mai rece. Acest lucru este prezentat în tabel.

Când puterea atinge mai mult de 60% din valoarea calculată, emisiile de gaze nocive NOx și CO sunt minime (Fig. 3).

În perioada de neîncălzire, pentru a preveni o scădere a puterii turbinelor cu gaz cu peste 40%, una dintre ele este oprită.

Creșterea eficienței energetice a CHPP poate fi realizată prin furnizarea centralizată de refrigerare a microdistrictelor urbane. În situații de urgență la CHPP CCGT, este recomandabil să construiți turbine cu gaz de capacitate redusă în clădiri separate.

În zonele cu dezvoltare urbană densă a orașelor mari, la reconstrucția CET existente cu turbine cu abur epuizate, este recomandabil să se creeze pe baza acestora o CCE CCGT cu turbine de tip R. Ca urmare, suprafețe semnificative ocupate de sistemul de răcire (turnuri de răcire). , etc.) sunt eliberate, care pot fi folosite în alte scopuri.

Comparația dintre CCGT CHPP cu turbine de contrapresiune (tip P) și CCGT CHPP cu turbine de extracție a condensului (tip T) ne permite să facem următoarele concluzii.

  • 1. În ambele cazuri, randamentul combustibilului depinde de ponderea producției de energie electrică pe baza consumului de căldură în volumul total de generare.
  • 2. În CET CCGT cu turbine de tip T, pierderile de căldură în circuitul de răcire cu condens apar pe tot parcursul anului; cele mai mari pierderi sunt în perioada de vară, când cantitatea de consum de căldură este limitată doar la furnizarea de apă caldă.
  • 3. În CET CCGT cu turbine de tip R, randamentul centralei scade doar pentru o perioadă limitată de timp, când este necesară acoperirea penuriei de alimentare cu energie electrică.
  • 4. Caracteristicile de manevră (viteze de încărcare și descărcare) ale turbinelor cu gaz sunt de multe ori mai mari decât cele ale turbinelor cu abur.

Astfel, pentru condițiile de construcție a stațiilor din centrele marilor orașe, CET CCGT cu turbine de contrapresiune (tip P) sunt superioare centralelor de cogenerare cu ciclu combinat cu turbine de extracție a condensului (tip T) din toate punctele de vedere. Acestea necesită o suprafață mult mai mică pentru a se găzdui, sunt mai economice din punct de vedere al consumului de combustibil și impactul lor asupra mediului este, de asemenea, mai mic.

Cu toate acestea, pentru aceasta este necesar să se facă modificări corespunzătoare în cadrul de reglementare pentru proiectarea centralelor cu ciclu combinat.

Practica din ultimii ani arată că investitorii care construiesc CET-uri suburbane CCGT și în teritorii destul de libere acordă prioritate producerii de energie electrică, iar furnizarea de căldură este considerată de aceștia ca o activitate secundară. Acest lucru se explică prin faptul că eficiența stațiilor, chiar și în modul de condensare, poate ajunge la 60%, iar construcția rețelei de încălzire necesită costuri suplimentare și numeroase acorduri cu diferite structuri. Ca rezultat, coeficientul de alimentare cu energie termică al CHPP poate fi mai mic de 0,3.

Prin urmare, la proiectarea unei CET CCGT, nu este recomandabil ca fiecare centrală individuală să includă în soluția tehnică valoarea optimă a ATES. Sarcina este de a găsi cota optimă de termoficare în sistemul de alimentare cu căldură a întregului oraș.

Acum a devenit din nou relevant conceptul de construire a centralelor termice puternice în locurile unde se extrage combustibil, departe de marile orașe, dezvoltat în epoca sovietică. Acest lucru este dictat atât de creșterea ponderii utilizării combustibililor locali în complexul de combustibil și energie al regiunilor, cât și de crearea de noi proiecte de conducte termice (pozarea aerului) cu o scădere aproape neglijabilă a potențialului de temperatură în timpul transportului. a lichidului de răcire.

Astfel de centrale termice pot fi create atât pe baza unui ciclu de turbină cu abur cu ardere directă a combustibilului local, cât și pe baza unui ciclu combinat cu utilizarea gazului produs la generatoarele de gaz.


Combinația de turbine cu abur și turbine cu gaz, combinată printr-un ciclu tehnologic comun, se numește o centrală cu ciclu combinat (CCGT) a unei centrale electrice. Combinarea acestor unități într-un singur întreg face posibilă reducerea pierderilor de căldură cu gazele de evacuare ale turbinei cu gaz sau cazanului cu abur, utilizarea gazelor din spatele turbinelor cu gaz ca oxidant încălzit în timpul arderii combustibilului, obținerea unei puteri suplimentare prin deplasarea parțială regenerarea centralelor cu turbine cu abur și, în cele din urmă, creșterea eficienței centralei electrice cu ciclu combinat în comparație cu turbinele cu abur și centralele cu turbine cu gaz.

Utilizarea CCGT pentru industria energetică actuală este cel mai eficient mijloc de creștere semnificativă a eficienței termice și generale a centralelor electrice cu combustibili fosili. Cele mai bune CCGT care funcționează au o eficiență de până la 46%, iar cele aflate în proiectare - până la 48-49%, adică mai mare decât la uzinele MHD proiectate.

Dintre diferitele opțiuni CCGT, următoarele scheme sunt cele mai utilizate: CCGT cu un generator de abur de înaltă presiune (HPG), CCGT cu evacuarea gazelor din turbina cu gaz în cuptorul cazanului cu abur, CCGT cu un cazan cu abur rezidual (HRB) , CCGT semidependent, CCGT cu gazeificare intraciclu a combustibilului solid.

Dezvoltat de NPO CKTI CCGT cu generator de abur de înaltă presiune functioneaza cu gaz natural sau cu combustibil lichid pentru turbina cu gaz (Fig. 9.8). Compresorul de aer furnizează aer comprimat către inelul carcasei HSV iar în camera de ardere suplimentară DCS, unde temperatura îi crește. Gazele fierbinți după arderea combustibilului în camera de ardere au o presiune de 0,6-1,2 MPa, în funcție de presiunea aerului din spatele compresorului, și sunt folosite pentru a genera abur și a-l supraîncălzi. După reîncălzire - ultima suprafață de încălzire HSV- gazele cu temperatura de aproximativ 700 °C intră în camera de ardere suplimentară, unde sunt încălzite la 900 °C și intră în turbina cu gaz. Gazele evacuate în turbina cu gaz sunt trimise la un economizor gaz-apă în trei trepte, unde sunt răcite prin apă de alimentare și condensatul principal al turbinei cu abur. O astfel de conexiune a economizoarelor asigură o temperatură constantă a gazelor de ardere de 120-140 °C înainte de a ieși în coș. În același timp, într-un astfel de CCGT există o deplasare parțială a regenerării și o creștere a puterii centralei cu turbine cu abur.


Orez. 9.8. Schema termică principală a instalației de abur-gaz PGU-250 cu un generator de abur de înaltă presiune VPG-600-140:

BS - tambur separator; PE- supraîncălzitor; PP - supraîncălzitor intermediar; ȘI- suprafete de incalzire prin evaporare; TsN- pompă de circulație; EC1 - EKSh- economizoare gaz-apă pentru utilizarea căldurii gazelor de evacuare ale turbinei cu gaz; WPV - dezaerator de apă de alimentare; DCS- camera de ardere suplimentara

Un generator de abur de înaltă presiune este o cameră obișnuită de ardere a combustibilului pentru o turbină cu abur și o instalație de turbină cu gaz. O caracteristică a unui astfel de CCGT este că presiunea în exces a gazului din circuit vă permite să nu instalați aspiratoare de fum, iar compresorul de aer înlocuiește ventilatorul; nu este nevoie de un încălzitor de aer. Aburul de la HSV este trimis la o instalație de turbină cu abur, care are o schemă termică convențională.

Un avantaj semnificativ al acestei instalații este reducerea dimensiunilor și parametrilor de masă ai VPG care funcționează la o presiune de 0,6-1,2 MPa pe calea gazului. Generatorul de abur de înaltă presiune este complet fabricat în fabrică. În conformitate cu cerințele de transport, capacitatea de abur a unui corp VPG nu depășește 350-10 3 kg/h. Generatorul de abur VPG-650-140-545/545 PO TKZ, de exemplu, este format din două clădiri. Conductele sale de gaz sunt ecranate de panouri sudate etanșe la gaz din tuburi cu aripioare.

Este oportun să se utilizeze CCGT cu HSV la temperaturi moderate ale gazului în amonte de GTP. Odată cu creșterea acestei temperaturi, proporția de căldură transferată de gazele suprafeței de încălzire a generatorului de abur de înaltă presiune scade.

Funcționarea autonomă a etapei de abur a CCGT cu HSV este imposibilă, ceea ce este un dezavantaj al acestei scheme, care necesită o fiabilitate egală a instalației cu turbine cu gaz, a turbinei cu abur și a generatorului de abur. Utilizarea turbinelor cu gaz cu camere de ardere încorporate (de exemplu, GTE-150) este, de asemenea, inacceptabilă.

Utilizarea CCGT cu HSV este promițătoare în schemele cu gazeificare intraciclu a cărbunelui.

Pe fig. 9.9 prezintă aspectul CCGT-200-250 cu turbine K-160-130 și GT-35-770 sau K-210-130 și GT-45-3. O unitate similară funcționează cu succes de câțiva ani la Nevinnomysskaya GRES. Utilizarea unor astfel de CCGT-uri poate asigura economii de combustibil la centralele termice cu 15%, o reducere a investițiilor de capital specifice cu 12-20%, o reducere a consumului de metal al echipamentelor cu 30% față de o centrală cu turbină cu abur.

CCGT cu descărcare în gaz turbinele cu gaz în cuptorul unui cazan cu abur se caracterizează prin faptul că gazele de evacuare ale turbinei cu gaz sunt oxidant cu balastare puternic încălzite (450-550°C), cu un conținut de oxigen de 14-16%. Din acest motiv, este recomandabil să le folosiți pentru arderea cea mai mare parte a combustibilului într-un cazan cu abur (Fig. 9.10). Un CCGT în conformitate cu această schemă a fost implementat și funcționează cu succes la GRES Moldavskaya (unitățile electrice nr. 11 și 12). Pentru CCGT au fost utilizate echipamente de serie: turbină cu abur K-210-130 POT LMZ pentru parametrii de abur de 13 MPa, 540/540 °C, turbină cu gaz GT-35-770 POAT KhTZ, generatoare electrice de trepte de abur și gaz TGV-200 si TVF-63- 243, cazan de abur monocarcasa cu circulatie naturala tip TME-213, capacitate 670*10 3 kg/h. Cazanul este furnizat fără aerotermă și poate funcționa atât cu tiraj forțat, cât și cu tiraj echilibrat. Pentru aceasta, în schemă sunt prevăzute aspiratoare de fum. DS. Această schemă CCGT permite funcționarea în trei moduri diferite: modul CCGT și moduri de funcționare autonome ale treptelor de gaz și abur.

Orez. 9.9. Aspectul clădirii principale a CCGT-250 cu un generator de abur de înaltă presiune:

A- secțiune transversală; b - plan; vezi denumirile din fig. 9.8

Principalul mod de funcționare al instalației este ciclul abur-gaz. Gazele de evacuare ale turbinei cu gaz (combustibilul lichid al turbinei cu gaz este ars în camera de ardere a acesteia) sunt alimentate în arzătoarele principale ale cazanului. Arzatorul primeste si aerul incalzit in incalzitor, care lipseste pentru procesul de ardere, si este pompat de un ventilator suplimentar de aer. Aeropurtat. Gazele de ardere ale cazanului de abur sunt răcite în economizoare de înaltă și joasă presiune și apoi trimise la coș. Prin economizor de înaltă presiune EKVD atât în ​​modul CCGT cât și în timpul funcționării autonome a etapei de abur, aproximativ 50% din apa de alimentare este furnizată după pompele de alimentare. Apoi toată apa de alimentare intră în economizorul principal al cazanului la o temperatură de 250°C. La economizorul de joasă presiune ECND condensul principal al turbinei intră după PND5(la sarcini peste 50%) sau după HDPE4(la sarcini sub 50%). În acest sens, selecțiile regenerative ale turbinei cu abur sunt parțial descărcate, iar presiunea aburului în partea sa de curgere crește ușor; debit crescut de abur către condensatorul turbinei.

Orez. 9.9. Continuare

În timpul funcționării autonome a treptei de abur, aerul necesar arderii combustibilului în cazan este furnizat de un ventilator. DVîn încălzitoare, unde este încălzit la 180 °C și apoi trimis la arzătoare. Cazanul de abur funcționează sub vid creat de aspiratoarele de fum DS.În timpul funcționării autonome a treptei de gaz, gazele de evacuare sunt direcționate către coș.

Posibilitatea de funcționare CCGT în diverse moduri este asigurată de instalarea unui sistem controlat automat de clapete (clapete) gaz-aer cu închidere rapidă de diametru mare, montate pe conducte de gaz pentru a închide unul sau altul element al instalației. Acest lucru crește costul circuitului și reduce fiabilitatea acestuia.

Odată cu creșterea temperaturii gazului în fața turbinei cu gaz CCGT și la un grad mai scăzut de compresie a aerului în compresor, conținutul de oxigen din gazele de evacuare ale turbinei cu gaz scade, ceea ce necesită furnizarea de aer suplimentar. Acest lucru duce la o creștere a volumului de gaze care trec prin suprafețele de încălzire convective ale cazanului de abur, precum și la pierderi de căldură cu gazele de evacuare. . Consumul de energie pentru sistemul de antrenare a ventilatorului crește, de asemenea. Când combustibilul solid este ars în cazan, aerul încălzit este utilizat în sistemul de pulverizare.

Experiența de operare a CCGT-250 la Moldavskaya GRES a arătat că eficiența acestuia depinde în mare măsură de sarcina etapelor de abur și gaz. Consumul specific de combustibil de referință la o sarcină nominală de 240-250 MW ajunge la 315 g/(kWh).

Centralele cu ciclu combinat de acest tip sunt utilizate pe scară largă în străinătate (SUA, Anglia, Germania etc.). Avantajul acestui tip de CCGT constă în faptul că se folosește un cazan cu abur de design convențional, în care poate fi utilizat orice tip de combustibil, inclusiv combustibil solid. În camera de ardere a unei turbine cu gaz, nu se arde mai mult de 15-20% din combustibilul necesar întregului CCGT, ceea ce reduce consumul calităților sale rare. Pornirea unui astfel de CCGT începe de obicei cu pornirea GTU, a cărei utilizare a căldurii gazelor de evacuare face posibilă creșterea parametrilor de abur în cazanul de abur și reducerea cantității de combustibil consumat la porniți echipamentul turbinei cu abur.

Orez. 9.10. Schema termică principală a CCGT-250 cu evacuarea gazelor GTU în cuptorul cazanului cu abur:

PE- supraîncălzitor cu abur proaspăt; PP-superîncălzitor intermediar; EC, EKVD, EKND- economizoare: presiune principala, inalta si joasa; P1–P7 -încălzitoare ale sistemului de regenerare a treptei de abur; DPA- dezaerator apa de alimentare; PEN, KN, DN- pompe nutritive, de condens, de drenaj; HP- pompa principala de recirculare a condensului in EKND; DV, VDV- suflantă și ventilatoare de aer suplimentare ; CL1,CL11- încălzitoare din prima și a doua etapă ; V- injectarea apei de alimentare din treapta intermediară a PEN; DC- aspirator de fum

CCGT cu reciclare cazanele cu abur permit utilizarea gazelor de evacuare de la turbinele cu gaz pentru a genera abur. Pe astfel de instalații, este posibil să se implementeze un ciclu pur binar fără ardere suplimentară a combustibilului cu producerea de abur cu parametri scăzuti. Pe fig. 9.11 prezintă schema propusă de MPEI pentru un astfel de CCGT, care utilizează o turbină cu gaz GTE-150-1100 și o turbină cu abur saturat K-70-29 utilizată la centralele nucleare. Parametrii aburului în fața turbinei 3 MPa, 230 °С. În funcție de condiția diferențelor de temperatură admise între gaze și abur și cea mai completă utilizare a căldurii gazelor de evacuare, supraîncălzitorul intermediar este realizat din gaz-abur și este situat în spatele economizorului de-a lungul gazelor. O parte din gazele de ardere din spatele turbinei cu gaz este introdusă în tăietura dintre suprafețele de încălzire prin evaporare și economizor ale cazanului de abur utilizat. Cod de procedura penala, care asigură diferența de temperatură dorită. Asemenea centrale se caracterizează prin valori ridicate ale factorului energetic CCGT și utilizarea doar a combustibililor fosili de înaltă calitate, în principal gaz natural. La o temperatură a aerului exterior de +15°C și o temperatură a gazelor arse de 160°C, puterea electrică totală a CCGT este de aproximativ 220 MW, eficiența este de 44,7%, iar consumul specific de combustibil este de 281 g/(kWh) .

Orez. 9.11. Schema schematică a CCGT-220 cu cazan de căldură reziduală și turbină cu abur saturat fără ardere ulterioară a combustibilului:

Cod de procedură penală- cazan de utilizare (generator de abur); C - separator de umiditate; DN- pompa de drenaj; vezi alte denumiri din fig. 20.8, 20.10

Institutul de Inginerie Termică All-Union și ATEP au dezvoltat o variantă a unui CCGT manevrabil fără arderea ulterioară a combustibilului în fața unui cazan cu abur rezidual. Unitatea CCGT include o turbină cu gaz GTE-150-1100, o turbină cu abur cu un singur cilindru cu o capacitate de 75 MW pentru parametrii de abur de 3,5 MPa, 465 ° C la un debit de abur de 280-10 3 kg / h, o cazan de abur rezidual cu suprafata de incalzire de 40-10 3 m 2 din tuburi cu aripioare. Modulul clădirii principale a centralei electrice a unui astfel de CCGT-250 este proiectat ca o singură travă cu o lățime a travei de 24 m. Instalația cu turbine cu gaz, turbina cu abur și generatorul electric între ele sunt montate sub forma a unei unități cu un singur arbore. La o temperatură a aerului exterior de +5 °C, CCGT-250 are un consum specific de combustibil de referință de 279 g/(kWh).

Utilizarea unor centrale cu turbine cu abur în serie mai puternice în schema CCGT cu cazane de căldură reziduală va necesita un debit mai mare de abur cu parametri înalți. Acest lucru este posibil atunci când temperatura gazului la intrarea în cazan crește la 800-850 °C datorită arderii suplimentare de până la 25% din consumul total de combustibil (gaz natural) în arzătoarele cazanului. Pe fig. 20.12 prezintă o diagramă termică schematică a CCGT-800 de acest tip conform proiectului VTI și ATEP. Include două unități de turbină cu gaz GTE-150-1100 POT LMZ, un cazan de abur de utilizare cu carcasă dublă ZiO cu o putere totală de abur de 1150-10 3 kg/h și parametri de abur de 13,5 MPa, 545/545 ° C, un abur. turbina K-500- 166 POT LMZ. Această schemă are o serie de caracteristici. Purgarile regenerative ale turbinei (cu excepția ultimei) sunt astupate; în sistemul de regenerare există doar amestecarea HDPE. A fost utilizat un circuit fără dezaerator cu dezaerarea condensului din turbină în condensator și în încălzitorul de amestec. Condensul cu o temperatură de 60 °C este alimentat de două pompe de alimentare PE-720-220 către economizorul cazanului. Absența extracției regenerative a aburului crește trecerea acestuia către condensatorul turbinei, a cărei putere electrică este deci limitată la 450 MW.

Utilizare cazan de abur Dispoziție în formă de U tip flux direct constă în întregime din suprafețe de încălzire convective. Gazele de ieșire în cantitate de 680 kg / s cu o temperatură de 430-520 ° C și un conținut de oxigen de 14-15,5% intră în fiecare dintre clădirile UPC după unitatea de turbină cu gaz. Gazele naturale sunt arse în principalele arzătoare ale UPC. iar temperatura gazului in fata suprafetelor de incalzire a cazanului se ridica la 840-850 °C. Produsele de ardere sunt răcite secvenţial în supraîncălzitoare (intermediare şi principale), în suprafeţele de încălzire prin evaporare şi economizor şi la o temperatură de ~125°C sunt trimise la coş. O caracteristică specifică a cazanului este funcționarea acestuia cu un debit de masă semnificativ de gaze. Raportul dintre puterea sa de abur și consumul de produse de ardere este de 5-6 ori mai mic decât cel al cazanelor convenționale cu abur ale unităților de putere. Ca rezultat, diferența minimă de temperatură se deplasează din zona reîncălzitorului (pentru un cazan cu motorină cu trecere o dată) la capătul fierbinte al economizorului. Valoarea mică a acestei diferențe de temperatură (20-40 °C) i-a forțat pe proiectanții CPC-ului să realizeze un economizor din tuburi cu aripioare cu diametrul de 42X4 mm, care i-a redus greutatea, dar a crescut rezistența aerodinamică a cazanului. Ca urmare, puterea electrică a centralei cu turbine cu gaz și a întregului CCGT a scăzut oarecum.

Modul principal al CCGT-800 este funcționarea sa pe ciclu combinat, în timp ce cazanul de abur de utilizare funcționează sub presiune. Avantajul unor astfel de unități CCGT este posibilitatea de funcționare autonomă a treptelor de gaz și abur. Funcționarea independentă a CCGT are loc la o putere oarecum redusă datorită rezistenței crescute a gazelor de evacuare realizată de tranzitul gazelor prin cazanul de căldură reziduală. Pentru a asigura funcționarea autonomă a unității turbinei cu abur, este necesară o anumită complicație a circuitului, în care trebuie incluse în plus clapete și evacuatoare de fum. În acest mod de funcționare, porțile sunt închise 1 și 2 (Fig. 9.12) și deschideți porțile 3 -5. Cantitatea principală de gaze de ardere a cazanului (aproximativ 70%) este îmbogățită cu aer și cu ajutorul unui extractor de fum cu recirculare DR cu o temperatură de 80 ° C este trimis la arzătoare suplimentare în fața cazanului. În același timp, cantitatea de combustibil ars în CPC crește de trei ori. Cantitatea neutilizată de gaze arse din cazan (aproximativ 30%) de către evacuatorul de fum DC aruncat pe horn.

Pentru a funcționa CCGT cu combustibil lichid de rezervă pentru turbină cu gaz, este necesar să se asigure încălzirea suplimentară a apei până la 130-140°C în circuitul termic pentru a evita coroziunea suprafețelor de încălzire a cozii. Prin urmare, acest mod de funcționare va fi mai puțin economic.

Instalațiile cu ciclu combinat cu boilere cu abur sunt foarte manevrabile. Sunt proiectate pentru aproximativ 160 de lansări pe an; timpul de pornire după un timp de oprire de 6-8 ore este de 60 de minute, iar după o oprire de 40-48 de ore - 120 de minute. La descărcarea CCGT, în primul rând, sarcina turbinelor cu gaz este redusă de la 100 la 80% prin acoperirea paletelor de ghidare de admisie (VNA) ale compresoarelor. Scăderea în continuare a sarcinii se realizează prin reducerea consumului de combustibil ars în arzătoarele UPC, reducând capacitatea de abur a acestora din urmă menținând în același timp temperatura gazelor în fața turbinelor cu gaz. La atingerea 50% din sarcina nominală a CCGT, unul dintre GTP și carcasa corespunzătoare a CPC sunt oprite. Odată cu scăderea sarcinii treptei de abur și a capacității de abur a CPC, temperaturile sunt redistribuite de-a lungul traseului, iar temperatura gazelor de ardere crește la 170-190°C (la 50% din sarcina cazanului). Această creștere a temperaturii este inacceptabilă din cauza condițiilor de funcționare ale extractoarelor de fum și ale coșului de fum. Pentru a menține temperatura admisă a gazelor arse, cazanul de abur de utilizare la sarcini reduse este transferat de la modul de funcționare cu flux direct la modul de funcționare separator, cu descărcarea excesului de căldură în condensatorul turbinei cu abur. Schema instalației cu turbine cu abur include un separator încorporat și un expandator de aprindere. Trecerea la modul separator crește consumul de combustibil la CCGT în comparație cu modul de funcționare cu flux direct cu 5-10%.

Este oportun să instalați CCGT cu cazane de abur de utilizare în regiunile cu gaze din Siberia de Vest, Asia Centrală etc. Potrivit VTI, CCGT-800 are performanță energetică ridicată. La o temperatură a aerului exterior de +5°C, o temperatură a gazului în fața turbinelor cu gaz de 1100°C, puterea CCGT va fi de aproximativ 766 MW, iar consumul specific de combustibil de referință (net) va fi de 266 g/(kWh). ). Odată cu o schimbare a temperaturii aerului în intervalul de la +40 la -40 °C, puterea CCGT se modifică în intervalul 550-850 MW datorită unei schimbări semnificative a puterii a două GTP. Economiile din introducerea CCGT-800 în locul unei unități de putere convenționale de 800 MW se vor ridica la 5,7-10 6 ruble pe an. (204-10 6 kg combustibil de referință).

Orez. 9.12. Schema termică principală a CCGT-800 cu un cazan de căldură reziduală și combustibil după ardere:

1-5 - porti etanșe la gaz comutabile; DC- aspirator de fum; DR- evacuare fum pentru recirculare gaze; CU- separator de umiditate; RR- expansor de aprindere; SIDA- incalzitor de amestec de joasa presiune

În fig. 9.13. Investiția estimată în clădirea principală a CCGT este de 89 de ruble/kW. Construcția sa va face posibilă economisirea a până la 9-10 6 kg de oțel și până la 8-10 6 kg de beton armat la CPP cu șase unități CCGT-800 față de instalarea a șase unități de alimentare cu motorină de 800. MW.

Combinația dintre turbine cu gaz și instalații cu turbine cu abur care utilizează echipamente în serie standard se realizează în centrală cu ciclu combinat semidependentă(Fig. 9.14). Este destinat utilizării în timpul vârfurilor curbei de sarcină electrică și implică oprirea completă sau parțială a încălzitoarelor cu abur de înaltă presiune. Ca urmare, trecerea sa prin calea de curgere a turbinei cu abur crește și puterea treptei de abur crește cu aproximativ 10-11%. Scăderea temperaturii apei de alimentare este compensată de încălzirea suplimentară a acesteia în economizorul gaz-apă de către gazele de evacuare ale turbinei cu gaz. Temperatura gazelor de eșapament ale GTU scade în acest caz la aproximativ 190 °C. Creșterea totală a puterii de vârf, ținând cont de funcționarea turbinei cu gaz, este de 35-45% din puterea de bază a unității de turbină cu abur. Consumul specific de combustibil de referință este apropiat de consumul în timpul funcționării autonome a acestei unități .



Orez. 9.13. Opțiune de amenajare pentru clădirea principală a centralei cu ciclu combinat CCGT-800:

1 turbină cu gaz GTE-150-1100; 2 - GTU generator electric; 3-admisie de aer la compresorul GTU; 4 – cazan de abur de utilizare; 5 - turbina cu abur K-500-166; 6- evacuator de fum; 7 - ventilator; 8 - fum

Orez. 9.14. Schema schematică a unei instalații de gaze cu ciclu combinat semidependent:

GVE- economizor gaz-apa; PC- fierbător cu aburi; vezi alte denumiri din fig. 9.8.

Este recomandabil să instalați CCGT-uri semidependente în partea europeană a URSS. Conform LMZ, se recomandă următoarele combinații de turbine cu abur și gaz: 1 X K-300-240+1 X GTE-150-1100; 1 X K-500-130+ 1 X GTE-150-1100; 1 X K-1200-240 + 2 X GTE-150-1100 etc. Creșterea investițiilor de capital estimate în instalația de turbine cu gaz va fi de aproximativ 20%, iar economiile echivalente de combustibil în sistemul electric în timpul funcționării CCGT în regim de vârf - (0,5-1, 0) X X10 6 kg/an. Pentru a obține puterea de vârf, este de asemenea promițătoare utilizarea centralelor termice în schema CCGT-urilor semidependente.

Schemele CCGT luate în considerare implică utilizarea parțială sau totală a combustibilului organic de înaltă calitate (gaz natural sau combustibil lichid pentru turbină cu gaz), ceea ce împiedică introducerea lor pe scară largă. De un interes considerabil sunt diversele scheme de instalații abur-gaz dezvoltate de CKTI cu generatoare de abur de înaltă presiune și gazeificare intraciclu a combustibilului solid (Fig. 20.15), care fac posibilă transformarea în întregime a centralelor cu ciclu combinat în cărbune.

Orez. 9.15. Schema termică principală a CCGT cu HSV și gazeificarea intraciclu a cărbunelui:

/- uscarea combustibilului ; 2 - generator de gaz; 3 - generator de abur de inalta presiune (HSG); 4 - tambur separator; 5 - camera de ardere HSV suplimentara; 6- pompa de circulatie VPG; 7-economizor pentru utilizarea căldurii gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz; 8-cos de fum; 9- scruber; 10- generator de încălzire pe gaz; DC- compresor booster; vineri- turbina de antrenare cu abur; RGT- turbină cu gaz de expansiune; / - abur proaspăt; // - reîncălziți aburul ; /// - aer comprimat după compresor; IV- gaz de producție purificat; V- frasin; VI-IX- alimentarea turbinei cu apa si condens

Cărbunele pre-zdrobit (cărbune zdrobit 3-10 mm) este introdus în uscător pentru uscare și prin oxidant (pentru a preveni formarea zgurii) în generatorul de gaz. Una dintre opțiunile pentru schemă este gazeificarea cărbunelui într-un gazeificator cu pat fluidizat pe explozie de abur-aer. Gazeificarea combustibilului este asigurată prin alimentarea cu aer a generatorului de gaz după compresorul de rapel și abur din linia de reîncălzire „rece”. Aerul pentru gazeificare în cantitate de aproximativ 3,2 kg per 1 kg de cărbune Kuznetsk este comprimat secvenţial în compresoarele principale și de rapel (presiunea crește cu 10%) și, după amestecarea cu abur, intră în generatorul de gaz. Gazeificarea cărbunelui are loc la o temperatură apropiată de 1000 °C.

Gazul generatorului este răcit, eliberând căldura fluidului de lucru al părții turbinei cu abur, apoi este curățat de impuritățile mecanice și compușii care conțin sulf, iar după extinderea turbinei cu gaz de expansiune (pentru a reduce consumul de abur de către turbina de antrenare). a compresorului booster), acesta intră în generatorul de abur de înaltă presiune și în camera de ardere suplimentară a acestuia pentru ardere. Restul circuitului termic coincide cu circuitul unui CCGT convențional cu HSV.

VNIPIenergoprom, împreună cu NPO TsKTI, a dezvoltat un proiect pentru o unitate electrică cu ciclu combinat de cogenerare de 225 MW cu gazeificare intraciclu a cărbunelui. În acest scop, au fost utilizate echipamente standard de putere: un generator de abur de înaltă presiune cu cocă dublă VPG-650-140 TKZ, o unitate cu turbină cu gaz GTE-45-2 KhTZ, o turbină cu abur de căldură și putere T-180-130 LMZ, precum și două generatoare de gaz cu suflare abur-aer GGPV-100-2 cu o capacitate de 100 t/h de cărbune Kuznetsk. Studiile de fezabilitate au arătat că, în comparație cu o unitate convențională de căldură și putere cu turbină cu abur de 180 MW, utilizarea unei unități de alimentare cu ciclu combinat face posibilă creșterea producției specifice de energie electrică pentru consumul de căldură de 1,5 ori, asigurând economii de combustibil de până la la 8%, reduce semnificativ emisiile nocive în atmosferă, obține un efect economic total anual de 2,6-10 6 ruble. Unitatea electrică cu ciclu combinat luată în considerare va fi utilizată pentru a crea CCGT-1000 mai puternic pe cărbunii din bazinele Kuznetsk, Ekibastuz și Kansk-Achinsk.

Centralele cu ciclu combinat au fost utilizate pe scară largă în SUA, Germania, Japonia, Franța etc. CCGT-urile ard în principal gaze naturale și combustibili lichizi de diferite tipuri. Introducerea CCGT a fost facilitată de apariția unor turbine cu gaz puternice (70-100 MW) cu o temperatură inițială a gazului de 900-1100°C. Acest lucru a făcut posibilă utilizarea unui CCGT cu cazane de abur de utilizare (Fig. 9.16) de tip tambur cu circulație forțată a mediului și o presiune a aburului de 4-9 MPa, în funcție de faptul că ard suplimentar combustibil sau nu. Pe fig. 9.17 prezintă o diagramă a unui cazan de abur utilizat pentru un CCGT cu o turbină cu gaz МW701. Cazanul este proiectat pentru două presiuni de abur. Are suprafețe de încălzire din tuburi cu aripioare de joasă și înaltă presiune cu tamburi într-un bloc cu un dezaerator de apă de alimentare.

La centralele termice(CHP) include centralele electrice care produc și furnizează consumatorilor nu numai energie electrică, ci și energie termică. În acest caz, aburul de la extracțiile intermediare din turbină, parțial deja utilizat în primele etape de expansiune a turbinei pentru generarea de energie electrică, precum și apa caldă cu o temperatură de 100-150 ° C, încălzită cu aburul prelevat din turbină, servesc drept căldură. transportatorii. Aburul dintr-un cazan cu abur intră în turbină printr-o conductă de abur, unde se extinde la presiunea din condensator și energia sa potențială este transformată în lucru mecanic de rotație a rotorului turbinei și a rotorului generatorului conectat la acesta. O parte din abur după mai multe etape de expansiune este preluată din turbină și trimisă prin conducta de abur către consumatorul de abur. Locul de extracție a aburului și, prin urmare, parametrii acestuia, sunt stabilite ținând cont de cerințele consumatorului. Întrucât căldura de la CHP este cheltuită pentru producerea de energie electrică și termică, eficiența CHP pentru producerea și furnizarea de energie electrică și producția și furnizarea de căldură diferă.

Instalații cu turbine cu gaz(GTP) constă din trei elemente principale: un compresor de aer, o cameră de ardere și o turbină cu gaz. Aerul din atmosferă intră în compresor, antrenat de motorul de pornire, și este comprimat. Apoi, sub presiune, este alimentat în camera de ardere, unde combustibilul lichid sau gazos este alimentat simultan de o pompă de combustibil. Pentru a reduce temperatura gazului la un nivel acceptabil (750-770°C), în camera de ardere este alimentat de 3,5-4,5 ori mai mult aer decât este necesar pentru arderea combustibilului. În camera de ardere, acesta este împărțit în două fluxuri: un flux intră în tubul de flacără și asigură arderea completă a combustibilului, iar al doilea curge în jurul tubului de flacără din exterior și, amestecându-se cu produsele de ardere, scade temperatura acestora. După camera de ardere, gazele intră în turbina cu gaz, care se află pe același arbore cu compresorul și generatorul. Acolo, ele se extind (la presiunea atmosferică), lucrează prin rotirea arborelui turbinei și apoi sunt ejectate prin coș. Puterea unei turbine cu gaz este mult mai mică decât puterea unei turbine cu abur și în prezent randamentul este de aproximativ 30%.

Plante cu ciclu combinat(CCP) sunt o combinație de instalații cu turbine cu abur (STU) și turbine cu gaz (GTU). O astfel de combinație face posibilă reducerea pierderilor de căldură reziduală ale turbinelor cu gaz sau a căldurii gazelor de eșapament ale cazanelor cu abur, ceea ce asigură o creștere a eficienței în comparație cu STP-urile și GTP-urile luate separat. În plus, cu o astfel de combinație, se obțin o serie de avantaje de proiectare, ceea ce duce la o reducere a costului instalației. Două tipuri de CCGT sunt utilizate pe scară largă: cele cu cazane de înaltă presiune și cele cu evacuarea gazelor de eșapament ale turbinei în camera de ardere a unui cazan convențional. Cazanul de înaltă presiune funcționează cu gaz sau combustibil lichid purificat. Gazele de ardere care ies din centrala cu temperatura si suprapresiune ridicata sunt directionate catre turbina cu gaz, pe acelasi arbore cu care se afla un compresor si un generator. Compresorul pompează aer în camera de ardere a cazanului. Aburul de la cazanul de înaltă presiune este direcționat către turbina de condensare, care are un generator pe același arbore. Aburul evacuat în turbină trece în condensator și, după condens, este pompat înapoi în cazan de către o pompă. Gazele de evacuare ale turbinei sunt alimentate la economizor pentru a încălzi apa de alimentare a cazanului. Într-o astfel de schemă, un aspirator de fum nu este necesar pentru a elimina gazele de ardere ale unui cazan de înaltă presiune, compresorul îndeplinește funcția unei pompe de explozie. Eficiența instalației în ansamblu ajunge la 42-43%. Într-o altă schemă a instalației cu ciclu combinat, se utilizează căldura gazelor de eșapament ale turbinei din cazan. Posibilitatea de evacuare a gazelor de eșapament din turbină în camera de ardere a cazanului se bazează pe faptul că în camera de ardere a turbinei cu gaz combustibilul (gazul) este ars cu un exces mare de aer și conținutul de oxigen din evacuare. gazele (16-18%) sunt suficiente pentru a arde cea mai mare parte a combustibilului.



29. CNE: dispozitiv, tipuri de reactoare, parametri, caracteristici de funcționare.

Centralele nucleare sunt centrale termice, deoarece în dispozitivul lor există emițători de căldură, un lichid de răcire și un generator electric. curent - turbină.

Centralele nucleare pot fi în condensare, centrale termice (ATES), centrale termice nucleare (AST).

Reactoarele nucleare sunt clasificate după mai multe criterii:

1. în funcție de nivelul energiei neutronilor:

Pe neutroni termici

Pe neutroni rapizi

2. după tipul de moderator de neutroni: apă, apă grea, grafit.

3. după tipul de lichid de răcire: apă, apă grea, gaz, metal lichid

4. după numărul de circuite: unul, două, trei circuite

În reactoarele moderne pentru fisiunea nucleelor ​​combustibilului original, se folosesc în principal neutroni termici. Toate au, în primul rând, așa-zisul miez, în care este încărcat combustibil nuclear care conține uraniu 235 moderator(de obicei grafit sau apă). Pentru a reduce scurgerea de neutroni din miez, acesta din urmă este înconjurat reflector , de obicei din același material ca și moderatorul.

În spatele reflectorului este plasat exteriorul reactorului protectia betonului din radiațiile radioactive. Încărcarea reactorului cu combustibil nuclear îl depășește de obicei considerabil pe cel critic. Pentru a menține continuu reactorul într-o stare critică pe măsură ce combustibilul se arde, se introduce în miez un absorbant puternic de neutroni sub formă de tije de carbamidă de bor. Astfel de tije numit guvernând sau compensatorie. În procesul de fisiune nucleară, se eliberează o cantitate mare de căldură, care este îndepărtată lichid de răcireîn schimbătorul de căldură generator de aburi, unde se transformă într-un fluid de lucru - abur. Intră aburul turbinăși își rotește rotorul, al cărui arbore este conectat la arbore generator. Intră aburul evacuat în turbină condensator, după care apa condensată merge din nou la schimbătorul de căldură, iar ciclul se repetă.

ciclu combinat se numesc centrale electrice (PGU), în care căldura gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz este utilizată direct sau indirect pentru a genera energie electrică în ciclul turbinei cu abur.

Pe fig. 4.10 prezintă o diagramă schematică a celei mai simple centrale cu ciclu combinat, așa-numitul tip de utilizare. Gazele care ies din turbina cu gaz sunt introduse în cazan de căldură reziduală- un schimbător de căldură de tip contracurent, în care, datorită căldurii gazelor fierbinți, se obține abur de parametri înalți, care este direcționat către o turbină cu abur.

Figura 4.10. Schema schematică a celei mai simple centrale cu ciclu combinat

Cazanul de căldură reziduală este un arbore dreptunghiular, în care sunt amplasate suprafețe de încălzire, formate din țevi nervurate, în interiorul cărora este alimentat fluidul de lucru al instalației cu turbine cu abur (apă sau abur). În cel mai simplu caz, suprafețele de încălzire ale cazanului de căldură reziduală constau din trei elemente: economizor 3, evaporator 2 și supraîncălzitor 1. Elementul central este evaporatorul, constând dintr-un tambur 4 (un cilindru lung pe jumătate umplut cu apă), mai multe coborâtoare 7 și țevi verticale instalate destul de dens ale evaporatorului 8 însuși. Evaporatorul funcționează pe principiul convecției naturale. Conductele evaporatorului sunt situate în zona cu temperaturi mai ridicate decât coborâtoarele. Prin urmare, în ele, apa se încălzește, se evaporă parțial și, prin urmare, devine mai ușoară și se ridică în tambur. Spațiul eliberat este umplut cu apă mai rece prin conductele de scurgere din tambur. Aburul saturat este colectat în partea superioară a tamburului și trimis la conductele supraîncălzitorului 1. Debitul de abur din tamburul 4 este compensat de alimentarea cu apă de la economizorul 3. În acest caz, apa care intra, înainte de complet se evaporă, va trece în mod repetat prin conductele de evaporare. Prin urmare, se numește cazanul de căldură reziduală descris cazan cu circulatie naturala.

În economizor, apa de alimentare care intră este încălzită aproape până la punctul de fierbere. Din tambur, aburul saturat uscat intră în supraîncălzitor, unde este supraîncălzit peste temperatura de saturație. Temperatura aburului supraîncălzit rezultat t 0 este întotdeauna, desigur, mai mică decât temperatura gazelor q Г provenind de la turbina cu gaz (de obicei 25 - 30 °C).

În schema cazanului de căldură reziduală din fig. 4.10 arată modificarea temperaturilor gazelor și fluidului de lucru pe măsură ce se deplasează unul spre celălalt. Temperatura gazelor scade treptat de la valoarea q Г la intrare la valoarea q ux a temperaturii gazelor de evacuare. se deplasează spre Apa de alimentare își ridică temperatura în economizor până la punctul de fierbere(punct A). La această temperatură (pe punctul de a fierbe), apa intră în evaporator. Se evaporă apa. În același timp, temperatura sa nu se modifică (proces A - b). La punctul b fluidul de lucru este sub formă de abur saturat uscat. În plus, în supraîncălzitor, acesta se supraîncălzi până la o valoare t 0 .

Aburul format la ieșirea supraîncălzitorului este trimis la turbina cu abur, unde, extinzându-se, funcționează. Din turbină, aburul evacuat intră în condensator, se condensează și cu ajutorul unei pompe de alimentare 6 , care mărește presiunea apei de alimentare, este trimis înapoi la cazanul de căldură reziduală.

Astfel, diferența fundamentală dintre o centrală electrică cu abur (SPU) a unui CCGT și un CCP convențional al unui TPP este doar că combustibilul nu este ars în cazanul de căldură reziduală, iar căldura necesară funcționării CCGT CCGT este luată. din gazele de evacuare ale turbinei cu gaz. Vederea generală a cazanului de căldură reziduală este prezentată în Figura 4.11.

Figura 4.11. Vedere generală a cazanului de căldură reziduală

Centrala electrică cu CCGT este prezentată în fig. 4.12, care arată un TPP cu trei unități de putere. Fiecare unitate de putere este formată din două turbine cu gaz adiacente 4 tip V94.2 Siemens, fiecare dintre acestea își trimite gazele de ardere la temperatură înaltă către boilerul său de căldură reziduală 8 . Aburul generat de aceste cazane este trimis la o turbină cu abur 10 cu generator electric 9 și un condensator situat în camera de condensare de sub turbină. Fiecare astfel de unitate de putere are o capacitate totală de 450 MW (fiecare turbină cu gaz și turbină cu abur are o capacitate de aproximativ 150 MW). Intre difuzorul de iesire 5 și cazan de căldură reziduală 8 instalat coș de ocolire (bypass) 12 si poarta etansa la gaz 6 .

Figura 4.12. Centrală electrică cu CCGT

Principalele avantaje ale PGU.

1. Centrala cu ciclu combinat este în prezent cel mai economic motor folosit pentru a genera energie electrică.

2. Uzina cu ciclu combinat este cel mai ecologic motor. În primul rând, acest lucru se datorează eficienței ridicate - la urma urmei, toată căldura conținută în combustibil, care nu a putut fi transformată în energie electrică, este eliberată în mediu și are loc poluarea termică a acestuia. Prin urmare, reducerea emisiilor termice de la un CCGT comparativ cu o centrală cu abur corespunde aproximativ unei scăderi a consumului de combustibil pentru producerea de energie electrică.

3. Centrala cu ciclu combinat este un motor foarte manevrabil, care poate fi comparat ca manevrabilitate doar de o turbina cu gaz autonoma. Manevrabilitatea potențial ridicată a PTU este asigurată de prezența unui GTP în schema sa, a cărui modificare a sarcinii are loc în câteva minute.

4. Cu aceeași capacitate a TPP-urilor alimentate cu abur și cu ciclu combinat, consumul de apă de răcire CCGT este de aproximativ trei ori mai mic. Acest lucru este determinat de faptul că puterea părții de putere cu abur a CCGT este 1/3 din puterea totală, iar GTU practic nu necesită apă de răcire.

5. CCGT are un cost mai mic pe unitate de capacitate instalată, care este asociat cu un volum mai mic al părții de construcție, absența unui cazan electric complex, un coș scump, un sistem de încălzire cu apă de alimentare regenerativă, utilizarea unui cazan mai simplu. turbină cu abur și un sistem de alimentare cu apă de serviciu.

CONCLUZIE

Principalul dezavantaj al tuturor centralelor termice este că toate tipurile de combustibili utilizate sunt resurse naturale de neînlocuit care se epuizează treptat. În plus, termocentralele consumă o cantitate semnificativă de combustibil (în fiecare zi, o centrală raională de stat cu o capacitate de 2000 MW arde două trenuri de cărbune pe zi) și sunt cele mai „murdare” surse de electricitate din punct de vedere ecologic, mai ales dacă funcționează cu combustibili sulfurați cu conținut ridicat de cenuşă. De aceea, în prezent, odată cu utilizarea centralelor nucleare și hidraulice, este în derulare și dezvoltarea centralelor care utilizează surse regenerabile sau alte surse alternative de energie. Cu toate acestea, în ciuda tuturor, centralele termice sunt principalii producători de energie electrică în majoritatea țărilor lumii și vor rămâne așa cel puțin în următorii 50 de ani.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL PENTRU PRELEȚIA 4

1. Schema termică a CET - 3 puncte.

2. Proces tehnologic de producere a energiei electrice la centrale termice - 3 puncte.

3. Amenajarea centralelor termice moderne - 3 puncte.

4. Caracteristici ale GTU. Diagrama structurală a GTU. Eficiența GTU - 3 puncte.

5. Schema termică a turbinei cu gaz - 3 puncte.

6. Caracteristicile CCGT. Schema structurală a PGUU. Eficiența CCGT - 3 puncte.

7. Schema termică a CCGT - 3 puncte.


PRELEZA 5

CENTRALE NUCLEARE. COMBUSTIBIL PENTRU CNE. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE AL UNUI REACTOR NUCLEAR. GENERAREA ENERGIEI LA CNE CU REACTORI TERMICI. REACTORI DE NEUTRONI RAPIDI. AVANTAJE ȘI DEZAVANTAJE CNE MODERNE

Noțiuni de bază

Centrală nucleară(NPP) este o centrală electrică, generarea de energie electrică prin conversia energiei termice eliberate într-un reactor nuclear (reactoare) ca urmare a unei reacții în lanț controlate de fisiune (divizare) a nucleelor ​​atomilor de uraniu. Diferența fundamentală dintre o centrală nucleară și o centrală termică este că în locul unui generator de abur se folosește un reactor nuclear - un dispozitiv în care se realizează o reacție nucleară controlată în lanț, însoțită de eliberarea de energie.

Proprietățile radioactive ale uraniului au fost descoperite pentru prima dată de un fizician francez Antoine Becquerelîn 1896. fizician englez Ernest Rutherford a efectuat pentru prima dată o reacție nucleară artificială sub acțiunea particulelor în 1919. fizicienii germani Otto Hahnși Fritz Strassman deschis în 1938 , că fisiunea nucleelor ​​grele de uraniu atunci când sunt bombardate de neutroni însoţită de eliberarea de energie. Utilizarea efectivă a acestei energii a devenit o chestiune de timp.

Primul reactor nuclear a fost construit în decembrie 1942 în SUA un grup de fizicieni de la Universitatea din Chicago condus de un fizician italian Enrico Fermi. Reacția de fisiune nucleară a uraniului neamortizat a fost realizată pentru prima dată. Reactorul nuclear, numit SR-1, era format din blocuri de grafit, între care erau amplasate bile de uraniu natural și dioxidul acestuia. Neutroni rapizi care apar după fisiunea nucleară 235 U, au fost încetinite de grafit la energii termice și apoi au provocat o nouă fisiune nucleară. Reactoarele în care ponderea principală a fisiunilor au loc sub acțiunea neutronilor termici se numesc reactoare cu neutroni termici (lenti); în astfel de reactoare există mult mai mult moderator decât uraniul.

În Europa, primul reactor nuclear F-1 a fost fabricat și lansat în decembrie 1946 la Moscova. un grup de fizicieni și ingineri condus de un academician Igor Vasilevici Kurchatov. Reactorul F-1 era asamblat din blocuri de grafit și avea forma unei bile cu diametrul de aproximativ 7,5 m. În partea centrală a bilei cu diametrul de 6 m, în orificiile blocurilor de grafit erau plasate tije de uraniu. . Reactorul F-1, ca și SR-1, nu avea un sistem de răcire, așa că a funcționat la niveluri de putere scăzute: de la fracții la unități de watt.

Rezultatele cercetării la reactorul F-1 au servit drept bază pentru proiecte pentru reactoare industriale. În 1948, sub conducerea lui I. V. Kurchatov, au început lucrările privind aplicarea practică a energiei atomice pentru a genera electricitate.

Prima centrală nucleară industrială din lume cu o capacitate de 5 MW a fost lansată la 27 iunie 1954 în orașul Obninsk, regiunea Kaluga. În 1958, a fost pusă în funcțiune prima etapă a CNE din Siberia cu o capacitate de 100 MW (capacitate de proiectare completă de 600 MW). În același an, a început construcția centralei nucleare industriale Beloyarsk, iar în aprilie 1964, generatorul din prima etapă a furnizat energie electrică consumatorilor. În septembrie 1964, a fost lansat primul bloc al CNE Novovoronezh cu o capacitate de 210 MW. A doua unitate cu o capacitate de 350 MW a fost lansată în decembrie 1969. În 1973, a fost lansată CNE Leningrad.

În Marea Britanie, prima centrală nucleară industrială cu o capacitate de 46 MW a fost pusă în funcțiune în 1956 la Calder Hall. Un an mai târziu, o centrală nucleară de 60 MW a fost pusă în funcțiune în Shippingport (SUA).

Liderii mondiali în producția de energie electrică nucleară sunt: SUA (788,6 miliarde kWh/an), Franța (426,8 miliarde kWh/an), Japonia (273,8 miliarde kWh/an), Germania (158,4 miliarde kWh/an) și Rusia (154,7 miliarde kWh/an). La începutul anului 2004, în lume funcționau 441 de reactoare nucleare, OJSC TTEL rusă furnizează combustibil pentru 75 dintre ele.

Cea mai mare centrală nucleară din Europa este CNE Zaporozhye din Energodar (Ucraina) - 6 reactoare nucleare cu o capacitate totală de 6 GW. Cea mai mare centrală nucleară din lume - Kashiwazaki-Kariva (Japonia) - cinci reactoare nucleare în fierbere ( BWR) și două reactoare avansate cu apă clocotită ( ABWR), a cărui capacitate totală este de 8,2 GW.

În prezent, în Rusia funcționează următoarele centrale nucleare: Balakovo, Beloyarskaya, Bilibinskaya, Rostovskaya, Kalininskaya, Kola, Kurskaya, Leningradskaya, Novovoronezhskaya, Smolenskaya.

Elaborarea proiectului Strategiei energetice a Rusiei pentru perioada de până în 2030 prevede o creștere de 4 ori a producției de energie electrică la centralele nucleare.

Centralele nucleare sunt clasificate în funcție de reactoarele instalate pe ele:

l reactoare cu neutroni termici , folosind moderatori speciali pentru a crește probabilitatea de absorbție a unui neutron de către nucleele atomilor de combustibil;

l reactoare rapide cu neutroni .

În funcție de tipul de energie furnizată, centralele nucleare se împart în:

l centrale nucleare (CNE) concepute doar pentru a produce energie electrică;

l centrale nucleare combinate de căldură și energie (ATPP) care produc atât energie electrică, cât și căldură.

În prezent, numai în Rusia există opțiuni pentru construirea stațiilor de alimentare cu căldură nucleară.

NPP nu folosește aer pentru a oxida combustibilul, nu emite cenușă, oxizi de sulf, carbon etc. în atmosferă, are un fond radioactiv mai scăzut decât la o centrală termică, dar, ca și o centrală termică, consumă o cantitate imensă de apă pentru a răci condensatoarele.

Combustibil pentru centrale nucleare

Principala diferență dintre o centrală nucleară și o centrală termică este utilizarea combustibilului nuclear în locul combustibililor fosili. Combustibilul nuclear este obținut din uraniu natural, care este extras fie în mine (Niger, Franța, Africa de Sud), fie în cariere (Australia, Namibia), fie prin leșiere subterană (Canada, Rusia, SUA). Uraniul este larg distribuit în natură, dar nu există zăcăminte bogate de minereuri de uraniu. Uraniul se găsește în diferite roci și în apă dispersată. Uraniul natural este un amestec de izotop predominant nefisionabil al uraniului 238 U(mai mult de 99%) și izotop fisionabil 235 U (aproximativ 0,71%), care este un combustibil nuclear (1 kg 235 U eliberează energie egală cu puterea calorică a circa 3000 tone de cărbune).

Pentru exploatarea reactoarelor centralelor nucleare, îmbogățirea uraniului. Pentru a face acest lucru, uraniul natural este trimis la o instalație de îmbogățire, după procesare, unde 90% din uraniul sărăcit natural este trimis pentru depozitare, iar 10% este îmbogățit la 3,3 - 4,4%.

Din uraniu îmbogățit (mai precis, dioxid de uraniu UO 2 sau oxizi de uraniu U2O2) sunt făcute elemente de combustibil - tije de combustibil- tablete cilindrice cu diametrul de 9 mm si inaltimea de 15-30 mm. Aceste tablete sunt plasate ermetic zirconiu(absorbția neutronilor de către zirconiu este de 32,5 ori mai mică decât de către oțel) tuburi cu perete subțire lungime de aproximativ 4 m. Tijele de combustibil sunt asamblate în ansambluri de combustibil (FA) în câteva sute de bucăți.

Toate procesele ulterioare de fisiune nucleară 235 U cu formarea de fragmente de fisiune, gaze radioactive etc. se întâmplă în interiorul tuburilor sigilate ale barelor de combustibil.

După despicarea treptată 235 Uși reducerea concentrației sale la 1,26%, când puterea reactorului este redusă semnificativ, ansamblurile de combustibil sunt îndepărtate din reactor, sunt depozitate în bazinul de combustibil uzat pentru o perioadă de timp, apoi trimise la uzina radiochimică pentru procesare.

Astfel, spre deosebire de centralele termice, unde au tendința de a arde combustibilul complet, este imposibil să împărțiți combustibilul nuclear cu 100% la centralele nucleare. Prin urmare, este imposibil să se calculeze eficiența la CNE pe baza consumului specific de combustibil standard. Pentru a evalua eficiența unității de alimentare a CNE, se utilizează factorul de eficiență net

,

unde este energia generată, este căldura eliberată în reactor în același timp și în același timp.

Eficiența CNE calculată în acest fel este de 30–32%, dar nu este în întregime legitim să o comparăm cu eficiența CNE de 37–40%.

Pe lângă izotopul de uraniu 235, următoarele sunt folosite și ca combustibil nuclear:

  • izotopul de uraniu 233 ( 233 U) ;
  • izotop de plutoniu 239 ( 239 Pu);
  • izotopul de toriu 232 ( 232th) (prin conversia în 233 U).

În funcție de ceea ce se alege cicluri abur-gaz, ce alegere va fi optimă și cum va arăta diagrama fluxului de proces CCGT?

Odată ce paritatea capitalului și configurația rolului sunt cunoscute, preselecția ciclului poate începe.

Gama se extinde de la „cicluri cu o singură presiune” foarte simple la „cicluri cu presiune triplă de reîncălzire” extrem de complexe. Eficiența ciclului crește odată cu creșterea complexității, dar și costurile de capital cresc. Cheia pentru alegerea ciclului potrivit este de a determina ciclul de presiune care funcționează cel mai bine pentru o anumită eficiență și cost.

Instalație cu ciclu combinat cu un singur ciclu de presiune

Acest ciclu este adesea folosit pentru combustibili de calitate degradată mai favorabilă, cum ar fi țițeiul și păcură grea cu conținut ridicat de sulf.

Comparativ cu ciclurile complexe, investițiile în CCGT ale ciclurilor simple sunt nesemnificative.

Diagrama prezintă un CCGT cu o bobină de evaporare suplimentară la capătul rece al cazanului de căldură reziduală. Acest evaporator elimină căldura suplimentară din gazele de eșapament și dă abur dezaeratorului pentru a-l folosi pentru a încălzi apa de alimentare.

Acest lucru elimină necesitatea extragerii aburului pentru dezaerator din turbina cu abur. Rezultatul, în comparație cu cea mai simplă schemă de presiune unică, este o îmbunătățire a eficienței, dar investiția de capital crește în consecință.

PGU cu un ciclu de două presiuni

Majoritatea centralelor combinate aflate in functiune au cicluri duble de presiune. Apa este furnizată de două pompe de alimentare separate către economizorul dublu de presiune.

Citeste si: Planuri pentru introducerea centralelor electrice cu ciclu combinat în Rusia

Apa de joasă presiune intră apoi în primul serpentin al vaporizatorului, iar apa de înaltă presiune este încălzită în economizor înainte de a se evapora și de a se supraîncălzi în capătul fierbinte al HRSG. Extracția din tamburul de joasă presiune furnizează abur către dezaerator și turbina cu abur.

Eficiența ciclului de presiune dublă, așa cum se arată în diagrama TS din figură, este mai mare decât eficiența ciclului de presiune unică, datorită utilizării mai complete a energiei gazelor de evacuare a turbinei cu gaz (zonă suplimentară SS"D „D).

Cu toate acestea, aceasta mărește investiția de capital pentru echipamente suplimentare, cum ar fi pompe de alimentare, economizoare cu dublă presiune, evaporatoare, conducte de joasă presiune și două linii de abur LP către turbina cu abur. Prin urmare, ciclul considerat se aplică numai la paritate mare de capital.

CCGT cu ciclu de presiune triplu

Aceasta este una dintre cele mai complexe scheme care sunt utilizate în prezent. Este utilizat în cazurile de paritate foarte mare a capitalului, unde eficiența ridicată poate fi obținută doar la costuri ridicate.

La cazanul de căldură reziduală se adaugă o a treia etapă, care utilizează suplimentar căldura gazelor de evacuare. Pompa de înaltă presiune furnizează apă de alimentare economizorului de înaltă presiune în trei trepte și apoi separatorului tamburului de înaltă presiune. Pompa de alimentare cu presiune medie furnizează apă tamburului separator de presiune medie.

O parte din apa de alimentare de la pompa de medie presiune prin dispozitivul de accelerație intră în tambur - separatorul de joasă presiune. Aburul din tamburul de înaltă presiune intră în supraîncălzitor și apoi în partea de înaltă presiune a turbinei cu abur. Aburul evacuat în partea de înaltă presiune (HPP) se amestecă cu aburul provenit din tamburul de medie presiune, se supraîncălzește și intră în orificiul de admisie a părții de joasă presiune (LPP) a turbinei cu abur.

Citeste si: Cum să alegi o centrală cu turbină cu gaz pentru o centrală CCGT

Eficiența poate fi crescută și mai mult prin încălzirea combustibilului cu apă la presiune ridicată înainte ca acesta să intre în turbina cu gaz.

Diagrama de selecție a ciclului

Tipurile de ciclu de la ciclu de presiune unică la ciclu de presiune triplă cu reîncălzire sunt prezentate ca funcții de paritate a alimentării.

Ciclul este selectat determinând care dintre cicluri sunt adecvate pentru o anumită paritate de capital pentru o anumită aplicație. Dacă, de exemplu, paritatea capitalului este de 1.800 USD. US/kW, este selectat ciclul de presiune dublă sau triplă.

Ca o primă aproximare, decizia se ia în favoarea ciclului de presiune triplă, întrucât la o paritate capitală constantă, eficiența și capacitatea sunt mai mari. Cu toate acestea, la o examinare mai atentă a parametrilor, poate fi mai potrivit să alegeți un ciclu de presiune dublă pentru a îndeplini alte cerințe.

Există cazuri pentru care diagrama de selecție a ciclului nu este aplicabilă. Cel mai comun exemplu în acest sens este atunci când clientul dorește să aibă energie electrică disponibilă cât mai curând posibil, iar optimizarea este mai puțin importantă pentru el decât timpii scurti de livrare.

În funcție de circumstanțe, poate fi avantajos să se prefere un singur ciclu de presiune în locul unui ciclu cu mai multe presiuni, deoarece timpul necesar este mai mic. În acest scop, pot fi dezvoltate o serie de cicluri standardizate cu parametri dați, care sunt utilizate cu succes în astfel de cazuri.

(Vizitat de 2 507 ori, 1 vizite astăzi)