증기 터빈과 복합 사이클 가스 플랜트의 비교. 복합화력발전소. 단일 압력 사이클을 갖춘 복합 사이클 플랜트

자세한 내용과 내용이 포함된 기사 정보 간단한 말로 PGU-450 사이클이 설명됩니다. 이 기사는 정말 소화하기 매우 쉽습니다. 이론에 대해 이야기하고 싶습니다. 간단하지만 핵심입니다.

자료를 빌려봤습니다 교육 보조 "화력공학개론". 이 매뉴얼의 저자는 I. Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman.이 매뉴얼은 같은 이름의 학문을 연구하기 위해 Ufa State Aviation Technical University (Ufa State Aviation Technical University) 학생들에게 제공됩니다.

가스 터빈 장치(GTU)는 연료의 화학적 에너지가 회전 샤프트에서 먼저 열로 변환된 다음 기계적 에너지로 변환되는 열 엔진입니다.

가장 단순한 가스 터빈 장치는 대기 공기가 압축되는 압축기, 이 공기에서 연료가 연소되는 연소실, 연소 생성물이 팽창하는 터빈으로 구성됩니다. 팽창 중 가스의 평균 온도는 압축 중 공기의 평균 온도보다 훨씬 높기 때문에 터빈에서 발생하는 동력은 압축기를 회전시키는 데 필요한 동력보다 더 큰 것으로 나타났습니다. 이들의 차이는 가스 터빈 장치의 유효 출력을 나타냅니다.

그림에서. 그림 1은 이러한 설비의 다이어그램, 열역학적 순환 및 열 균형을 보여줍니다. 이렇게 작동하는 가스터빈의 과정(사이클)을 개방(open) 또는 개방(open)이라고 한다. 작동 유체(공기, 연소 생성물)는 지속적으로 재생되며 대기에서 가져와 대기로 배출됩니다. 다른 열 엔진과 마찬가지로 가스 터빈의 효율은 연료 연소로 얻은 열 소비에 대한 가스 터빈의 유효 출력 N의 비율입니다.

θ GTU = N GTU / Q T.

에너지 균형으로부터 N GTU = Q T - ΣQ P가 됩니다. 여기서 ΣQ P는 GTU 사이클에서 제거된 총 열량이며 외부 손실의 합과 같습니다.

단순 사이클 가스 터빈의 열 손실의 주요 부분은 배기 가스로 인한 손실로 구성됩니다.

ΔQух ≒ Qух - Qв; ΔQух - Qв ≒ 65...80%.

다른 손실의 비율은 훨씬 적습니다.

a) 연소실의 미연소로 인한 손실 ΔQкс / Qт ≤ 3%;

b) 작동유체의 누출로 인한 손실 ΔQut / Qt ≤ 2%;

c) 기계적 손실(베어링을 냉각하는 오일로 사이클에서 등가 열이 제거됨) ΔNmech / Qt ≤ 1%;

d) 발전기의 손실 ΔNeg / Qt ≤ 1…2%;

e) 대류 또는 복사에 의한 열 손실 환경ΔQob / Qt ≤ 3%

배기 가스와 함께 가스 터빈 사이클에서 제거되는 열은 가스 터빈 사이클 외부, 특히 증기 동력 사이클에서 부분적으로 사용될 수 있습니다.

복합 사이클 가스 플랜트의 개략도 다양한 방식그림에 나와 있습니다. 2.

일반적으로 CCGT 장치의 효율성은 다음과 같습니다.

여기서 Qgtu는 가스 터빈 장치의 작동 유체에 공급되는 열량입니다.

Qpsu는 보일러의 증기 매체에 공급되는 열량입니다.

쌀. 1. 가장 간단한 가스터빈 장치의 작동 원리

a - 개략도: 1 - 압축기; 2 - 연소실; 3 - 터빈; 4 - 발전기;
b - TS 다이어그램에서 가스 터빈 장치의 열역학적 사이클;
c - 에너지 균형.

그림에 표시된 구성에 따른 가장 간단한 이진 복합 사이클 플랜트에서. 2a에서 모든 증기는 폐열 보일러에서 생성됩니다. eta UPG = 0.6...0.8(주로 연도 가스 온도에 따라 다름).

TG = 1400...1500 K eta GTU ≒ 0.35에서 바이너리 CCGT의 효율성은 50-55%에 도달할 수 있습니다.

가스터빈 터빈에서 배출되는 가스의 온도는 높기 때문에(400~450℃), 따라서 배기가스에 의한 열손실이 크고, 가스터빈 발전소의 효율은 38%로 거의 같다. 현대 증기 터빈 발전소의 효율성으로.

가스 터빈 장치는 연료유보다 훨씬 저렴한 가스 연료로 작동합니다. 현대식 가스 터빈 발전소의 단위 전력은 250MW에 달하며 이는 증기 터빈 발전소의 전력에 가깝습니다. 증기 터빈 플랜트와 비교하여 가스 터빈 플랜트의 장점은 다음과 같습니다.

1. 냉각수 필요성이 낮음;
2. 더 가벼운 무게와 전력 단위당 더 낮은 자본 비용;
3. 빠른 시작 및 부하 증가 가능성.

쌀. 2. 다양한 복합화력 가스 플랜트의 개략도:

a - 회수형 증기발생기를 갖춘 CCGT
b - 보일러로(BPG)로 가스가 배출되는 CCGT;
c - 증기-가스 혼합물 CCGT 장치;
1 - 대기 중 공기; 2 - 연료; 3 - 터빈에서 배출되는 가스; 4 - 배기 가스; 5 — 냉각을 위해 네트워크에서 나오는 물; 6 - 냉각수 배수; 7 - 신선한 증기; 8 - 급수; 9 – 증기의 중간 과열; 10 - 재생 증기 폐기물; 11 - 터빈 이후 연소실로 들어가는 증기.
K - 압축기; T - 터빈; PT - 증기 터빈;
GW, GN - 고압 및 저압 가스 온수기;
LDPE, HDPE - 고압 및 저압 재생 급수 히터; NPG, UPG - 저압 회수 증기 발생기; KS - 연소실.

증기 터빈과 가스 터빈 플랜트를 공통 기술 사이클과 결합함으로써 CCG(복합 사이클 가스 플랜트)가 얻어지며, 그 효율성은 개별 증기 터빈 및 가스 터빈 플랜트의 효율보다 훨씬 높습니다.

복합화력발전소의 효율은 기존 증기터빈 발전소의 효율보다 17~20% 더 높다. 배기가스 열 회수 기능을 갖춘 가장 단순한 가스 터빈 장치 버전에서 연료 열 이용 계수는 82~85%에 이릅니다.

증기와 가스라는 두 가지 작동체의 에너지를 동시에 기계 에너지로 변환하도록 설계된 CCGT 설치입니다. [GOST 26691 85] 복합 사이클 플랜트 복사 및 대류 가열 표면을 포함하는 장치... ...

복합화력발전소- 유기 연료를 연소시키고 가스 터빈에서 사용되는 연소 생성물의 열을 재활용하여 증기 터빈 작동을 위한 증기를 생성하고 과열시키는 복사 및 대류 가열 표면을 포함하는 장치입니다.... ... 공식 용어

복합화력발전소- GTU 15. 복합 사이클 플랜트 증기와 가스라는 두 가지 작동 유체의 에너지를 기계 에너지로 동시에 변환하도록 설계된 설비 출처: GOST 26691 85: 화력 공학. 용어 및 정의 원본 문서 3.13 par... 규범 및 기술 문서 용어에 대한 사전 참고서

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복합사이클 가스터빈 유닛은 가스터빈 유닛과 폐열보일러(HRB), 증기터빈(ST)으로 구성된 복합설비이다. 증기 및 가스 사이클의 구현은 연소 생성물과 증기-액체 작동 유체 사이의 접촉이 없는 별도의 회로에서 수행됩니다. 작동 유체의 상호 작용은 표면형 열 교환기에서 열 교환의 형태로만 수행됩니다.

복합 사이클 가스 플랜트의 사용은 연료 및 에너지 비용을 절감할 수 있는 유망한 분야 중 하나입니다.

CCGT는 가스 터빈과 증기 발전소의 매개변수를 열역학적으로 성공적으로 결합합니다.

가스 터빈은 작동 유체 온도가 높은 영역에서 작동합니다.

증기 동력 - 터빈에서 배출되는 이미 소비된 연소 생성물에 의해 구동됩니다. 재활용자 역할을 하고 폐기물 에너지를 사용합니다.

증기 사이클을 갖춘 고온 가스 사이클의 열역학적 상부 구조로 인해 설치 효율성이 향상되어 가스 터빈의 배기 가스로 인한 열 손실이 줄어듭니다.

따라서 CCGT는 터빈 장치 개선의 세 번째 단계로 간주될 수 있습니다. CCGT 엔진은 경제성이 높고 자본 투자가 적기 때문에 유망한 엔진입니다. 복합 사이클 가스 플랜트의 우수한 품질로 인해 적용 분야가 결정되었습니다. CCGT 장치는 에너지 부문과 연료 및 에너지 단지의 기타 영역에서 널리 사용됩니다.

이러한 설비의 광범위한 사용은 가스 터빈 플랜트의 열 활용에 대한 가장 합리적인 방향에 대한 공통된 관점이 부족하여 방해를 받습니다.

현재 주 가스 터빈에 사용하기 위한 유망한 CCGT 방식은 증기 발생기가 가스 터빈의 배기 가스에 의해서만 가열되는 완전한 사이클 상부 구조를 갖춘 순수 활용 CCGT 방식이기도 합니다(그림 6.1).

이 방식에 따르면, 저압터빈(LPT) 이후 가스터빈의 연소생성물이 폐열보일러(HRB)로 유입되어 증기를 생성하게 된다. 고압. HRSG에서 생성된 증기는 증기 터빈(ST)으로 들어가고, 여기서 팽창하면서 발전기나 과급기를 구동하는 데 유용한 작업을 수행합니다. PT 이후의 배기증기는 응축기 K로 유입되어 응축된 후 공급펌프(PN)에 의해 다시 폐열 보일러로 공급됩니다. 복합 사이클 플랜트의 열역학적 사이클은 그림 1에 나와 있습니다. 6.2. 가스 터빈 플랜트의 고온 가스 사이클은 축류 압축기의 공기 압축 과정(1 → 2)으로 시작됩니다. 연소실(재생기가 있는 경우 재생기 포함)에서 열이 공급됩니다 2 → 삼; 생성된 연소 생성물은 가스 터빈으로 들어가고, 그곳에서 팽창하여 작업을 수행하며 공정 3 → 4; 마지막으로, 배기 가스는 폐열 보일러에서 열을 포기하고 물과 증기를 가열합니다(4 → 5). 나머지 저온 열은 사용되지 않은 채로 남아 있으며 환경으로 전달됩니다(5 → 1).

그림 6.1 - 폐열 보일러가 있는 CCGT 장치의 개략도

그림 6.2 - T-S 좌표의 복합 사이클 플랜트 사이클 계획

증기-가스 사이클은 1" - 2" - 3" - 4" - 5" - 1"의 일련의 공정으로 구성됩니다(그림 6.2). 일반적으로 사이클은 이코노마이저에 1" - 2" 열을 공급하는 과정으로 시작됩니다. 응축기에서 나오는 물의 온도는 39°C(응축기 압력 P np = 0.007MPa)로 낮습니다. 이는 보일러 작동 압력 0.8...2.0 MPa에 해당하는 일정한 압력에서 약 170...210 °C의 끓는점까지 가열됩니다. 2" - 3" - 증발기에서 물을 증발시켜 포화 증기로 바꾸는 과정입니다. 3" – 4" – 과열기의 증기 과열도; 4" – 5" – 작업 수행 및 온도 손실로 인해 증기 터빈에서 증기가 팽창하는 과정. 5" - 1" - 증기는 응축기 K에서 응축되고 생성된 물은 다시 폐열 보일러 KU에 공급됩니다. 주기가 완료되었습니다.

증기 터빈(ST) 자체의 출력은 증기 터빈과 증기 흐름을 통한 실제 열 전달, 즉 엔탈피에 따라 달라집니다. 증기 소비량과 증기 매개변수는 폐열 보일러의 작동에 따라 결정됩니다. 폐열 보일러의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 6.3.

폐열 보일러는 자체 화실이 없고 모든 발전소의 배가스에 의해 가열되는 강제 순환 증기 보일러입니다.

따라서 온도가 약 400°C인 가스터빈 배기가스의 폐열은 다음을 수행하는 데 매우 충분합니다. 효율적인 작업재활용 공장.

보일러를 따라 열 교환기는 절수기 "E", 증발기 "I", 증기 과열기 "P"로 순차적으로 설치됩니다.

절수기는 물이 보일러 드럼(분리기)으로 공급되기 전에 저온의 고온 가스(연소 생성물)에 의해 가열되는 열 교환기입니다.

보일러 구동장치에서 증기가 발생합니다. 다음과 같은 방법으로. 배기가스에 의해 이코노마이저에서 끓는점까지 예열된 급수는 보일러 드럼으로 들어갑니다. 보일러 테일 부분의 뜨거운 가스 온도는 120°C * 아래로 떨어지지 않아야 합니다.

증기 생성 모드에서는 물이 증발기를 통해 순환합니다. 증발기에서는 강렬한 열 흡수가 발생하여 증발이 발생합니다. 증발기의 기화 과정은 특정 포화 압력에 해당하는 공급수의 끓는점에서 발생합니다.

공통 기술 주기로 통합된 증기 터빈과 가스터빈 장치의 조합을 발전소의 복합발전소(CCGT)라고 합니다. 이러한 장치를 단일 장치로 결합하면 가스 터빈 장치 또는 증기 보일러의 배기 가스로 인한 열 손실을 줄이고, 연료 연소 시 가스 터빈 뒤의 가스를 가열 산화제로 사용하고, 재생의 부분 변위로 인해 추가 전력을 얻을 수 있습니다. 증기 터빈 장치의 효율성을 높이고 궁극적으로 증기 터빈 및 가스 터빈 발전소와 비교하여 복합 화력 발전소의 효율성을 높입니다.

오늘날 에너지 부문에서 CCGT 장치를 사용하는 것이 가장 많습니다. 효과적인 치료법화석 연료 발전소의 열 및 전체 효율이 크게 증가합니다. 가장 잘 작동하는 CCGT 장치의 효율성은 최대 46%이고 설계 중인 장치의 효율성은 최대 48-49%입니다. 즉, 설계된 MHD 설치보다 높습니다.

다양한 CCGT 옵션 중에서 다음과 같은 방식이 가장 널리 퍼져 있습니다. 고압 증기 발생기(HPSG)가 있는 CCGT, 가스 터빈 가스를 증기 보일러의 용광로로 배출하는 CCGT, 회수 증기 보일러(UPC)가 있는 CCGT , 반의존형 CCGT, 고체 연료의 사이클 내 가스화 기능이 있는 CCGT.

NPO TsKTI에서 개발 고압 증기 발생기를 갖춘 CCGT 장치천연가스 또는 액체 가스 터빈 연료로 작동합니다(그림 9.8). 공기 압축기는 하우징의 환형 틈에 압축 공기를 공급합니다. HSV추가 연소실로 DKS,온도가 올라가는 곳. 연소실에서 연료를 연소한 후의 뜨거운 가스는 압축기 뒤의 공기 압력에 따라 0.6-1.2 MPa의 압력을 가지며 증기를 생성하고 과열시키는 데 사용됩니다. 중간 과열기 이후 - 마지막 가열 표면 HSV- 약 700°C 온도의 가스가 추가 연소실로 들어가고, 그곳에서 900°C로 가열되어 가스 터빈으로 들어갑니다. 가스 터빈에서 배출된 가스는 3단계 가스-물 이코노마이저로 보내져 공급수와 증기 터빈의 주 응축수에 의해 냉각됩니다. 이러한 절약 장치의 연결은 굴뚝으로 배출되기 전에 연도 가스의 온도를 120-140°C로 일정하게 유지합니다. 동시에, 이러한 CCGT에서는 부분적인 재생 변위와 증기 ​​터빈 장치의 출력이 증가합니다.

쌀. 9.8. 고압 증기 발생기 VPG-600-140을 갖춘 복합 사이클 가스 플랜트 PGU-250의 개략적인 열 다이어그램:

학사 -분리기 드럼; 체육- 증기 과열기; PP -중간 과열기; 그리고- 증발식 가열 표면; CN-순환펌프; EK1 - EKSH- 가스 터빈 배기가스로부터 열을 회수하기 위한 가스-물 절약 장치; DPV -급수 탈기기; DKS- 추가 연소실

고압 증기 발생기는 증기 터빈과 가스 터빈 장치의 공통 연료 연소실입니다. 이러한 CCGT의 특별한 특징은 회로의 과도한 가스 압력으로 인해 연기 배출 장치를 설치할 수 없으며 공기 압축기가 송풍 팬을 대체한다는 것입니다. 공기 히터가 필요하지 않습니다. HPG의 증기는 기존의 열 회로를 갖춘 증기 터빈 장치로 보내집니다.

이 설치의 중요한 장점은 0.6-1.2MPa의 가스 경로 압력에서 작동하는 HSV의 크기 및 질량 표시기가 감소한다는 것입니다. 고압 증기 발생기는 모두 공장에서 제작됩니다. 운송 요구 사항에 따라 하나의 HPG 본체의 증기 생산량은 350-10 3 kg/h를 초과하지 않습니다. 예를 들어 증기 발생기 VPG-650-140-545/545 PO TKZ는 두 개의 건물로 구성됩니다. 연통은 핀 파이프로 만들어진 용접 기밀 패널로 보호됩니다.

가스 터빈 장치 앞의 적당한 가스 온도에서 HPG와 함께 CCGT 장치를 사용하는 것이 좋습니다. 이 온도가 증가함에 따라 가스에 의해 고압 증기 발생기의 가열 표면으로 전달되는 열의 비율이 감소합니다.

HPG를 사용하는 CCGT 장치의 증기 단계의 자율 작동은 불가능하며 이는 가스 터빈 장치, 증기 터빈 및 증기 발생기의 동일한 신뢰성이 요구되는 이 방식의 단점입니다. 연소실이 내장된 가스 터빈(예: GTE-150)을 사용하는 것도 허용되지 않습니다.

HPG와 함께 CCGT 장치를 사용하는 것은 사이클 내 석탄 가스화 계획에서 유망합니다.

그림에서. 그림 9.9는 터빈 K-160-130 및 GT-35-770 또는 K-210-130 및 GT-45-3을 갖춘 PGU-200-250의 레이아웃을 보여줍니다. 유사한 설비가 Nevinnomyssk 주 지역 발전소에서 수년 동안 성공적으로 운영되어 왔습니다. 이러한 CCGT를 사용하면 증기 터빈 발전소에 비해 화력 발전소에서 연료를 15% 절감하고 특정 자본 투자를 12~20% 절감하며 장비의 금속 소비를 30% 줄일 수 있습니다.

가스 배출이 가능한 CCGT가스 터빈을 증기 보일러의 용광로에 넣는 것은 가스 터빈의 배기 가스가 산소 함량이 14-16%인 고열(450-550°C) 안정 산화제라는 사실을 특징으로 합니다. 이러한 이유로 증기 보일러에서 대량의 연료를 연소하는 데 사용하는 것이 좋습니다(그림 9.10). 이 계획에 따른 CCGT 장치가 구현되어 몰다비아 주 지역 발전소(발전소 11번 및 12번 발전소)에서 성공적으로 운영되고 있습니다. CCGT 장치에는 증기 매개변수 13MPa, 540/540°C의 증기 터빈 K-210-130 POT LMZ, 가스 터빈 GT-35-770 POAT HTZ, 증기 및 가스 단계 TGV-의 발전기 등 직렬 장비가 사용되었습니다. 200 및 TVF-63-243, 자연 순환형 TME-213을 갖춘 단일 케이스 증기 보일러(670 * 10 3 kg/h 용량). 보일러는 공기 히터 없이 공급되며 "가압 상태"와 균형잡힌 통풍으로 작동할 수 있습니다. 이를 위해 이 계획은 연기 배출 장치를 제공합니다. DS.이 계획 CCGT는 CCGT 모드와 가스 및 증기 단계의 자율 작동 모드 등 세 가지 모드로 작동할 수 있습니다.

쌀. 9.9. 고압 증기 발생기를 갖춘 PGU-250 본관 배치:

ㅏ- 교차 구역; b - 계획; 명칭은 그림을 참조하세요. 9.8

설비의 주요 작동 모드는 증기-가스 사이클입니다. 가스 터빈의 배기 가스(액체 가스 터빈 연료는 연소실에서 연소됨)는 보일러의 주 버너로 공급됩니다. 버너는 또한 히터에서 가열된 공기를 받아들이는데, 이는 연소 과정에서 누락되고 추가 공기 팬에 의해 펌핑됩니다. 공수부대증기 보일러 배기 가스는 고압 및 저압 절탄기에서 냉각된 후 굴뚝으로 보내집니다. 고압 이코노마이저를 통해 EKVD CCGT 모드와 증기 단계의 자율 작동 중에 공급수의 약 50%가 공급 펌프 이후에 공급됩니다. 그런 다음 모든 급수는 250°C의 온도에서 주 보일러 이코노마이저로 들어갑니다. 저압 이코노마이저에서 EKND주 터빈 응축수는 다음에 도착합니다. PND5(50%보다 큰 부하에서) 또는 그 이후 PND4(부하가 50% 미만인 경우). 이와 관련하여 증기 터빈의 재생 추출은 부분적으로 언로드되고 유로의 증기 압력은 약간 증가합니다. 터빈 응축기로의 증기 흐름이 증가합니다.

쌀. 9.9. 계속

~에 배터리 수명증기 단계에서는 보일러에서 연료를 연소하는 데 필요한 공기가 송풍 팬에 의해 공급됩니다. 극동히터에 넣어 180°C로 가열한 다음 버너로 보냅니다. 증기 보일러는 연기 배출 장치에 의해 생성된 진공 상태에서 작동합니다. DS.가스 스테이지가 자율적으로 작동하면 배기 가스가 굴뚝으로 향하게 됩니다.

자동 설치를 통해 다양한 모드에서 CCGT 장치를 작동하는 기능이 보장됩니다. 관리 시스템설치의 하나 또는 다른 요소를 차단하기 위해 가스 공기 덕트에 장착된 대구경의 급속 폐쇄 가스 공기 댐퍼(댐퍼). 이는 회로 비용을 증가시키고 신뢰성을 감소시킵니다.

CCGT 가스 터빈 앞의 가스 온도가 증가하고 압축기의 공기 압축 정도가 낮아지면 가스 터빈 배기 가스의 산소 함량이 감소하므로 추가 공기 공급이 필요합니다. 이로 인해 증기 보일러의 대류 가열 표면을 통과하는 가스의 양이 증가하고 연도 가스로 인한 열 손실이 발생합니다. . 송풍팬을 구동하기 위한 에너지 소비도 증가한다. 보일러에서 고체 연료가 연소되면 먼지 준비 시스템에서 가열된 공기가 사용됩니다.

몰다비아 주립 지역 발전소에서 PGU-250을 운영한 경험에 따르면 효율성은 증기 및 가스 단계의 부하에 따라 크게 좌우되는 것으로 나타났습니다. 240-250MW의 정격 부하에서 등가 연료의 특정 소비량은 315g/(kWh)에 이릅니다.

이러한 유형의 복합화력 발전소는 해외(미국, 영국, 독일 등)에 널리 퍼져 있습니다. 이러한 유형의 CCGT의 장점은 고체 연료를 포함한 모든 유형의 연료를 사용할 수 있는 기존 설계의 증기 보일러를 사용한다는 것입니다. 가스 터빈 장치의 연소실에서는 전체 가스 터빈 장치에 필요한 연료의 15~20%만이 연소되므로 희소 품종의 소비가 줄어듭니다. 이러한 복합 사이클 플랜트의 시동은 일반적으로 가스 터빈 장치의 시동으로 시작됩니다. 배기 가스의 열을 사용하면 증기 보일러의 증기 매개변수를 증가시키고 양을 줄일 수 있습니다. 증기 터빈 장비를 시동하는 데 소비되는 연료의 양입니다.

쌀. 9.10. 가스 터빈 가스를 증기 보일러의 용광로로 배출하는 PGU-250의 개략적인 열 다이어그램:

체육-생증기 과열기; PP-중간과열기; 적능력, EKVD, EKND- 이코노마이저: 주압, 고압 및 저압; P1–P7 -증기 단계 재생 시스템 히터; DPV- 급수 탈기기; 펜, KN, DN- 공급, 응축수, 배수 펌프; HP- 주 응축수를 EKND로 재순환시키는 펌프; 극동, 공수부대- 송풍기 및 추가 공기 팬 ; KL1,KL11- 첫 번째 및 두 번째 단계의 히터 ; 안에- PEN의 중간 단계에서 급수 주입; DS- 연기 배출기

재활용 기능이 있는 CCGT증기 보일러를 사용하면 가스 터빈의 배기 가스를 사용하여 증기를 생성할 수 있습니다. 이러한 설비에서는 낮은 매개변수의 증기를 생산하기 위해 추가 연료 연소 없이 순수 바이너리 사이클을 구현하는 것이 가능합니다. 그림에서. 그림 9.11은 원자력 발전소에서 사용되는 GTE-150-1100 가스 터빈과 K-70-29 포화 증기 터빈을 사용하는 CCGT 장치에 대해 제안된 MPEI 다이어그램을 보여줍니다. 터빈 앞의 증기 매개변수는 3MPa, 230°C입니다. 가스와 증기 사이의 허용 가능한 온도 차이와 배기 가스 열의 가장 완전한 사용 조건에 따라 중간 과열기는 가스 증기로 만들어지며 가스 흐름을 따라 이코노마이저 뒤에 위치합니다. 가스 터빈 뒤에 있는 연도 가스의 일부는 회수 증기 보일러의 증발 표면과 이코노마이저 가열 표면 사이의 절단부로 도입됩니다. 형사소송법,이는 필요한 온도 압력을 제공합니다. 이러한 설비는 CCGT 에너지 계수의 높은 값과 주로 천연 가스인 고품질 유기 연료만을 사용하는 것이 특징입니다. 외부 공기 온도 +15°C 및 연도 가스 온도 160°C에서 CCGT 장치의 총 전력은 약 220MW이고 효율은 44.7%이며 특정 연료 소비량은 281g/(kWh입니다. ).

쌀. 9.11. 폐열 보일러와 연료 재연소 없이 포화 증기로 작동하는 터빈을 갖춘 PGU-220의 개략적인 열 다이어그램:

형사소송법- 회수 보일러(증기 발생기) C - 수분 분리기; DN- 배수 펌프; 다른 명칭에 대해서는 그림을 참조하십시오. 20.8, 20.10

All-Union Thermal Engineering Institute와 ATEP는 회수 증기 보일러 이전에 연료를 재연소하지 않고 조종 가능한 CCGT 버전을 개발했습니다. CCGT에는 가스 터빈 GTE-150-1100 1개, 증기 매개변수 3.5MPa, 465°C, 증기 유량 280-103kg/h, 회수율 75MW의 단일 실린더 증기 터빈이 포함됩니다. 핀형 파이프의 가열 표면이 40-10 3m 2인 증기 보일러. 이러한 PGU-250 발전소 본관 모듈은 폭 24m의 단일 경간으로 설계되었으며 그 사이에 가스 터빈 장치, 증기 터빈 및 발전기가 장착됩니다. 단일 샤프트 장치. +5°C의 외부 공기 온도에서 PGU-250의 특정 연료 소비량은 279g/(kWh)입니다.

폐열 보일러가 포함된 CCGT 방식에서 보다 강력한 직렬 증기 터빈 장치를 사용하려면 더 많은 매개변수 증기 소비가 필요합니다. 이는 최대 25%의 추가 연소로 인해 보일러 입구의 가스 온도를 800~850°C로 높이면 가능합니다. 총 흐름보일러 버너 장치의 연료 (천연 가스). 그림에서. 20.12는 VTI 및 ATEP 프로젝트에 따른 이 유형의 PGU-800의 기본 열 다이어그램을 보여줍니다. 여기에는 2개의 가스 터빈 장치 GTE-150-1100 POT LMZ, 총 증기 출력이 1150-10 3kg/h이고 증기 매개변수가 13.5MPa, 545/545°C인 2케이스 회수 증기 보일러 ZiO, 증기 터빈이 포함됩니다. K-500-166 POT LMZ. 이 구성표에는 여러 가지 기능이 있습니다. 터빈의 재생 블리드(마지막 블리드 제외)가 막혔습니다. 재생 시스템에는 혼합 HDPE만 있습니다. 응축기 및 혼합 히터에서 터빈 응축수의 공기를 제거하는 탈기기 없는 방식이 사용되었습니다. 60°C 온도의 응축수는 두 개의 공급 펌프 PE-720-220을 통해 보일러 이코노마이저로 공급됩니다. 재생 증기 추출이 없으면 터빈 응축기로의 통과가 증가하므로 전력은 450MW로 제한됩니다.

직접 흐름 U자형 회수 증기 보일러는 전적으로 대류 가열 표면으로 구성됩니다. 가스터빈 유닛 이후에는 온도 430~520℃, 산소농도 14~15.5%의 배기가스가 680kg/s에 달해 가스터빈 유닛 이후 산업단지의 각 건물로 유입된다. 천연가스는 UPC의 주 버너에서 연소됩니다. 보일러의 가열 표면 앞의 가스 온도는 840-850 °C로 상승합니다. 연소 생성물은 증기 과열기(중간 및 주), 증발 및 이코노마이저 가열 표면에서 순차적으로 냉각되며 ~125°C의 온도로 굴뚝으로 보내집니다. 보일러의 특정 특징은 상당한 양의 가스 흐름에서 작동한다는 것입니다. 연소 생성물 소비에 대한 증기 출력 비율은 기존 동력 장치 증기 보일러보다 5-6 배 낮습니다. 결과적으로 최소 온도 차이는 중간 과열기(일회성 오일-가스 보일러의 경우) 영역에서 이코노마이저의 뜨거운 끝 부분으로 이동합니다. 이 온도차(20-40°C)의 작은 값으로 인해 UPC 설계자는 직경 42X4mm의 핀 파이프로 이코노마이저를 만들어 무게를 줄였지만 보일러의 공기 역학적 저항을 증가시켰습니다. 그 결과, 가스터빈 유닛과 CCGT 전체의 전력이 약간 감소했다.

PGU-800의 주요 모드는 증기-가스 사이클에서 작동하는 반면 회수 증기 보일러는 가압 상태에서 작동합니다. 이러한 CCGT의 장점은 가스 및 증기 단계의 자율 작동이 가능하다는 것입니다. 독립적 인 일 CCGT는 폐열 보일러를 통한 가스 이동으로 인해 배기 저항이 증가하여 약간 감소된 출력에서 ​​발생합니다. 증기 터빈 장치의 자율 작동을 보장하려면 댐퍼와 배연 장치를 추가로 포함해야 하는 회로의 일부 복잡성이 필요합니다. 이 작동 모드에서는 게이트가 닫힙니다. 1 및 2(그림 9.12) 및 게이트를 엽니다. 3 -5. 보일러 배기가스의 주요량(약 70%)은 공기로 농축되고 연기 배출기를 사용하여 재순환됩니다. DR 80 °C의 온도는 보일러 앞의 추가 버너로 보내집니다. 동시에 CPC에서 연소되는 연료의 양은 3배가 됩니다. 배연장치에 의한 보일러 배기가스 미사용량(약 30%) DS굴뚝에 던져졌습니다.

예비 액체 가스 터빈 연료를 사용하여 CCGT 장치를 작동하려면 꼬리 가열 표면의 부식을 방지하기 위해 물을 130~140°C까지 추가로 가열할 수 있는 열 회로를 제공해야 합니다. 따라서 이 작동 모드는 덜 경제적입니다.

회수 증기 보일러를 갖춘 CCGT 장치는 기동성이 뛰어납니다. 연간 약 160회 출시를 위해 설계되었습니다. 6~8시간 정지 후 시동 시간은 60분, 40~48시간 정지 후 시동 시간은 120분이다. CCGT 장치를 하역할 때 우선 압축기의 흡입 가이드 베인(IGU)을 덮어 가스 터빈 장치의 부하를 100%에서 80%로 줄입니다. UPC 버너에서 연소되는 연료 소비를 줄이고 후자의 증기 생산을 줄이면서 가스 터빈 앞의 가스 온도를 유지함으로써 부하를 더욱 줄일 수 있습니다. CCGT 장치 정격 부하의 50%에 도달하면 가스 터빈 장치 중 하나와 해당 CCP 하우징이 꺼집니다. 증기 단계의 부하와 UPC의 증기 생산이 감소하면 경로를 따라 온도 재분배가 발생하고 연도 가스의 온도는 170-190 ° C (50 % 보일러 부하에서)로 증가합니다. 이러한 온도 상승은 연기 배출 장치와 굴뚝의 작동 조건으로 인해 허용될 수 없습니다. 연도 가스의 허용 온도를 유지하기 위해 부하가 감소된 회수 증기 보일러는 증기 터빈 응축기로 과도한 열을 방출하면서 직접 흐름 작동 모드에서 분리기 작동 모드로 전환됩니다. 증기 터빈 설치 설계에는 내장 분리기와 파일럿 확장기가 포함됩니다. 분리기 모드로 전환하면 직접 흐름 작동 모드에 비해 CCGT 장치의 연료 소비가 5~10% 증가합니다.

서부 시베리아, 중앙 아시아 등의 가스 함유 지역에는 활용 증기 보일러가 있는 CCGT 장치를 설치하는 것이 좋습니다. VTI에 따르면 CCGT-800은 높은 에너지 성능을 가지고 있습니다. 외부 공기 온도가 +5°C이고 가스 터빈 앞 가스 온도가 1100°C인 경우 CCGT 장치의 전력은 약 766MW가 되며 등가 연료의 특정 소비량(순)은 266MW가 됩니다. g/(kWh). +40 ~ -40°C 범위의 공기 온도 변화에 따라 두 가스 터빈 장치의 출력이 크게 변경되어 CCGT 장치의 출력이 550-850MW 범위에서 변경됩니다. 기존 800MW 전원 장치 대신 PGU-800을 도입하면 연간 5.7-10 6 루블의 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다. (204-10 표준연료 6kg).

쌀. 9.12. 폐열 보일러 및 연료 재연소 기능을 갖춘 PGU-800의 개략적인 열 다이어그램:

1-5 - 전환 가능한 기밀 게이트; DS- 연기 배출 장치; DR- 가스 재순환을 위한 연기 배출 장치; 와 함께- 수분 분리기; ₩₩- 점화 확장기; 보조기구- 저압 혼합히터

VTI 및 ATEP의 설계에 따른 PGU-800 본관 레이아웃의 변형이 그림 1에 나와 있습니다. 9.13. CCGT 본관에 대한 예상 자본 투자액은 89 RUR/kW입니다. 이 건설을 통해 6개의 800MW 경유 발전 장치를 설치하는 것과 비교하여 6개의 PGU-800 장치를 갖춘 CPP에서 최대 9-106kg의 강철과 최대 8-106kg의 철근 콘크리트를 절약할 수 있습니다. .

표준 직렬 장비를 사용하는 가스 터빈과 증기 터빈 플랜트의 조합은 다음과 같이 수행됩니다. 반독립 복합 사이클 플랜트(그림 9.14). 이는 전기 부하 일정이 최고조에 달할 때 사용하도록 고안되었으며 고압 증기 히터를 완전히 또는 부분적으로 차단합니다. 결과적으로 증기 터빈의 흐름 부분을 통과하는 통로가 증가하고 약 10-11%의 증기 단계 출력 증가가 실현됩니다. 급수 온도의 감소는 가스 터빈의 배기 가스에 의한 가스-물 이코노마이저의 추가 가열로 보상됩니다. 가스 터빈 배기가스의 온도는 약 190°C까지 감소합니다. 가스 터빈 장치의 작동을 고려한 피크 출력의 총 증가는 증기 터빈 장치 기본 출력의 35~45%입니다. 표준 연료의 특정 소비량은 본 장치의 자율 작동 중 소비량과 유사합니다. .

쌀. 9.13. 복합화력 가스 플랜트 PGU-800 본체의 레이아웃 옵션:

1- 가스 터빈 GTE-150-1100; 2 - 발전기 GTU; 3-가스 터빈 압축기로의 공기 흡입; 4 – 회수 증기 보일러; 5 - 증기 터빈 K-500-166; 6- 연기 배출 장치; 7 - 송풍기 팬; 8 -가스 덕트

쌀. 9.14. 반독립 복합 사이클 플랜트의 개략적인 열 다이어그램:

GVE- 가스-물 절약 장치; PC- 스팀 보일러; 다른 명칭에 대해서는 그림을 참조하십시오. 9.8.

소련의 유럽 지역에 반독립형 CCGT 장치를 설치하는 것이 좋습니다. LMZ에 따르면 다음과 같은 증기 및 가스 터빈 조합을 권장합니다. 1 X K-300-240 + 1 X GTE-150-1100; 1개의 K-500-130+ 1개의 GTE-150-1100; 1 X K-1200-240 + 2 X GTE-150-1100 등 가스 터빈 장치에 대한 예상 자본 투자의 증가는 약 20%이며, CCGT 장치를 작동할 때 전력 시스템에서 동등한 연료 절감 효과가 있습니다. 피크 모드는 (0.5-1.0) X X10 6kg/년입니다. 피크 전력을 얻으려면 반독립형 CCGT 장치 방식으로 난방 시설을 사용하는 것이 유망합니다.

고려 중인 CCGT 계획에는 고품질 유기 연료(천연 가스 또는 액체 가스 터빈 연료)의 부분적 또는 전체 사용이 포함되어 있어 광범위한 구현을 방해합니다. 상당한 관심을 끄는 것은 CKTI가 고압 증기 발생기와 고체 연료의 사이클 내 가스화를 포함하여 개발한 복합 사이클 가스 플랜트의 다양한 계획입니다(그림 20.15). 이를 통해 복합 사이클 가스 플랜트를 완전히 석탄으로 전환할 수 있습니다.

쌀. 9.15. HPG 및 순환 석탄 가스화 기능을 갖춘 CCGT 장치의 개략적인 열 다이어그램:

/- 연료 건조 ; 2 - 가스 발생기; 3 - 고압 증기 발생기(HPG); 4 - 드럼 분리기; 5 - 추가 HPG 연소실; 6- HSV 순환 펌프; 가스 터빈의 배기 가스로부터 열을 회수하기 위한 7-이코노마이저; 8 굴뚝; 9- 가스 세정기; 10- 발전기 가스 히터; DK- 부스터 압축기; PT- 증기 구동 터빈; RGT-확장 가스 터빈; /- 신선한 증기; // - 증기 재가열 ; /// - 압축기 뒤의 압축 공기; IV- 정화된 발전기 가스; V- 재; Ⅵ-Ⅸ- 터빈 급수 및 응축수

사전 분쇄된 석탄(분쇄된 석탄 3-10 mm)은 건조를 위해 건조기로 공급되고 (슬래깅 방지를 위해) 산화제를 통해 가스 발생기로 들어갑니다. 계획 옵션 중 하나는 증기-공기 분사를 사용하여 "유동층"을 갖춘 가스 발생기에서 석탄을 가스화하는 것입니다. 부스터 압축기 뒤의 가스 발생기에 공기를 공급하고 "차가운" 중간 과열 라인에서 증기를 공급하여 연료 가스화가 보장됩니다. 쿠즈네츠크 석탄 1kg당 약 3.2kg의 가스화용 공기는 메인 및 부스터 압축기에서 순차적으로 압축되고(압력은 10% 증가) 증기와 혼합된 후 가스 발생기로 들어갑니다. 석탄 가스화는 1000°C에 가까운 온도에서 발생합니다.

발전기 가스는 냉각되어 증기 터빈 부품의 작동 유체에 열을 전달한 다음 기계적 불순물과 황 함유 화합물을 제거하고 팽창 가스 터빈에서 팽창한 후(구동 터빈의 증기 소비를 줄이기 위해) 부스터 압축기), 고압 증기 발생기와 연소를 위한 추가 연소실로 들어갑니다. 나머지 열 회로는 HSV가 있는 기존 CCGT의 회로와 일치합니다.

VNIPIenergoprom은 NPO TsKTI와 함께 석탄 사이클 내 가스화 기능을 갖춘 225MW 용량의 열병합 발전 장치 설계를 개발했습니다. 이를 위해 이중 케이싱 고압 증기 발생기 VPG-650-140 TKZ, 가스 터빈 장치 GTE-45-2 KhTZ, 가열 증기 터빈 T-180-130 LMZ 등 표준 전력 장비가 사용되었습니다. 증기-공기 폭발 GGPV-100-2를 갖춘 2개의 가스 발생기로서 용량이 100t/h인 쿠즈네츠크 석탄. 기술적, 경제적 계산에 따르면 180MW의 기존 증기 터빈 가열 장치와 비교하여 복합 사이클 전력 장치를 사용하면 열 소비로 인한 특정 전력 생산량이 1.5배 증가하고 최대 8%의 연료 절감이 보장되는 것으로 나타났습니다. 대기로의 유해한 배출을 크게 줄이고 연간 총량을 얻습니다. 경제적 효과 2.6-10 6 문지름. 고려되는 복합화력 발전 장치는 Kuznetsk, Ekibastuz 및 Kansk-Achinsk 분지의 석탄을 사용하여 더욱 강력한 CCGT-1000을 만드는 데 사용될 것입니다.

복합화력 발전소는 미국, 독일, 일본, 프랑스 등에서 널리 사용됩니다. CCGT 장치는 주로 천연가스 및 다양한 유형의 액체 연료를 연소합니다. CCGT 장치의 도입은 초기 가스 온도가 900~1100°C인 강력한 가스 터빈 장치(70~100MW)의 출현으로 촉진되었습니다. 이를 통해 추가 연료 연소가 수행되는지 여부에 따라 매체의 강제 순환과 4-9MPa의 증기 압력을 갖춘 드럼 유형의 회수 증기 보일러(그림 9.16)가 있는 CCGT 장치를 사용할 수 있게 되었습니다. . 그림에서. 그림 9.17은 가스 터빈 MW701을 갖춘 CCGT 장치용 회수 증기 보일러의 다이어그램을 보여줍니다. 보일러는 두 가지 증기 압력을 위해 설계되었습니다. 급수 탈기기가 있는 블록에 자체 드럼이 있는 저압 및 고압 핀 튜브로 만들어진 가열 표면이 있습니다.

CCGT(증기가스 플랜트)를 사용하는 Kirov CHPP-3 영토의 현대화 작업이 종료되고 있습니다. 이 발전소는 키로보-체페츠크 시에 열에너지(난방 및 온수)를 공급하고 키로프 지역 소비자에게 전기를 공급합니다. 발전소는 1942년에 운전을 시작했으며 새로운 전력 장비를 시운전하기 전에 발전소의 설치된 전기 용량은 160MW, 열용량은 813Gcal/h였습니다. 역의 동력 보일러는 천연가스, 연료유, 쿠즈네츠크 석탄을 연소합니다. CCGT를 사용하면 발전소의 전력 및 화력을 두 배 이상(최대 390MW) 늘릴 수 있습니다.

Kirovskaya CHPP-3에서 230MW CCGT 발전소 건설은 2012년 2월 29일에 시작되었습니다. IES-Holding의 전력 엔지니어들은 짧은 시간 동안 엄청난 양의 작업을 수행했으며, 정식 출시는 2014년 여름으로 예정되어 있습니다.

복합발전소의 전력은 230MW, 화력은 136Gcal/h이다. 위탁된 복합발전 발전소는 키로프 지역에서 가장 경제적이고 환경 친화적인 발전 장비입니다. 구별되는 특징역 - 지역 최초의 팬형 냉각탑 사용. 프로젝트 비용은 103억 루블에 달했습니다.

오늘날 증기가스 기술의 사용은 최적의 솔루션전통적인 열 에너지의 경우. 이 유형의 블록은 단가 측면에서 최적의 매개변수를 갖습니다. 설치된 용량그리고 경제적 효율성. 가스 연소 에너지를 재사용하기 때문에 효율성은 기존 증기 동력 장치보다 훨씬 높습니다. 따라서 건설된 장치의 총 용량은 230메가와트입니다. Kirov CHPP-3의 전체 오래된 부분의 최대 용량은 149 메가와트입니다. 동시에 CCGT 장치의 효율성은 기존 장치의 30%에 비해 52%입니다. CCGT의 또 다른 특징은 유해 물질이 대기로 배출되는 수준이 낮다는 것입니다. 마지막으로, 복합 사이클 가스 장치는 기존 증기 발전 장치에 비해 건설 주기가 상당히 짧습니다.

CCGT로 가는 길은 개방형 배전반을 지나갑니다. 그것이 모든 체페츠크 아스팔트가 있는 곳입니다!

유화 "CHPP-3의 2.5 파이프".

파이프는 사용이 중단되었으며 해체 작업이 진행 중입니다.

새로운 스위치기어.

새로운 변압기는 내화성 칸막이로 서로 분리됩니다.

실외 스위치기어 장비(스위치, 전류 및 전압 변압기, 단로기).

RCS(Relay Control Panel) 건물 옥상에서 찍은 사진입니다.

변압기 개방형 설치 영역의 전류 도체 육교.

새롭고 오래된 것.

CHPP-3의 건물은 벽돌로 만들어졌으며 이후의 모든 CHPP는 콘크리트 및 철근 콘크리트 제품을 사용하여 지어졌습니다.

이제 에너지를 얻는 단계를 살펴 보겠습니다.

CCGT 장치의 연료(가스)는 먼저 가스 처리 지점에 공급된 후 육교를 통해 터빈으로 들어갑니다.

위에서는 복합 청소 장치에서 정화된 공기가 가스터빈으로 공급됩니다. 동시에 공기 순도에 대한 요구 사항은 직원이 신발 없이 가운을 입고 공기 덕트에 들어갈 수 있도록 하는 것입니다. 이 공기는 특별한 처리를 거쳐 우리가 마시는 공기보다 훨씬 깨끗합니다.

건물 내부 구조는 화물열차 두 대와 크기가 비슷하다.

통신 설치 작업이 진행 중입니다.

이 터빈의 작동 원리는 여객기 엔진의 작동 원리와 유사합니다. 공기를 정화하고 압축기에서 압축한 다음 천연가스를 공급합니다. 연소 중에 생성된 가스는 터빈을 회전시키고, 터빈은 다시 발전기를 회전시킵니다.

진동을 줄이기 위해 터빈은 특수 스프링에 설치되었습니다.

생성된 전기는 도체를 통해 변압기에 공급됩니다.

다음으로 연소 생성물은 폐열 보일러로 들어갑니다. 또한 국내 회사인 JSC EMAllliance에서 제조합니다. 이 독특한 보일러 장치는 이 시설을 위해 특별히 설계되었으며 유사점이 없습니다. 높이는 30m이며 저압 및 고압 증기를 생산하는 두 개의 회로가 있습니다.

상단의 통신.

연기 배기관.

회수 보일러에서 나오는 증기는 80메가와트 발전기를 갖춘 T-63 증기 터빈을 회전시킵니다. 이 프로젝트를 위해 특별히 Urals에서 제조되었으며 복합 사이클 장치의 일부로만 작동하도록 설계되었습니다. 이 터빈은 국내 터빈 건설의 최신 발전 기술을 통합합니다.

터보 발전기 ​​고정자(증기 터빈의 가장 무거운 요소, 무게 105톤)를 기초에 설치하는 작업은 ALE Heavylift LLC의 네덜란드 전문가가 수행했습니다. 그들은 특수 리깅 시스템을 설치하고 특수 잭과 튼튼한 케이블을 사용하여 몇 시간 내에 고정자를 20미터 높이로 들어 올려 기초 위에 설치했습니다.

모든 장비를 서비스하기 위해 오버헤드 크레인이 조립되었습니다.

응축수 저장 탱크.

메인 제어판.

밸브 조립실에서는 보일러 부서의 자동화 공정 제어 시스템을 위한 장비 설치와 케이블 배치도 시작했습니다. 케이블 구조물 설치 작업이 완료되었으며, 케이블 박스 설치, 전원 케이블 부설 및 장비 연결이 진행 중입니다.