Yhdistetty kiertolaitos. Yhdistetyt kaasulaitokset (CCP): rakenne ja toimintaperiaate CCGT-kattilalaitosten lämpökaaviot

Höyry-kaasu kutsutaan voimalaitokset (PGU), jossa kaasuturbiinilaitoksen pakokaasujen lämpöä käytetään suoraan tai epäsuorasti sähkön tuottamiseen höyryturbiinikierrossa.

Kuvassa Kuvassa 4.10 on kaaviokuva yksinkertaisimmasta kombilaitoksesta, ns. käyttötyypistä. Kaasuturbiinin pakokaasut tulevat sisään soodakattila- vastavirtalämmönvaihdin, jossa kuumien kaasujen lämmön vuoksi tuotetaan korkeaparametrista höyryä, joka ohjataan höyryturbiiniin.

Kuva 4.10. Kaaviokuva yksinkertaisin yhdistelmälaitos

soodakattila on kuilu suorakaiteen muotoinen osa , johon on sijoitettu hopeoiduista putkista muodostetut lämmityspinnat, joihin syötetään höyryturbiiniyksikön työneste (vesi tai höyry). Yksinkertaisimmassa tapauksessa hukkalämpökattilan lämmityspinnat koostuvat kolmesta elementistä: ekonomaiserista 3, höyrystimestä 2 ja tulistimesta 1. Keskeinen elementti on höyrystin, joka koostuu tynnyristä 4 (pitkä sylinteri puoliksi täynnä vettä), useista syöksyputkista 7 ja melko tiiviisti asennettu pystysuorat putket itse höyrystin 8. Höyrystin toimii periaatteella luonnollinen konvektio . Höyrystysputket sijaitsevat vyöhykkeellä, jonka lämpötila on korkeampi kuin laskuputket. Siksi vesi lämpenee niissä, haihtuu osittain ja muuttuu siten kevyemmäksi ja nousee ylös rumpuun. Vapautunut tila täyttyy lisää kylmä vesi rummun pudotusputkien kautta. Tyydytetty höyry kerätään rummun yläosaan ja lähetetään tulistimen 1 putkiin. Rummun 4 höyryvirtausta kompensoidaan veden tulolla ekonomaiserista 3. Tällöin sisääntuleva vesi kulkee haihdutusputkien läpi. monta kertaa ennen kuin se on haihtunut kokonaan. Siksi kuvattua hukkalämmön kattilaa kutsutaan kattila luonnollisella kierrolla.

Ekonomaiseri lämmittää saapuvan syöttää vettä melkein kiehumispisteeseen asti. Kuiva rumpu kylläistä höyryä tulee tulistimeen, jossa se ylikuumenee kyllästyslämpötilan yläpuolelle. Tuloksena olevan tulistetun höyryn lämpötila t 0 on tietysti aina pienempi kuin kaasujen lämpötila q G kaasuturbiinista (yleensä 25 - 30 °C).

Alla hukkalämpökattilan kaavio kuvassa. Kuvassa 4.10 on esitetty kaasujen ja käyttönesteen lämpötilojen muutos niiden liikkuessa toisiaan kohti. Kaasun lämpötila laskee vähitellen tuloaukon arvosta q Г arvoon qух pakokaasujen lämpötila. Liikkuu kohti Syöttövesi nostaa lämpötilansa ekonomaiserissa kiehumispisteeseen(piste A). Tässä lämpötilassa (kiehumisen partaalla) vesi tulee höyrystimeen. Vesi haihtuu siinä. Samaan aikaan sen lämpötila ei muutu (prosessi a - b). Pisteessä b käyttöneste on kuivan kylläisen höyryn muodossa. Seuraavaksi tulistin ylikuumenee arvoon t 0 .

Tulistimen ulostulossa syntyvä höyry ohjataan höyryturbiiniin, jossa se laajenee ja toimii. Turbiinista poistohöyry tulee lauhduttimeen ja lauhdutetaan syöttöpumpulla. 6 syöttöveden painetta lisäävä, johdetaan takaisin hukkalämpökattilaan.

Siten perustavanlaatuinen ero CCGT:n höyryvoimalaitoksen (SPU) ja perinteinen virtalähde Lämpövoimalaitos koostuu vain siitä, että polttoainetta ei polteta hukkalämpökattilassa, vaan CCGT PSU:n toimintaan tarvittava lämpö otetaan GTU:n pakokaasuista. Yleinen muoto hukkalämpökattila on esitetty kuvassa 4.11.

Kuva 4.11. Yleisnäkymä hukkalämpökattilasta

Kuvassa näkyy voimalaitos, jossa on CCGT-yksikkö. 4.12, jossa on lämpövoimalaitos, jossa on kolme voimayksikköä. Jokainen voimayksikkö koostuu kahdesta vierekkäisestä kaasuturbiiniyksiköstä 4 tyyppi V94.2 yritys Siemens, joista jokaisella on omat pakokaasunsa korkea lämpötila lähettää sen hukkalämpökattilaansa 8 . Näiden kattiloiden tuottama höyry ohjataan yhteen höyryturbiiniin 10 sähkögeneraattorin kanssa 9 ja lauhdutin, joka sijaitsee lauhdutushuoneessa turbiinin alla. Kunkin tällaisen voimayksikön kokonaiskapasiteetti on 450 MW (kummankin kaasuturbiinin ja höyryturbiinin kapasiteetti on noin 150 MW). Ulostulon diffuusorin välissä 5 ja hukkalämmön kattila 8 asennettu ohituspiippu 12 ja kaasutiivis portti 6 .

Kuva 4.12. Voimalaitos CCGT:llä

PSU:n tärkeimmät edut.

1. Yhdistelmäkiertoinen laitos on tällä hetkellä edullisin sähköntuotantoon käytettävä moottori.

2. Yhdistelmäkiertoinen laitos on ympäristöystävällisin moottori. Tämä johtuu ensisijaisesti korkeasta hyötysuhteesta - loppujen lopuksi kaikki polttoaineen sisältämä lämpö, ​​jota ei voitu muuttaa sähköksi, vapautuu ympäristöön ja esiintyy lämpösaasteita. Siksi CCGT:n lämpöpäästöjen väheneminen höyryvoimalaitokseen verrattuna vastaa suunnilleen sähköntuotannon polttoaineen kulutuksen vähenemistä.

3. Yhdistelmälaitos on erittäin ohjattava moottori, johon voidaan verrata ohjattavuudeltaan vain autonomista kaasuturbiinia. Höyryturbiinin potentiaalisesti korkea ohjattavuus varmistetaan sen suunnittelussa olevan kaasuturbiinin läsnäololla, jonka kuormitus muuttuu muutamassa minuutissa.

4. Höyryvoimaloiden ja yhdistelmälämpövoimaloiden samalla teholla CCGT-laitoksen jäähdytysveden kulutus on noin kolme kertaa pienempi. Tämän määrää se, että CCGT:n höyrytehoosan teho on 1/3 kokonaistehosta, eikä GTU käytännössä vaadi jäähdytysvettä.

5. CCGT:llä on alhaisemmat kustannukset asennettua tehoyksikköä kohden, mikä johtuu rakennusosan pienemmästä tilavuudesta, monimutkaisen tehokattilan puuttumisesta ja on kallista savupiippu, regeneratiiviset syöttövesilämmitysjärjestelmät käyttämällä yksinkertaisempaa höyryturbiini ja tekniset vesihuoltojärjestelmät.

PÄÄTELMÄ

Kaikkien lämpövoimalaitosten suurin haitta on, että kaikki käytetyt polttoaineet ovat korvaamattomia luonnonvaroja, jotka ovat vähitellen loppumassa. Lisäksi lämpövoimalaitokset kuluttavat huomattava määrä polttoaine (joka päivä yksi 2000 MW:n voimalaitos polttaa kaksi junaa hiiltä päivässä) ja ovat ympäristön kannalta "likaisimpia" sähkönlähteitä, varsinkin jos ne toimivat runsaasti tuhkapitoisilla rikkipitoisilla polttoaineilla. Siksi tällä hetkellä ydin- ja vesivoimaloiden käytön ohella kehitetään uusiutuvia tai muita energiaa käyttäviä voimalaitoksia. vaihtoehtoisia lähteitä energiaa. Kaikesta huolimatta lämpövoimalat ovat kuitenkin suurimmat sähkön tuottajat useimmissa maailman maissa ja pysyvät sellaisina ainakin seuraavat 50 vuotta.

TESTIKYSYMYKSET LUENTON 4

1. Lämpövoimalaitoksen lämpökaavio – 3 pistettä.

2. Lämpövoimalaitosten sähköntuotannon teknologinen prosessi – 3 pistettä.

3. Nykyaikaisten lämpövoimalaitosten layout – 3 pistettä.

4. Kaasuturbiiniyksiköiden ominaisuudet. Kaasuturbiiniyksikön lohkokaavio. GTU-tehokkuus – 3 pistettä.

5. Kaasuturbiiniyksikön lämpökaavio – 3 pistettä.

6. CCGT:n ominaisuudet. PSUU:n rakennekaavio. CCGT-tehokkuus – 3 pistettä.

7. CCGT-yksikön lämpökaavio – 3 pistettä.

LUENTO 5

YDINVOIMALAITOKSET. POLTTOAINE YDINVOIMAALLE. YDINREAKTORIN TOIMINTAPERIAATE. SÄHKÖN TUOTANTO YDINVOIMALLA LÄMPÖREAKTOREILLA. NOPEAT NEUTRONIN REAKTORIT. MODERNIEN Ydinvoimalaitosten EDUT JA HAITOT

Peruskonseptit

Ydinvoimala(ydinvoimala) on voimalaitos, sähköenergian tuottaminen muuntamalla ydinreaktorissa (reaktoreissa) vapautunutta lämpöenergiaa uraaniatomien ytimien hallitun fission (halkeamisen) seurauksena. Perusteellista eroa Ydinvoimalaitos eroaa lämpövoimalaitoksesta vain siinä, että höyrygeneraattorin sijasta käytetään ydinreaktoria - laitetta, jossa suoritetaan kontrolloitu ydinketjureaktio, johon liittyy energian vapautuminen.

Uraanin radioaktiiviset ominaisuudet löysi ensimmäisenä ranskalainen fyysikko Antoine Becquerel vuonna 1896. Englantilainen fyysikko Ernest Rutherford suoritti ensimmäisen kerran keinotekoisen ydinreaktion hiukkasten vaikutuksen alaisena vuonna 1919. saksalaiset fyysikot Otto Hahn Ja Fritz Strassmann avattiin vuonna 1938 , että raskaiden uraaniytimien fissio neutronien pommituksen aikana mukana energian vapautuminen. Tämän energian todellinen käyttö oli ajan kysymys.

Ensimmäinen ydinreaktori rakennettiin joulukuussa 1942 Yhdysvaltoihin italialaisen fyysikon johtama fyysikkoryhmä Chicagon yliopistossa Enrico Fermi. Ensimmäistä kertaa uraaniytimien vaimentamaton fissioreaktio toteutui. Ydinreaktori, nimeltään SR-1, koostui grafiittilohkoista, joiden välissä sijaitsi luonnonuraania ja sen dioksidia sisältäviä palloja. Nopeat neutronit ilmaantuvat ydinfission jälkeen 235 U grafiitti hidasti niitä lämpöenergiaksi ja aiheutti sitten uusia ydinfissioita. Reaktoreita, joissa suurin osa fissioista tapahtuu lämpöneutronien vaikutuksen alaisena, kutsutaan termisiksi (hitaiksi) neutronireaktoreiksi; tällaisissa reaktoreissa on paljon enemmän hidastajaa kuin uraania.

Euroopassa ensimmäinen ydinreaktori F-1 valmistettiin ja käynnistettiin joulukuussa 1946 Moskovassa ryhmä fyysikoita ja insinöörejä, jota johtaa akateemikko Igor Vasilievich Kurchatov. F-1-reaktori oli tehty grafiittilohkoista ja se oli pallon muotoinen, jonka halkaisija oli noin 7,5 m. Pallon, jonka halkaisija oli 6 m, keskiosassa grafiittilohkojen reikiin laitettiin uraanisauvoja . F-1-reaktorissa, kuten SR-1:ssä, ei ollut jäähdytysjärjestelmää, joten se toimi alhaisilla tehotasoilla: murto-osista watin yksikköihin.

F-1-reaktorin tutkimustulokset toimivat pohjana teollisuusreaktorien suunnittelulle. Vuonna 1948 työ aloitettiin I. V. Kurchatovin johdolla käytännön sovellus atomienergiaa sähkön tuottamiseksi.

Maailman ensimmäinen 5 MW:n teollinen ydinvoimalaitos käynnistettiin 27. kesäkuuta 1954 Obninskissa Kalugan alueella.. Vuonna 1958 otettiin käyttöön Siperian ydinvoimalaitoksen 1. vaihe teholla 100 MW (kokonaissuunnittelukapasiteetti 600 MW). Samana vuonna aloitettiin Belojarskin teollisen ydinvoimalan rakentaminen, ja huhtikuussa 1964 ensimmäisen vaiheen generaattori toimitti sähköä kuluttajille. Syyskuussa 1964 käynnistettiin Novovoronežin ydinvoimalan ensimmäinen yksikkö, jonka kapasiteetti oli 210 MW. Toinen 350 MW:n yksikkö otettiin käyttöön joulukuussa 1969. Vuonna 1973 Leningradin ydinvoimala otettiin käyttöön.

Iso-Britanniassa ensimmäinen teollinen ydinvoimala, jonka kapasiteetti oli 46 MW, otettiin käyttöön vuonna 1956 Calder Hallissa. Vuotta myöhemmin Shippingportissa (USA) otettiin käyttöön 60 MW:n ydinvoimala.

Maailman johtavat ydinsähkön tuottajat ovat: USA (788,6 miljardia kWh/vuosi), Ranska (426,8 miljardia kWh/vuosi), Japani (273,8 miljardia kWh/vuosi), Saksa (158,4 miljardia kWh/vuosi) ja Venäjä (154,7 miljardia kWh/vuosi). Vuoden 2004 alussa maailmassa oli toiminnassa 441 ydinvoimareaktoria, joista venäläinen JSC TVEL toimittaa polttoainetta 75:een.

Euroopan suurin ydinvoimala - Zaporozhyen ydinvoimala, Energodar (Ukraina) - 6 ydinreaktorit joiden kokonaisteho on 6 GW. Maailman suurin ydinvoimala - Kashiwazaki-Kariwa (Japani) - viisi kiehuvaa ydinreaktoria ( BWR) ja kaksi kehittynyttä kiehuvaa ydinreaktoria ( ABWR), jonka kokonaiskapasiteetti on 8,2 GW.

Tällä hetkellä Venäjällä toimivat seuraavat ydinvoimalat: Balakovo, Belojarsk, Bilibinsk, Rostov, Kalinin, Kuola, Kursk, Leningrad, Novovoronezh, Smolensk.

Venäjän energiastrategialuonnoksen kehitys vuoteen 2030 saakka ennakoi ydinvoimalaitosten sähköntuotannon nelinkertaistamista.

Ydinvoimalaitokset luokitellaan niihin asennettujen reaktorien mukaan:

l lämpöneutronireaktorit , käyttämällä erityisiä hidasteita lisäämään polttoaineatomien ytimien neutronien absorption todennäköisyyttä;

l nopeat neutronireaktorit .

Toimitetun energian tyypin mukaan ydinvoimalaitokset jaetaan:

l ydinvoimalaitokset, jotka on suunniteltu tuottamaan vain sähköä;

l Ydinvoimalaitokset (CHP), jotka tuottavat sekä sähköä että lämpöenergiaa.

Tällä hetkellä rakennusvaihtoehtoja harkitaan vain Venäjällä ydinvoimaloita lämmön syöttö.

Ydinvoimalaitos ei käytä ilmaa polttoaineen hapettamiseen, ei päästä tuhkaa, rikin oksideja, hiiltä jne. ilmakehään, sen radioaktiivinen tausta on pienempi kuin lämpövoimaloissa, mutta se kuluttaa lämpövoimaloiden tapaan valtavan määrän vettä lauhduttimien jäähdyttämiseen.

Polttoaine ydinvoimaloihin

Suurin ero ydinvoimaloiden ja lämpövoimaloiden välillä on käyttää ydinpolttoainetta fossiilisten polttoaineiden sijaan. Ydinpolttoainetta saadaan luonnonuraanista, jota louhitaan joko kaivoksissa (Niger, Ranska, Etelä-Afrikka) tai avolouhoksissa (Australia, Namibia) tai maanalaisella liuotuksella (Kanada, Venäjä, USA). Uraani on laajalle levinnyt luonnossa, mutta rikkaita uraanimalmiesiintymiä ei ole. Uraania löytyy erilaisista kivistä ja vedestä hajanaisessa tilassa. Luonnonuraani on seos uraanin enimmäkseen halkeamattomasta isotoopista 238U(yli 99 %) ja halkeamiskelpoinen isotooppi 235 U (noin 0,71 %), joka on ydinpolttoainetta (1 kg 235 U vapauttaa noin 3000 tonnin hiilen palamislämpöä vastaavaa energiaa).

Ydinvoimalaitosten reaktorit vaativat uraanin rikastaminen. Tätä varten luonnonuraani lähetetään prosessoinnin jälkeen rikastuslaitokseen, jossa 90 % luonnollisesta köyhdytetystä uraanista lähetetään varastoon ja 10 % rikastetaan 3,3 - 4,4 %:iin.

Rikastetusta uraanista (tarkemmin uraanidioksidista UO 2 tai uraanioksidi-typpioksiduuli U 2 O 2) on tehty polttoaine-elementit - polttoainesauvat- sylinterimäiset tabletit, joiden halkaisija on 9 mm ja korkeus 15-30 mm. Nämä tabletit laitetaan suljettuihin astioihin zirkonium(zirkoniumin neutronien absorptio on 32,5 kertaa pienempi kuin teräksen) ohutseinäiset putket pituus noin 4 m. Polttoainesauvat kootaan useiden sadan kappaleen polttoainenippuiksi (FA).

Kaikki muut ydinfissioprosessit 235 U fissiofragmenttien, radioaktiivisten kaasujen jne. ovat tapahtumassa suljettujen polttoainesauvan putkien sisällä.

Asteittaisen jakamisen jälkeen 235 U ja vähentää sen pitoisuutta 1,26 prosenttiin kun reaktorin teho laskee merkittävästi, polttoaineniput poistetaan reaktorista, varastoidaan jäähdytysaltaassa jonkin aikaa ja lähetetään sitten radiokemialliseen laitokseen käsittelyä varten.

Toisin kuin lämpövoimaloissa, joissa niillä on tapana polttaa polttoaine kokonaan, Ydinvoimalaitoksilla on mahdotonta jakaa ydinpolttoainetta 100 %:sti. Siksi ydinvoimalaitoksilla on mahdotonta laskea hyötysuhdetta vastaavan polttoaineen ominaiskulutuksen perusteella. Nettohyötysuhteella arvioidaan ydinvoimalaitosyksikön käyttötehokkuutta

,

missä on tuotettu energia, on reaktorissa samanaikaisesti ja samaan aikaan vapautuva lämpö.

Näin laskettu ydinvoimalaitoksen hyötysuhde on 30 - 32 %, mutta sitä ei ole täysin järkevää verrata lämpövoimalaitoksen hyötysuhteeseen, joka on 37 - 40 %.

Ydinpolttoaineena käytetään uraani 235 isotoopin lisäksi myös seuraavia:

• uraani-isotooppi 233 ( 233 U) ;
• plutonium-isotooppi 239 ( 239 Pu);
• torium-isotooppi 232 ( 232 Th) (muuntamalla muotoon 233 U).

Valitettavasti siirtyminen yhdistettyjen lämmön ja sähkön laitosten (CCGT) rakentamiseen höyryturbiinien sijaan on johtanut lämmityksen alenemiseen kokonaisenergiantuotannossa entistä voimakkaammin. Tämä puolestaan ​​johtaa BKT:n energiaintensiteetin kasvuun ja kotimaisten tuotteiden kilpailukyvyn heikkenemiseen sekä asumis- ja kunnallispalvelujen kustannusten nousuun.

¦ CCGT CHPP:n sähköntuotannon korkea hyötysuhde kondensaatiosyklillä jopa 60 %;

¦ vaikeudet sijoittaa CCGT CHP-laitoksia tiheälle kaupunkialueelle sekä polttoainetoimitusten lisääntyminen kaupunkeihin;

¦ Vakiintuneen perinteen mukaisesti CCGT CHPP:t on varustettu höyryturbiiniasemien tapaan T-tyyppisillä lämpöturbiineilla.

P-tyypin turbiineilla varustettujen lämpövoimalaitosten rakentaminen 1990-luvulta alkaen. viime vuosisadalla, käytännössä lopetettiin. Perestroikaa edeltävinä aikoina noin 60 % kaupunkien lämpökuormasta tuli teollisuusyrityksiltä. Heidän lämmöntarpeensa suorittaa teknisiä prosesseja oli melko vakaa koko vuoden. Aamuisin ja iltaisin suurin virrankulutus kaupungeissa tasoitti virransyötön huippuja ottamalla käyttöön asianmukaisia ​​virransyöttörajoituksia. sähköenergiaa teollisuusyritykset. P-tyypin turbiinien asentaminen CHP-laitokselle oli taloudellisesti perusteltua niiden halvemman ja tehokkaamman energiankulutuksen vuoksi T-tyypin turbiiniin verrattuna Höyry-kaasu energiaresurssipolttoaine

Viimeiset 20 vuotta jyrkän laskun vuoksi teollisuustuotanto Kaupunkien energiahuoltojärjestelmä on muuttunut merkittävästi. Tällä hetkellä kaupunkilämpövoimalaitokset toimivat lämmitysaikataulun mukaan, jossa kesän lämpökuorma on vain 15-20 % lasketusta arvosta. Sähkönkulutuksen päivittäinen aikataulu on muuttunut epätasaisemmaksi väestön sähkökuormituksen sisällyttämisestä ilta-aikoihin, mikä liittyy väestön sähkön tarjonnan nopeaan lisääntymiseen. kodinkoneet. Lisäksi energiankulutusaikataulun tasoittaminen asettamalla asianmukaiset rajoitukset teollisille kuluttajille heidän pienen osuutensa energian kokonaiskulutuksesta johtuen osoittautui mahdottomaksi. Ainoa asia, joka ei ole niin hyvä tehokas tapa Ratkaisu ongelmaan oli alentaa iltamaksimia ottamalla käyttöön alennettuja tariffeja yöaikaan.

Siksi P-tyypin turbiineilla varustetuissa höyryturbiinilämpövoimalaitoksissa, joissa lämpö- ja sähköenergian tuotanto on tiukasti kytketty toisiinsa, tällaisten turbiinien käyttö osoittautui kannattamattomaksi. Vastapaineturbiineja valmistetaan nykyään vain virta vähissä lisätä kaupunkien höyrykattilatalojen käyttötehokkuutta siirtämällä ne yhteistuotantoon.

Tämä vakiintunut lähestymistapa säilytettiin myös CCGT CHP-laitoksen rakentamisen aikana. Samaan aikaan höyry-kaasukierrossa ei ole tiukkaa suhdetta lämpö- ja sähköenergian toimittamisen välillä. Näillä P-tyypin turbiineilla varustetuilla asemilla illan maksimi sähkökuormituksen kattaminen voidaan saavuttaa lisäämällä tilapäisesti sähkön syöttöä kaasuturbiinikierrossa. Lyhytaikainen lämmönsyötön vähentäminen lämmitysjärjestelmään ei vaikuta lämmityksen laatuun rakennusten ja lämpöverkon lämmönvarauskyvyn vuoksi.

Vastapaineturbiineilla varustetun CCGT CHP-yksikön kaavakuva sisältää kaksi kaasuturbiinia, hukkalämpökattilan, P-tyypin turbiinin ja huippukattilan (kuva 2). Huippukattila, joka voidaan asentaa CCGT-alueen ulkopuolelle, ei näy kaaviossa.

Kuvasta Kuvasta 2 nähdään, että lämpövoimalaitoksen CCGT-yksikkö koostuu kaasuturbiiniyksiköstä, joka koostuu kompressorista 1, polttokammiosta 2 ja kaasuturbiinista 3. Kaasuturbiiniyksikön pakokaasut ohjataan hukkalämpöön. kattilaan (HRB) 6 tai ohitusputkeen 5 portin 4 asennosta riippuen ja kulkee sarjan lämmönvaihtimia läpi, joissa vesi lämmitetään, höyry erotetaan matalassa 7 ja korkeapaine 8, lähetetään höyryturbiiniyksikköön (STU) 11. Lisäksi kyllästettyä matalapainehöyryä tulee STU:n väliosastoon, ja korkeapaineinen höyry esilämmitetään soodakattilassa ja lähetetään STU:n päähän. STU:sta lähtevä höyry lauhdutetaan lämmitysveden lämmönvaihtimeen 12 ja johdetaan lauhdepumppujen 13 avulla kaasulauhteenlämmittimeen 14, jonka jälkeen se lähetetään ilmanpoistoon 9 ja siitä HRSG:hen.

Kun lämpökuorma ei ylitä perusarvoa, asema toimii täysin lämmitysaikataulun mukaisesti (ATEC = 1). Jos lämpökuorma ylittää peruskuorman, kattilahuippu kytketään päälle. Tarvittava määrä sähköä tulee ulkoisista tuotantolähteistä kaupungin sähköverkkojen kautta.

Tilanteet ovat kuitenkin mahdollisia, kun sähkön tarve ylittää sen ulkopuolisista lähteistä hankitun määrän: pakkaspäivinä kotitalouden sähkönkulutuksen lisääntyessä lämmityslaitteet; onnettomuuksien sattuessa tuotantolaitoksissa ja sisällä sähköverkot. Tällaisissa tilanteissa kaasuturbiinien teho on perinteisessä lähestymistavassa kiinteästi sidottu hukkalämpökattilan suorituskykyyn, mikä puolestaan ​​on sanelee lämmitysaikataulun mukaisen lämpöenergian tarpeen ja saattaa olla riittämätön tyydyttämään lisääntynyttä lämpöä. sähkön kysyntään.

Kaastamaan syntyvän sähköpulan kaasuturbiini siirtyy hukkalämpökattilan lisäksi osittain poistamaan jätteiden palamistuotteita suoraan ilmakehään. Siten CCGT CHP-yksikkö siirretään väliaikaisesti sekatilaan - höyry-kaasu- ja kaasuturbiinijaksoilla.

Tiedetään, että kaasuturbiiniyksiköillä on hyvä ohjattavuus (sähkövoiman saamisen ja purkamisen nopeus). Siksi edelleen mukana Neuvostoliiton aika Niitä oli tarkoitus käyttää pumppausasemien kanssa tehonsyöttöjärjestelmän tasoittamiseen.

Lisäksi on huomioitava, että niiden kehittämä teho kasvaa ulkoilman lämpötilan alenemisen myötä, ja juuri alhaisissa lämpötiloissa vuoden kylmimpään aikaan havaitaan maksimi tehonkulutus. Tämä näkyy taulukossa.

Kun teho saavuttaa yli 60 % lasketusta arvosta, haitallisten kaasujen NOx ja CO päästöt ovat minimaaliset (kuva 3).

Välilämmitysjakson aikana kaasuturbiinien tehon pienenemisen estämiseksi yli 40 %, yksi niistä kytketään pois päältä.

Lämpövoimalaitosten energiatehokkuutta voidaan lisätä keskitetyllä jäähdytyshuollolla kaupunkialueille. klo hätätilanteita CCGT CHPP:llä on suositeltavaa rakentaa pienitehoiset kaasuturbiiniyksiköt erillisiin rakennuksiin.

Suurten kaupunkien tiheän kaupunkikehityksen alueilla rekonstruoitaessa olemassa olevia lämpövoimalaitoksia käyttöikänsä loppuun kuluneilla höyryturbiineilla, on suositeltavaa luoda niiden pohjalle kombivoimalaitos R-tyypin turbiineilla. jäähdytysjärjestelmän miehittämät alueet (jäähdytystornit jne.) vapautuvat, joita voidaan käyttää muihin tarkoituksiin.

Vertaamalla CCGT CHPP:tä vastapaineturbiineilla (tyyppi P) ja CCGT CHPP:tä, jossa on lauhdutinpoistoturbiineja (tyyppi T), voimme tehdä seuraavat asiat johtopäätöksiä.

• 1. Molemmissa tapauksissa kerroin hyödyllistä käyttöä polttoaine riippuu tukikohdan sähköntuotannon osuudesta lämmönkulutus kokonaistuotantovolyymissa.
• 2. CCGT CHP-laitoksissa, joissa on T-tyypin turbiineja, lämpöenergiaa häviää lauhteen jäähdytyspiirissä ympäri vuoden; suurimmat häviöt tapahtuvat kesällä, jolloin lämmönkulutuksen määrää rajoittaa vain kuumavesihuolto.
• 3. R-tyypin turbiineilla varustetuissa CCGT CHP-laitoksissa aseman hyötysuhde laskee vain rajoitetun ajan, jolloin on tarpeen kattaa syntyvä tehopula.
• 4. Kaasuturbiinien ohjattavuusominaisuudet (kuormitus- ja irtoamisnopeudet) ovat monta kertaa korkeammat kuin höyryturbiinien.

Näin ollen suurten kaupunkien keskustoissa sijaitsevien asemien rakennusolosuhteissa vastapaineturbiineilla varustetut CCGT CHPP:t (tyyppi P) ovat kaikilta osin parempia kuin yhdistelmäkiertoiset CHPP:t, joissa on lauhteenpoistoturbiineja (tyyppi T). Niiden sijoittaminen vaatii huomattavasti pienemmän alueen, ne ovat taloudellisempia polttoaineenkulutuksen ja haitalliset vaikutukset Myös ympäristövaikutukset ovat pienemmät.

Tätä varten on kuitenkin tehtävä asianmukaiset muutokset sääntelykehystä yhdistetyn kierron huoltoasemien suunnittelusta.

Harjoitella Viime vuosina osoittaa, että sijoittajat, jotka rakentavat esikaupunkien CCGT CHP-laitoksia melko vapaille alueille, asettavat sähköntuotannon etusijalle ja lämmön hankinta on heidän mielestään sivutoimintona. Tämä selittyy sillä, että asemien hyötysuhde voi jopa lauhdekäytössä nousta 60 prosenttiin ja lämpöverkkojen rakentaminen vaatii lisäkustannuksia ja lukuisia hyväksyntöjä eri rakenteilta. Tämän seurauksena ATPP:n kuumennuskerroin voi olla pienempi kuin 0,3.

Siksi CCGT CHPP:tä suunniteltaessa ei ole tarkoituksenmukaista, että jokainen yksittäinen asema sisällyttää tekniseen ratkaisuun optimaalinen arvo ATEC. Tehtävänä on löytää optimaalinen lämmityksen osuus koko kaupungin lämmönjakelusta.

Nyt Neuvostoliiton aikana kehitetty rakennuskonsepti on jälleen tullut merkitykselliseksi tehokkaita lämpövoimaloita paikoissa, joissa polttoainetta tuotetaan, kaukana suurista kaupungeista. Tämä johtuu sekä paikallisten polttoaineiden käytön osuuden kasvusta alueellisessa polttoaine- ja energiakompleksissa että uusien lämpöputkistojen luominen (ilmanlasku), joiden lämpötilapotentiaali on lähes mitätön jäähdytysnesteen kuljetuksen aikana.

Tällaisia ​​lämpövoimalaitoksia voidaan luoda joko höyryturbiinikierron perusteella, jossa poltetaan suoraan paikallista polttoainetta, tai yhdistetyn syklin kaasukierron perusteella, jossa käytetään kaasua tuottavista laitoksista saatua kaasua.

Yhdistetty kaasuturbiiniyksikkö on yhdistetty laitos, joka koostuu kaasuturbiiniyksiköstä, hukkalämpökattilasta (HRB) ja höyryturbiinista (ST). Höyry- ja kaasusyklien toteuttaminen suoritetaan erillisissä piireissä, eli silloin, kun palamistuotteiden ja höyry-neste-työnesteen välillä ei ole kosketusta. Työnesteiden vuorovaikutus tapahtuu vain lämmönvaihdon muodossa pintatyyppisissä lämmönvaihtimissa.

Yhdistettyjen kaasulaitosten käyttö on yksi mahdollisista ja lupaavista alueista polttoaine- ja energiakustannusten alentamiseksi.

CCGT yhdistää termodynaamisesti onnistuneesti kaasuturbiinien ja höyryvoimaloiden parametrit:

Kaasuturbiinit toimivat kohonneiden käyttönesteen lämpötilojen vyöhykkeellä;

Höyryteho - ohjaavat jo käytetyt palamistuotteet, jotka poistuvat turbiinista, ts. toimia kierrättäjinä ja käyttää jäteenergiaa.

Laitoksen hyötysuhde kasvaa korkean lämpötilan kaasukierron termodynaamisen höyrykierron ansiosta, mikä vähentää lämpöhäviöitä kaasuturbiinissa olevien pakokaasujen kanssa.

Näin ollen CCGT:tä voidaan pitää turbiiniyksiköiden kolmantena parannusvaiheena. CCGT-moottorit ovat lupaavia moottoreita, koska ne ovat erittäin taloudellisia ja vaativat vähän pääomasijoituksia. Yhdistettyjen kaasulaitosten erinomaiset ominaisuudet ovat määrittäneet niiden käyttöalueet. CCGT-yksiköitä käytetään laajalti energia-alalla ja muilla polttoaine- ja energiakompleksin alueilla.

Tällaisten laitteistojen laajaa käyttöä vaikeuttaa yhteisen näkemyksen puute kaasuturbiinilaitosten lämmön hyödyntämisen järkevimmistä suunnista.

Tällä hetkellä lupaava CCGT-järjestelmä pääkaasuturbiinien käyttöön on myös puhtaasti hyötykäyttöinen CCGT-järjestelmä, jossa on täydellinen kiertorakenne, jossa höyrygeneraattoria lämmitetään vain kaasuturbiinin pakokaasuilla (kuva 6.1).

Tämän kaavion mukaan kaasuturbiinin palamistuotteet matalapaineturbiinin (LPT) jälkeen menevät hukkalämpökattilaan (HRB) tuottamaan korkeapaineista höyryä. HRSG:stä saatu höyry menee höyryturbiiniin (ST), jossa se laajenee hyödyllistä työtä, aikoo ajaa sähkögeneraattoria tai kompressoria. PT:n jälkeinen poistohöyry menee lauhduttimeen K, jossa se lauhdutetaan ja syötetään sitten takaisin hukkalämpökattilaan syöttöpumpulla (PN). Yhdistelmäkiertolaitoksen termodynaaminen sykli on esitetty kuvassa. 6.2. Kaasuturbiinilaitoksen korkean lämpötilan kaasukierto alkaa ilman puristusprosessilla aksiaalikompressorissa: 1 → 2. Polttokammioon (sekä regeneraattoriin, jos sellainen on) syötetään lämpöä 2 → 3; syntyneet palamistuotteet pääsevät kaasuturbiiniin, jossa ne laajenevat, prosessoivat 3 → 4; ja lopuksi poistokaasut luovuttavat lämpönsä hukkalämpökattilassa, lämmittäen vettä ja höyryä, 4 → 5. Loppuosa matalan lämpötilan lämmöstä jää käyttämättä ja siirtyy ympäristöön, 5 → 1.

Kuva 6.1 - Kaavio CCGT-yksiköstä, jossa on hukkalämpökattila

Kuva 6.2 - Kaavio yhdistelmälaitoksen syklistä T-S-koordinaateissa

Höyry-kaasukierto muodostuu prosessien sarjasta: 1" - 2" - 3" - 4" - 5" - 1" (kuva 6.2). Perinteisesti sykli alkaa 1" - 2" lämmönsyötöllä ekonomaiserissa. Lauhduttimesta tuleva vesi on matala lämpötila yhtä suuri kuin 39 °C (lauhduttimen paineessa P np = 0,007 MPa). Se kuumennetaan noin 170...210 °C kiehumislämpötilaan vakiopaineessa, joka vastaa kattilan käyttöpainetta 0,8...2,0 MPa. 2" - 3" - prosessi, jossa vesi haihdutetaan höyrystimessä ja muutetaan kyllästetyksi höyryksi. 3" – 4" – höyryn tulistin tulistimessa; 4" – 5" – höyryn laajenemisprosessi höyryturbiinissa työn suorittamisen ja lämpötilan alenemisen kanssa; 5" - 1" - höyry lauhdutetaan lauhduttimeen K ja tuloksena oleva vesi syötetään jälleen hukkalämpökattilaan KU. Kierto on valmis.

Höyryturbiinin (ST) teho riippuu todellisesta lämmönsiirrosta tai entalpiasta höyryturbiinin poikki ja höyryvirtauksesta. Höyrynkulutus ja höyryparametrit määräytyvät hukkalämpökattilan toiminnan mukaan. Hukkalämpökattilan kaaviokuva on esitetty kuvassa. 6.3.

Hukkalämpökattila on höyrykattila, jossa on pakkokierto, jolla ei ole omaa tulipesää ja jota lämmitetään minkä tahansa voimalaitoksen pakokaasuilla.

Siksi kaasuturbiinin pakokaasujen hukkalämpö, ​​jonka lämpötila on noin 400 °C, on varsin riittävä tehokasta työtä kierrätyslaitoksia.

Kattilaa pitkin ne asennetaan peräkkäin lämmönvaihtimet: veden ekonomaiseri "E", höyrystin "I" ja tulistin "P".

Veden ekonomaiseri on lämmönvaihdin, jossa vettä lämmitetään matalan lämpötilan kuumilla kaasuilla (palamistuotteet) ennen kuin se syötetään kattilan rumpuun (erottimeen).

Höyryä muodostuu kattilan ajokoneistossa seuraavasti. Syöttövesi, joka on esilämmitetty ekonomaiserissa pakokaasujen kiehumispisteeseen, tulee kattilan rumpuun. Kuumien kaasujen lämpötila kattilan takaosassa ei saa laskea alle 120 °C*.

Höyrynkehitystilassa vesi kiertää höyrystimen läpi. Höyrystimessä tapahtuu voimakasta lämmön absorptiota, jonka seurauksena tapahtuu höyrystymistä. Höyrystymisprosessi höyrystimessä tapahtuu syöttöveden kiehumispisteessä, joka vastaa tiettyä kyllästyspainetta.

Yhdistetyt voimalaitokset ovat höyry- ja kaasuturbiineja. Tämä yhdistelmä mahdollistaa kaasuturbiinien hukkalämmön häviön tai höyrykattiloiden pakokaasujen lämmön vähentämisen, mikä varmistaa yhdistetyn syklin kaasuturbiiniyksiköiden (CCGT) tehokkuuden kasvun yksittäisiin höyryturbiini- ja kaasuturbiiniyksiköihin verrattuna. .

Tällä hetkellä on olemassa kahdenlaisia ​​yhdistetyn syklin kaasulaitoksia:

a) korkeapainekattiloilla ja turbiinin pakokaasujen poistamisella tavanomaisen kattilan polttokammioon;

b) käyttämällä turbiinin pakokaasujen lämpöä kattilassa.

Kaaviokaaviot näistä kahdesta CCGT-yksiköstä on esitetty kuvassa. 2.7 ja 2.8.

Kuvassa 2.7 esittää kaavion CCGT:stä korkeapainehöyrykattilalla (HPB) 1 , johon syötetään vettä ja polttoainetta, kuten perinteisessä lämpökeskuksessa höyryn tuottamiseksi. Kondensoivaan turbiiniin tulee korkeapainehöyryä 5 , samalla akselilla, jonka kanssa generaattori sijaitsee 8 . Turbiinista poistunut höyry tulee ensin lauhduttimeen 6 ja sitten käyttämällä pumppua 7 menee takaisin kattilaan 1 .

Kuva 2.7. Kaavio pgu:sta vpg:n kanssa

Samalla kattilassa polttoaineen palamisen aikana muodostuneet kaasut, joilla on korkea lämpötila ja paine, lähetetään kaasuturbiiniin 2 . Kompressori sijaitsee samalla akselilla 3 , kuten perinteisessä kaasuturbiiniyksikössä, ja toinen sähkögeneraattori 4 . Kompressori on suunniteltu pumppaamaan ilmaa kattilan palotilaan. Turbiinin pakokaasut 2 Myös kattilan syöttövesi lämmitetään.

Tällä CCGT-järjestelmällä on se etu, että se ei vaadi savunpoistoa kattilan pakokaasujen poistamiseen. On huomattava, että puhaltimen toiminnon suorittaa kompressori 3 . Tällaisen CCGT:n hyötysuhde voi olla 43%.

Kuvassa Kuva 2.8 esittää kaaviokuvaa toisesta CCGT-tyypistä. Toisin kuin kuvassa näkyvä PGU. 2.7, kaasu turbiiniin 2 tulee polttokammiosta 9 , ei kattilasta 1 . Vietetty edelleen turbiinissa 2 kattilaan tulee kaasuja, jotka on kyllästetty jopa 16–18 % hapella kompressorin läsnäolon vuoksi 1 .

Tällä kaaviolla (kuva 2.8) on etu edellä käsiteltyyn CCGT-yksikköön verrattuna (Kuva 2.7), koska siinä käytetään tavanomaista kattilaa, jolla voidaan käyttää mitä tahansa polttoainetta, myös kiinteää polttoainetta. Polttokammiossa 3 tässä tapauksessa poltetaan tällä hetkellä huomattavasti halvempaa kaasua tai nestemäistä polttoainetta kuin CCGT-järjestelmässä, jossa on korkeapaineinen höyrykattila.

Kuva 2.8. Kaaviokaavio pgu:sta (nollauspiiri)

Tämä kahden laitoksen (höyry ja kaasu) yhdistäminen yhteiseksi yhdistelmäkiertoyksiköksi luo myös mahdollisuuden saada parempi ohjattavuus verrattuna perinteiseen lämpölaitokseen.

Kaavio ydinvoimaloista

Ydinvoimalaitokset eivät käyttötarkoituksensa ja teknologisen toimintaperiaatteen osalta käytännössä eroa perinteisistä lämpövoimalaitoksista. Niiden merkittävä ero on ensinnäkin siinä, että ydinvoimalaitoksella, toisin kuin lämpövoimalaitoksissa, höyryä ei muodostu kattilassa, vaan reaktorin sydämessä, ja toiseksi siinä, että ydinvoimalaitokset käyttävät ydinpolttoainetta, joka sisältää uraani-235 (U-235) ja uraani-238 (U-238) isotooppeja.

Ydinvoimalaitosten teknologiselle prosessille on ominaista myös merkittävien radioaktiivisten fissiotuotteiden muodostuminen, minkä vuoksi ydinvoimalaitokset ovat teknisesti monimutkaisempia lämpövoimalaitoksiin verrattuna.

Ydinvoimalaitospiiri voi olla yksi-, kaksi- ja kolmipiirinen (kuva 2.9).

Riisi.2.9. Kaaviokaaviot ydinvoimaloista

Yksipiirinen piiri (kuva 2.9a) on yksinkertaisin. Vapautettu ydinreaktorissa 1 Raskaiden alkuaineiden ytimien fission ketjureaktion vuoksi jäähdytysneste siirtää lämpöä. Höyryä käytetään usein jäähdytysaineena, jota käytetään sitten kuten perinteisissä höyryturbiinivoimaloissa. Reaktorissa syntyvä höyry on kuitenkin radioaktiivista. Siksi ydinvoimalaitoksen henkilöstön ja ympäristön suojelemiseksi suurin osa laitteista on suojattava säteilyltä.

Kaksi- ja kolmipiiristen kaavioiden mukaan (kuvat 2.9, b ja 2.9, c) lämpö poistetaan reaktorista jäähdytysnesteellä, joka sitten siirtää tämän lämmön suoraan työympäristöön (esim. piirikaavio höyrygeneraattorin kautta 3 ) tai välipiirin jäähdytysnesteen kautta (esimerkiksi kolmipiirisessä mallissa välilämmönvaihtimen välillä 2 ja höyrystin 3 ). Kuvassa 2,9 numeroina 5 , 6 Ja 7 lauhdutin ja pumput näytetään, ja ne suorittavat samat toiminnot kuin perinteisessä lämpövoimalaitoksessa.

Ydinreaktoria kutsutaan usein ydinvoimalan "sydämeksi". Tällä hetkellä reaktoreita on useita.

Riippuen neutronien energiatasosta, jonka vaikutuksesta ydinpolttoaineen fissio tapahtuu, ydinvoimalat voidaan jakaa kahteen ryhmään:

ydinvoimalan kanssa lämpöneutronireaktorit;

ydinvoimalan kanssa nopeat neutronireaktorit.

Termisten neutronien vaikutuksesta vain uraani-235:n isotoopit voivat fissiota, jonka pitoisuus luonnonuraanissa on vain 0,7 %, loput 99,3 % ovat uraani-238:n isotooppeja. Korkeamman energiatason neutronivuon (nopeat neutronit) vaikutuksesta uraani-238 tuottaa keinotekoista ydinpolttoainetta plutonium-239:ää, jota käytetään nopeiden neutronien reaktoreissa. Suurin osa tällä hetkellä käytössä olevista voimareaktoreista on ensimmäistä tyyppiä.

Kaaviokaavio kaksipiirisessä ydinvoimalaitoksessa käytetystä ydinvoimareaktorista on esitetty kuvassa. 2.10.

Ydinreaktori koostuu sydämestä, heijastimesta, jäähdytysjärjestelmästä, ohjaus-, säätö- ja ohjausjärjestelmästä, kotelosta ja biologisesta suojasta.

Reaktorin sydän on alue, jossa fissioketjureaktio ylläpidetään. Se koostuu halkeamiskelpoisesta materiaalista, jäähdytysnesteen hidastimesta ja neutroniheijastimesta, säätösauvoista ja rakennemateriaaleista. Reaktorisydämen pääelementit, jotka tuottavat energian vapautumista ja itseään ylläpitäviä reaktioita, ovat halkeamiskykyinen materiaali ja hidastin. Ydin on erotettu ulkoisista laitteista ja henkilöstötyöstä suojavyöhykkeellä.

CCGT-laitteisto, joka on suunniteltu kahden käyttönesteen, höyryn ja kaasun, energian samanaikaiseen muuntamiseen mekaaninen energia. [GOST 26691 85] kombilaitos Laite, joka sisältää säteilyä ja konvektiivisia lämmityspintoja,... ...

Yhdistetty kiertolaitos- laite, joka sisältää säteilyä ja konvektiivisia lämmityspintoja, jotka tuottavat ja ylikuumentavat höyryä höyryturbiinin toimintaa varten polttamalla orgaanista polttoainetta ja kierrättämällä kaasuturbiinissa käytettyjen palamistuotteiden lämpöä... ... Virallinen terminologia

Yhdistetty kiertolaitos- GTU 15. Yhdistetty laitos Laite, joka on suunniteltu muuntamaan samanaikaisesti kahden käyttönesteen, höyryn ja kaasun, energia mekaaniseksi energiaksi Lähde: GOST 26691 85: Lämpövoimatekniikka. Termit ja määritelmät alkuperäinen asiakirja 3.13 par... Normatiivisen ja teknisen dokumentaation termien sanakirja-viitekirja

yhdistelmäkaasulaitos, jossa biomassan kaasutus tapahtuu syklin sisällä- (käytetystä kaasutustekniikasta riippuen hyötysuhde on 36–45%) [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN biomassa integroitu kaasutus yhdistetty kiertolaitos ... Teknisen kääntäjän opas

yhdistetyn kierron kaasulaitos, jossa on hiilen kaasutus-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti FI kaasutusyhdistelmälaitos ... Teknisen kääntäjän opas

yhdistetyn kierron kaasulaitos, jossa on hiilen kaasutus (CCP-VGU)-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN hiilen kaasutusvoimalaitos integroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas

yhdistelmäkaasulaitos, jossa hiilen kaasutus tapahtuu ilmapuhalluksella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN ilmapuhallusintegroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas

yhdistelmäkaasulaitos, jossa hiilen kaasutus tapahtuu happipuhalluksella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti EN happipuhallettu integroitu hiilen kaasutuslaitos ... Teknisen kääntäjän opas

kombilaitos jälkipolttopolttoaineella-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Energia-aiheet yleisesti EN kombilaitos lisäpoltolla ... Teknisen kääntäjän opas

yhdistetty kiertolaitos, jossa on lisäpolttoaineen poltto-- [A.S. Goldberg. Englanti-venäläinen energiasanakirja. 2006] Aiheet: energia yleisesti FI täydentävä yhdistelmälämmityslaitos ... Teknisen kääntäjän opas