VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В любой стране энергетика является базовой отраслью экономики, стратегически важной для государства. От её состояния и развития зависят соответствующие темпы роста других отраслей хозяйства, стабильность их работы и энерговооруженность. Энергетика создает предпосылки для применения новых технологий, обеспечивает наряду с другими факторами современный уровень жизни населения. На независимости страны от внешних, импортируемых энергоресурсов, также как и на развитом оборонном вооруженном комплексе основывается высокая позиция государства на международной политической арене.

Необходимо выяснить, насколько же выгодно с экономической и экологической точки зрения использование газотурбинных и парогазовых установок в энергетике, а также рассмотреть пути модернизации установок прямого горения с использованием газотурбинных технологий.

В промышленности электрическая энергия из тепловой получается путем промежуточного преобразования её в механическую работу. Современная техника пока не позволяет создать более или менее мощные установки для получения электричества непосредственно из тепла. Все установки такого типа пока могут работать или только кратковременно, или при крайне малых мощностях, или при низких кпд, или зависят от временных факторов, таких как погодные условия, время суток, и т.п.

Поэтому на тепловых электростанциях нельзя обойтись без тепловых двигателей. Перспективное направлении развития энергетики связано с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) энергетическими установками тепловых электростанций.

ПГУ на природном газе – единственные энергетические установки, которые в конденсационном режиме работы отпускают электроэнергию с электрическим кпд более 58%

Упрощенный цикл работы тепловой станции: Газ (топливо) поступает в котел, где сгорает и передает тепло воде, которая выходит из котла в виде пара и крутит паровую турбину. А паровая турбина крутит генератор. Из генератора мы получаем электроэнергию, а пар для промышленных нужд (отопление, подогрев) забираем из турбины при необходимости. 10.А в газотурбиной установке газ сгорает и крутит газовую турбину, которая вырабатывают электроэнергию, а выходящие газы превращают воду в пар в котле-утилизаторе, т.е. газ работает с двойной пользой: сначала сгорает и крутит турбину, затем нагревает воду в котле. Но еще больше пользы будет в том случае, если и полученный пар заставить работать — пустить его в паровую турбину, чтобы работал еще один генератор. Тогда ГТУ станет ПАРО-ГАЗОВОЙ УСАНОВКОЙ (ПГУ).

В итоге ПГУ — это более широкое понятие. Эта установка – самостоятельный энергоблок, где топливо используется один раз, а электроэнергия вырабатывается дважды: в газотурбинной установке и в паровой турбине. Этот цикл очень эффективный, и имеет КПД порядка 57 %! Это очень хороший результат, который позволяет значительно снизить расход топлива на получение киловатт-часа электроэнергии!

Газотурбинные установки работают по определенному графику, называемому диспетчерским и устанавливающему вырабатываемую мощность и время, когда эта мощность должна быть выработана. Чтобы обеспечивать работу в таком режиме, ГТУ должны быть надежны. Вместе с тем заданная мощность должна вырабатываться с наименьшими затратами, т.е. ГТУ должны быть экономичными.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ эксплуатации парогазовой энергетической установки, в соответствии с которым рабочее тело, по меньшей мере, одной газотурбинной части установки сжимают в одном или двух и более компрессорах с промежуточным охлаждением в газоохладителях, далее рабочее тело подогревают до заданных начальных параметров в первом нагревателе, после чего рабочее тело расширяют в турбине, приводящей в действие компрессоры и электрогенератор газотурбинной части установки, затем рабочее тело подогревают в, по меньшей мере, одном следующем нагревателе, после которого направляют во вторую турбину, отработавшее в газотурбинной части установки рабочее тело пропускают в итоге через греющую сторону теплообменного аппарата, в обогреваемой стороне которого за счет тепла охлаждаемого рабочего тела газотурбинной части установки производят паровую фазу рабочего тела паротурбинной части установки, приводящей в действие, например, второй электрогенератор установки.

Надежной считается установка, способная без перерывов, вызванных неполадками и авариями, устойчиво работать в течение межремонтного периода на заданных режимах. Для планирования выработки мощности необходимо иметь количественную оценку надежности. Одной из таких оценок является коэффициент готовности.

Старение оборудования электростанций и связанная с этим необходимость полной или частичной его замены - одна из основных проблем развития электроэнергетики в ближайшие годы. Обновление позволяет не только сохранить и даже несколько увеличить мощность действующих станций, но также повысить эффективность использования органического топлива.

Возможны несколько путей модернизации установок прямого горения с использованием газотурбинных технологий. Например, выхлоп газовой турбины может быть использован в установке по утилизации мусора для повышения температуры производимого пара. В схеме с горячим наддувом внешний перегрев пара обеспечивает оптимальное соотношение между потреблением газа и общей площадью поверхности теплообменника.

Расширение природного газа (с давления в газопроводе до атмосферного) в газовой турбине, в состав которой входит реактор частичного окисления, дает возможность получить синтетический газ. Использование этого газа в топочной камере паротурбинной установки позволяет реализовать очень перспективную схему модернизации.

Замена части трубной обвязки парового котла на воздухонагреватель для газовой турбины улучшает термодинамические показатели паротурбинной установки, увеличивая кпд и количество производимой энергии. При этом повышение эксплуатационных характеристик энергетических установок, работающих на твердом топливе, с использованием газотурбинных технологий не требует чрезмерного расхода природного газа и применения большого количества тепло-обменных поверхностей. Следует отметить, что при всех схемах модернизации требуется дополнительная площадь для установки газовой турбины и вспомогательного оборудования.

Код для цитирования: Скопировать