Bab 11 Fitur permulaan GTU
Konverter frekuensi statis (SFC)
Informasi Umum
Konverter frekuensi statis (SFC) digunakan untuk memutar poros turbin gas dengan menyuplai generator dengan frekuensi variabel, pengurangan tegangan, dan pengurangan daya eksitasi.
Prosedur penyalaan turbin gas sepenuhnya otomatis. Generator digunakan dalam mode "motor" dan selama siklus start mempercepat poros hingga persentase tertentu dari kecepatan pengenal.
Setelah persentase kecepatan nominal tertentu tercapai, CFC dimatikan dan turbin gas kemudian berakselerasi sendiri hingga 100% kecepatan nominal.
Pada kecepatan pengenal 100%, generator menghasilkan tegangan pengenal dan siap untuk rangkaian sinkronisasi jaringan listrik.
Selain fungsi start, CFC juga digunakan untuk mempercepat unit hingga kecepatan tertentu selama siklus pembilasan.
Luncurkan peralatan sistem
Peralatan sistem starter ditempatkan di dalam rumahan, yang biasanya terletak berdekatan dengan kompartemen generator. Penutup ini cocok untuk pemasangan di luar ruangan pada kondisi iklim lokasi tertentu. Pemanas, AC, penerangan, dan stopkontak tambahan disediakan untuk melindungi peralatan yang ditempatkan di dalam sasis.
Komponen utama dari sistem ini tercantum di bawah ini:
Satu (1) kompartemen pemantauan dan kontrol
Satu (1) reaktor tautan DC
Satu (1) sakelar off-base di sisi unit
Alat ukur dan proteksi (trafo tegangan VT dan trafo arus CT)
Satu (1) pemutus arus sisi transformator
Prinsip kerja dasar
Konverter tegangan statis awal ditenagai oleh transformator konversi tegangan.
FFC starter adalah konverter frekuensi tidak langsung yang beroperasi sebagai inverter pergantian alami, terdiri dari tiga komponen utama:
· Satu (1) jembatan penyearah thyristor (jembatan jaringan) yang ditenagai oleh transformator konversi tegangan.
· Satu (1) jembatan inverter thyristor (jembatan unit) dihubungkan ke generator melalui saklar pemutus.
· Satu (1) sirkuit penghubung DC perantara yang reaktornya menyediakan pemisahan antara jembatan utama dan unit.
Sistem yang diusulkan mencakup generator pulsa untuk memulai. Pengendalian asinkron dilakukan seluruhnya dengan mengolah sinyal yang diambil dari motor starter sinkron menggunakan trafo tegangan.
Saat beroperasi dalam mode motor, arus searah disuplai ke belitan rotor generator dari sistem yang meliputi:
Jembatan thyristor digunakan untuk pengoperasian generator
· Sistem otomatis yang mensuplai arus searah ke belitan eksitasi rotor menggunakan slip ring dan sikat. Sikat menekan cincin pada awal urutan awal atau siklus pencucian dan naik ke atas cincin pada akhir urutan atau siklus.
Fungsi
HRC awal dirancang untuk melakukan fungsi-fungsi berikut:
· Turbin start: Alat pemutar menciptakan momen putaran awal pada sumbu poros; kemudian HRC mempercepat poros turbin gas hingga kecepatan self-propelled.
· Flush (dengan pembongkaran kompresor): Selama urutan ini, CFC memutar turbin gas dengan kecepatan konstan rendah.
Deskripsi dan elemen desain
Satu set peralatan lengkap dipasang di dalam kabinet (kabinet) ber-AC yang cocok untuk pemasangan di luar ruangan.
Di dalam kabinet, dua kelompok peralatan berbeda dapat dibedakan:
Peralatan listrik
Peralatan bantu dan kontrol
Kekuatanperalatan
Reaktor penghalusan tautan DC dan modul daya thyristor adalah unit "daya" dari SFS.
Modul thyristor daya jaringan/unit mencakup lengan thyristor jembatan, sistem pelindungnya, sambungan dan alat pengukur (trafo arus, trafo tegangan).
Reaktor tautan DC penghalusan biasanya dibuat dengan inti besi berpendingin udara yang dilengkapi dengan sensor suhu maksimum. Reaktor menjalankan fungsi membatasi gelombang arus pada rangkaian arus kontinu menengah.
Terdapat satu saklar pemutus tiga kutub yang dioperasikan motor untuk menghubungkan sirkuit FSC dan stator generator. Pemisah dilengkapi dengan perangkat grounding di sisi HRC.
Satu pemutus sirkuit tiga kutub dipasang di dalam kabinet peralatan untuk menghubungkan sirkuit FSC ke transformator FSC.
Peralatan bantu dan kontrol
Fungsi kontrol dan perlindungan HFS dilakukan dengan menggunakan semua perintah, sinyal, alarm, perangkat, dan sirkuit tambahan yang diperlukan yang disediakan di unit. Sirkuit bantu dirakit dari konverter, logika tangga, sirkuit PLC, dan papan antarmuka.
Sistem kendali melakukan fungsi utama berikut:
Pengalih fase konverter frekuensi konstan sisi listrik
Pengalih fase konverter frekuensi variabel sisi unit (dalam dua mode pengoperasian: mode pulsa dan mode pergantian alami)
Pengontrol kecepatan dengan rangkaian pengatur arus internal
・Kontrol Sudut Mulai Konverter Frekuensi Variabel
Logika operasi (PLC)
Antarmuka konverter (generator pulsa pembuka thyristor, polling sinyal dari transformator tegangan dan arus)
Antarmuka belitan eksitasi
· Diagnostik dan antarmuka pengguna.
Karakteristik teknis HFS - parameter umum
Standar yang berlaku: IEC, IEEE
Nilai daya awal: 2250 kW
Penyearah:
Jumlah: 1
Tegangan input saat idle: 1550 Volt
Pembalik:
Jumlah: 1
Tegangan keluaran: 0 - 1450 V
Reaktor penghalusan
Jumlah: 1
Tipe: Reaktor kering inti besi
Jenis kontrol: Mikroprosesor
Jenis instalasi: dalam wadah
Invensi ini berkaitan dengan bidang energi, khususnya metode untuk menghidupkan dan menyuplai unit kompresor gas, dan dapat digunakan saat memulai instalasi turbin gas. Metode start-up pembangkit listrik turbin gas meliputi tiga tahap. Pada tahap pertama dan kedua, rotor turbocharger yang terhubung secara kaku dilepaskan oleh perangkat starter eksternal, misalnya, expander, yang dihubungkan secara kaku melalui kopling otomatis ke poros turbocharger. Turbocompressor berisi kompresor, turbin dan ruang bakar yang dilengkapi dengan katup pengatur bahan bakar yang tertutup pada tahap pertama start dan terbuka pada tahap kedua. Pemutusan selanjutnya dari perangkat awal dari rotor kompresor dan turbin yang terhubung secara kaku ketika mencapai kecepatan desain dan membawanya ke kecepatan operasi pada tahap ketiga dengan meningkatkan laju aliran dan tekanan bahan bakar gas. Pada saluran keluar kompresor aksial dipasang katup pelepas yang dihubungkan dengan saluran masuk ruang bakar. Start-up pembangkit turbin gas tahap pertama dan kedua dilakukan dengan relief valve terbuka, dan sebelum melepas alat starter, relief valve ditutup. Invensi ini bertujuan untuk mengurangi ketidakseimbangan daya yang disebabkan oleh kegagalan kecepatan rotor turbin dan lonjakan suhu yang mendahuluinya, pada saat alat starter dimatikan pada saat start pembangkit turbin gas. 2 sakit.
Invensi ini berkaitan dengan bidang energi, dan lebih khusus lagi metode untuk menghidupkan dan menyuplai unit turbin gas (GTP) dengan bahan bakar gas.
Pengaktifan turbin gas merupakan tahapan terpenting dalam mengatur pengoperasian stasiun kompresor. Dalam proses menghidupkan rotor turbin gas, beban dinamis mulai meningkat, tegangan termal timbul pada node dan bagian dari pemanasan turbin gas. Peningkatan suhu menyebabkan perubahan dimensi linier bilah, cakram, perubahan jarak bebas pada jalur aliran, dan perluasan termal pipa. Ketika rotor dihidupkan pada saat pertama, irisan hidraulik yang stabil dalam sistem pelumasan tidak tersedia. Terjadi proses peralihan rotor dari bantalan kerja ke bantalan pemasangan. Kompresor turbin gas hampir beroperasi di zona lonjakan. Supercharger mengalirkan aliran gas yang besar dengan rasio kompresi yang rendah, sehingga menghasilkan kecepatan yang tinggi, terutama pada pipa resirkulasi, yang menyebabkannya bergetar. Dalam proses start-up, sebelum memasuki mode “gas idle”, garis poros beberapa jenis turbin gas melewati putaran yang bertepatan dengan frekuensi getaran alami, yaitu. melalui putaran resonansi.
Pengaktifan GTU dilakukan dengan menggunakan perangkat starter. Untuk unit pompa gas (GCU), turboexpander digunakan, yang beroperasi terutama pada penurunan tekanan gas alam, yang sebelumnya dibersihkan dan dikurangi hingga tekanan yang diperlukan. Ekspander turbo dipasang di sebagian besar GPU stasioner dan beberapa GPU pesawat. Terkadang udara terkompresi digunakan sebagai fluida kerja.
Selain turbo-expander, starter elektrik, yang digunakan pada GPU kapal, juga banyak digunakan. Sejumlah unit dilengkapi dengan sistem start hidrolik. Kekuatan perangkat awal adalah 0,3-3,0% dari daya GPU, tergantung pada jenis GPU - penerbangan atau stasioner.
Pertimbangkan algoritme khas untuk peluncuran otomatis GPU stasioner. Tiga tahap dapat dibedakan selama permulaan GPU. Pada tahap pertama, putaran rotor kompresor aksial dan turbin tekanan tinggi hanya terjadi karena pengoperasian alat starter.
Pada tahap kedua, rotor turbocharger diputar bersama oleh turboexpander dan turbin. Ketika kecepatan turbocharger tercapai, cukup untuk menyalakan campuran 400-1000 rpm, sistem pengapian dihidupkan dan gas disuplai ke pilot burner. Sebuah sensor - photorelay memberi sinyal pengapian normal. Kira-kira 1–2 menit setelah suhu mencapai kira-kira 150–200°C, pemanasan tahap pertama berakhir, katup kontrol terbuka sekitar 5%, dan pemanasan tahap kedua dimulai, yang berlangsung selama 10 menit. Kemudian terjadi peningkatan bertahap pada kecepatan turbin bertekanan tinggi karena terbukanya katup pengatur gas. Ketika kecepatan mencapai sekitar 50% dari nilai nominal, turbin memasuki mode "self-propelled". Saat kopling turboexpander terlepas, putaran rotor tahap kedua berakhir. Pada saat ini, untuk menghindari kegagalan kecepatan rotor turbocharger, dilakukan pembukaan tajam pada katup kontrol bahan bakar sebesar 2-3%.
Pada tahap ketiga, akselerasi lebih lanjut pada rotor turbocharger terjadi dengan meningkatkan pasokan gas ke ruang bakar secara bertahap. Pada saat yang sama, katup anti-lonjakan kompresor aksial ditutup, unit turbin beralih bekerja dari pompa awal ke pompa utama, yang sudah digerakkan oleh rotor unit. (A.N. Kozachenko. Pengoperasian stasiun kompresor pipa gas utama. - M.: Oil and Gas Publishing House, 1999, hal. 459).
Kerugian dari solusi teknis yang diketahui adalah lonjakan suhu produk pembakaran di turbin pada akhir start-up tahap kedua. Hal ini menyebabkan tekanan termal yang signifikan pada unit turbin, gesekan bilah rotor pada elemen penyegel celah radial dan, sebagai akibatnya, penurunan sumber daya dan efisiensi turbin gas.
Dikenal metode menghidupkan turbin gas dengan turbin tenaga bebas dengan memutar rotor turbocharger turbin gas menggunakan mesin starter eksternal (motor listrik, turbin uap, pneumostarter, unit turbin gas). (Unit turbin gas stasioner: Buku Pegangan. / Di bawah redaksi L.V. Arseniev dan V.G. Tyryshkin. - L.: Mashinostroyeniye, 1989, hal. 376-377).
Solusi teknis yang paling dekat dengan penemuan yang diusulkan adalah metode untuk memulai dan memasok pembangkit listrik sesuai dengan paten RF No. 2186224, yang mencakup memutar rotor turbocharger yang terhubung secara kaku dan kompresor penguat bahan bakar gas dengan mesin starter eksternal (tahap pertama ).
Setelah rotor yang terkait dari kompresor booster dan turbocharger mencapai kecepatan awal, katup kontrol bahan bakar gas dibuka, bahan bakar gas disuplai ke ruang bakar dan dinyalakan dengan alat penyala. Produk pembakaran melewati turbin gas GTU, memutar rotor terkait yang disebutkan di atas. Saat rotor yang terhubung berputar, ketika apa yang disebut mode “self-propelled” tercapai, rotor turbocharger dan kompresor booster bahan bakar gas yang terhubung secara kaku terputus dari mesin starter ketika mencapai kecepatan desain (tahap kedua) , dan tingkat pembukaan katup kontrol bahan bakar gas ditingkatkan, yang meningkatkan kecepatan rotor turbocharger. Output lebih lanjut terhadap kecepatan operasi dicapai dengan meningkatkan laju aliran dan tekanan bahan bakar gas (tahap ketiga).
Solusi teknis ini juga memiliki kelemahan yang dijelaskan di atas terkait dengan lonjakan suhu ketika perangkat starter dicabut.
Tujuan teknis dari penemuan ini adalah untuk mengembangkan metode untuk memulai pembangkit turbin gas, yang memungkinkan untuk mengurangi ketidakseimbangan daya ketika perangkat awal dimatikan, bukan karena peningkatan konsumsi bahan bakar saat memulai turbin gas. Ketidakseimbangan daya ini diwujudkan dalam kegagalan kecepatan poros turbin dengan lonjakan suhu yang signifikan secara simultan di depannya.
Hasil teknis dicapai karena fakta bahwa dalam perangkat terkenal yang berisi perangkat starter eksternal (turbo expander), dihubungkan secara kaku melalui kopling otomatis ke poros turbocharger, termasuk kompresor, turbin, dan ruang bakar, dilengkapi dengan katup pengatur bahan bakar, yang ditutup pada tahap pertama penyalaan, dan pada tahap kedua dibuka sedikit, dengan peningkatan derajat pembukaannya pada tahap peluncuran ketiga, telah dilakukan perubahan untuk mengubah algoritma untuk menghidupkan turbin gas yaitu;
Di saluran keluar kompresor aksial dipasang katup pelepas yang terhubung ke saluran masuk ruang bakar:
Penghidupan turbin gas pada tahap pertama dan kedua dilakukan dengan katup pelepas terbuka;
Ketika mode "self-propelled" tercapai, katup pelepas ditutup sebelum expander dimatikan.
Akibat tambahan aliran udara melalui turbin yang muncul dalam hal ini, ketidakseimbangan daya yang terjadi ketika expander dimatikan berkurang, sedangkan peningkatan aliran udara melalui ruang bakar ketika katup pengatur bahan bakar (FRC) ditiup. naik menyebabkan penurunan lonjakan suhu yang signifikan di depan mesin turbo.
Gambar 1 menunjukkan diagram yang mengimplementasikan metode yang diusulkan untuk memulai turbin gas, dan Gambar 2 menunjukkan jadwal untuk memulai turbin gas menurut prototipe dan menurut usulan penemuan.
Elemen utama rangkaian adalah: 1 - mesin starter eksternal (expander); 2 - melepaskan kopling; 3 - kompresor aksial; 4 - katup kontrol bahan bakar gas; 5 - menggerakkan turbin gas; 6 - katup pelepas; 7 - ruang bakar; 8 - turbin gas tenaga; 9 - memuat; 10 - sistem kontrol otomatis (ACS).
Metode yang diusulkan untuk menghidupkan turbin gas dilakukan secara otomatis dengan perintah ACS sebagai berikut. Motor starter eksternal 1 memutar poros kompresor aksial 3 dan penggerak turbin gas 5 yang terhubung secara kaku melalui kopling pelepasan 2. Katup kontrol bahan bakar gas 4 tertutup, dan katup pelepas 6 terbuka. Udara melewati pembakaran ruang 7 memasuki turbin penggerak, memutar poros-poros yang terhubung tersebut karena ekspansi gas. Ketika rotor terkait mencapai kecepatan awal, katup kontrol bahan bakar 4 terbuka sedikit, dan ketika mode "self-propelled" tercapai, katup pelepas ditutup, sedangkan kopling pelepasan 2 secara otomatis mematikan rotor mesin starter 1 dari rotor terkait kompresor aksial 3 dan penggerak turbin gas 5, dan tingkat pembukaan meningkatkan katup kontrol bahan bakar.
Metode pengasutan yang dipertimbangkan dapat diterapkan pada turbin gas apa pun yang menggunakan turboexpander pengasutan.
Gambar 2 menunjukkan karakteristik start pembangkit turbin gas GTK-10 dengan algoritma start-up sesuai prototipe (diketahui) dan sesuai algoritma yang diusulkan.
Dari analisis grafik pada gambar 2, kita dapat menyimpulkan bahwa setelah mematikan turboexpander start (pada kecepatan 2600-2800 rpm - mode "self-propelled"), kegagalan kecepatan rotor turbocharger menurun dari 300 rpm hingga 50 rpm, mis. 6 kali lipat, dan lonjakan suhu produk pembakaran menurun sebesar 50°C, yaitu dua kali.
Dengan demikian, algoritma start-up GTU yang diusulkan memungkinkan pengurangan secara signifikan penurunan kecepatan poros turbocharger dan lonjakan suhu produk pembakaran di turbin, yang, pada gilirannya, memastikan peningkatan sumber daya GTU dan penurunan konsumsi bahan bakar.
Pengenalan usulan algoritma start turbin gas telah dilakukan pada bulan Juli 2007 di unit kompresor gas (GCU) GTNR-16 dan rencananya akan diperkenalkan pada unit kompresor gas GTK-10.
Suatu metode untuk memulai pembangkit listrik turbin gas, yang mencakup tiga tahap, pada saat yang sama, pada tahap pertama dan kedua, rotor turbocharger yang terhubung secara kaku diputar oleh perangkat awal eksternal, misalnya, sebuah expander yang terhubung secara kaku melalui kopling otomatis ke poros turbocharger, yang mencakup kompresor, turbin, dan ruang bakar yang disuplai dengan bahan bakar - katup kontrol ditutup pada tahap pertama penyalaan dan terbuka sedikit pada tahap kedua, melepaskan rotor kompresor yang terhubung secara kaku dan turbin dari perangkat awal ketika mencapai kecepatan desain dan membawanya ke kecepatan operasi pada tahap ketiga karena peningkatan laju aliran dan tekanan bahan bakar gas, ditandai dengan dipasangnya katup pelepas di saluran keluar dari kompresor aksial, dihubungkan ke saluran masuk ruang bakar, dan start-up pembangkit turbin gas pada tahap pertama dan kedua dilakukan dengan katup pelepas terbuka, dan sebelum melepaskan alat starter, katup pelepas ditutup.
Unit turbin gas (GTP) adalah unit tunggal yang relatif kompak di mana turbin listrik dan generator bekerja berpasangan. Sistem ini telah tersebar luas di industri listrik skala kecil. Sangat cocok untuk pasokan listrik dan panas ke perusahaan besar, pemukiman terpencil, dan konsumen lainnya. Biasanya, turbin gas beroperasi dengan bahan bakar cair atau gas.
Di ujung tombak kemajuan
Dalam meningkatkan kapasitas energi pembangkit listrik, peran utama dialihkan ke unit turbin gas dan evolusi selanjutnya - pembangkit listrik siklus gabungan (CCGT). Jadi, di pembangkit listrik AS sejak awal 1990-an, lebih dari 60% kapasitas yang ditugaskan dan dimodernisasi telah berupa turbin gas dan pembangkit siklus gabungan, dan di beberapa negara dalam beberapa tahun porsinya mencapai 90%.
GTU sederhana juga sedang dibangun dalam jumlah besar. Pembangkit turbin gas - mobile, ekonomis untuk dioperasikan dan mudah diperbaiki - terbukti menjadi solusi optimal untuk menutupi beban puncak. Pada pergantian abad (1999-2000), total kapasitas pembangkit turbin gas mencapai 120.000 MW. Sebagai perbandingan: pada tahun 1980-an, total kapasitas sistem jenis ini adalah 8.000-10.000 MW. Sebagian besar turbin gas (lebih dari 60%) dimaksudkan untuk dioperasikan sebagai bagian dari pembangkit listrik siklus gabungan biner besar dengan kapasitas rata-rata sekitar 350 MW.
Referensi sejarah
Landasan teoretis untuk penggunaan teknologi siklus gabungan dipelajari dengan cukup rinci di negara kita pada awal tahun 60an. Pada saat itu, menjadi jelas bahwa jalur umum pengembangan teknik tenaga panas terkait secara tepat dengan teknologi siklus gabungan. Namun, keberhasilan penerapannya memerlukan unit turbin gas yang andal dan sangat efisien.
Kemajuan signifikan dalam konstruksi turbin gas inilah yang menentukan lompatan kualitatif modern dalam rekayasa tenaga panas. Sejumlah perusahaan asing telah berhasil memecahkan masalah penciptaan turbin gas stasioner yang efisien pada saat organisasi-organisasi terkemuka dalam negeri dalam ekonomi komando sedang mempromosikan teknologi turbin uap (STP) yang paling tidak menjanjikan.
Jika pada tahun 60an instalasi turbin gas berada pada level 24-32%, maka pada akhir tahun 80an pembangkit listrik turbin gas stasioner terbaik sudah memiliki faktor efisiensi (dalam penggunaan otonom) sebesar 36-37%. Hal ini memungkinkan terciptanya CCGT berdasarkan mereka, yang efisiensinya mencapai 50%. Pada awal abad baru, angka ini setara dengan 40%, dan jika dikombinasikan dengan pabrik siklus gabungan - bahkan 60%.
Perbandingan turbin uap dan pembangkit siklus gabungan
Pada pembangkit listrik siklus gabungan yang berbasis turbin gas, prospek langsung dan nyata adalah memperoleh efisiensi sebesar 65% atau lebih. Pada saat yang sama, untuk pembangkit turbin uap (yang dikembangkan di Uni Soviet), hanya jika sejumlah masalah ilmiah kompleks yang terkait dengan pembangkitan dan penggunaan uap superkritis dapat berhasil diselesaikan, kita dapat mengharapkan efisiensi tidak lebih dari 46- 49%. Jadi, dalam hal efisiensi, sistem turbin uap jauh lebih rendah dibandingkan sistem siklus gabungan.
Pembangkit listrik turbin uap juga jauh lebih rendah dalam hal biaya dan waktu konstruksi. Pada tahun 2005, di pasar energi dunia, harga 1 kW untuk unit CCGT dengan kapasitas 200 MW atau lebih adalah $500-600/kW. Untuk CCGT dengan kapasitas lebih kecil, biayanya berkisar antara $600-900/kW. Pembangkit turbin gas yang kuat setara dengan nilai 200-250 $/kW. Dengan penurunan daya unit, harganya naik, tetapi biasanya tidak melebihi $500/kW. Nilai-nilai ini beberapa kali lebih murah dibandingkan biaya satu kilowatt listrik dalam sistem turbin uap. Misalnya, harga satu kilowatt terpasang untuk pembangkit listrik turbin uap kondensasi berkisar antara 2000-3000 $/kW.
Instalasi ini mencakup tiga unit dasar: ruang bakar dan kompresor udara. Selain itu, semua unit ditempatkan dalam satu bangunan prefabrikasi. Rotor kompresor dan turbin dihubungkan secara kaku satu sama lain, didukung oleh bantalan.
Ruang pembakaran (misalnya, 14 buah) ditempatkan di sekitar kompresor, masing-masing di rumah tersendiri. Pipa saluran masuk digunakan untuk masuk ke kompresor udara, dan udara keluar dari turbin gas melalui pipa knalpot. Badan turbin gas didasarkan pada penyangga kuat yang ditempatkan secara simetris pada satu rangka.
Prinsip operasi
Kebanyakan instalasi turbin gas menggunakan prinsip pembakaran terus menerus, atau siklus terbuka:
- Pertama, fluida kerja (udara) dipompa pada tekanan atmosfer oleh kompresor yang sesuai.
- Selanjutnya, udara dikompresi ke tekanan yang lebih tinggi dan dikirim ke ruang bakar.
- Ia disuplai dengan bahan bakar, yang terbakar pada tekanan konstan, memberikan pasokan panas yang konstan. Akibat pembakaran bahan bakar, suhu fluida kerja meningkat.
- Selanjutnya fluida kerja (sekarang sudah berupa gas, yaitu campuran udara dan hasil pembakaran) masuk ke turbin gas, dimana dengan mengembang hingga tekanan atmosfir, ia melakukan kerja yang bermanfaat (menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik).
- Setelah turbin, gas dibuang ke atmosfer, sehingga siklus kerja ditutup.
- Perbedaan antara cara kerja turbin dan kompresor dirasakan oleh generator listrik yang terletak pada poros yang sama dengan turbin dan kompresor.
Pabrik pembakaran intermiten
Berbeda dengan desain sebelumnya, pembangkit pembakaran intermiten menggunakan dua katup, bukan satu.
- Kompresor memaksa udara masuk ke ruang bakar melalui katup pertama sedangkan katup kedua tertutup.
- Ketika tekanan di ruang bakar meningkat, katup pertama ditutup. Akibatnya volume ruangan menjadi tertutup.
- Ketika katup ditutup, bahan bakar dibakar di dalam ruangan, secara alami pembakarannya terjadi pada volume yang konstan. Akibatnya tekanan fluida kerja semakin meningkat.
- Selanjutnya katup kedua dibuka, dan fluida kerja masuk ke turbin gas. Dalam hal ini, tekanan di depan turbin akan berkurang secara bertahap. Ketika mendekati atmosfer, katup kedua harus ditutup, dan katup pertama harus dibuka dan urutan tindakan diulangi.
Beralih ke implementasi praktis dari satu atau beberapa siklus termodinamika, para perancang harus menghadapi banyak kendala teknis yang tidak dapat diatasi. Contoh yang paling khas: ketika kelembaban uap lebih dari 8-12%, kerugian pada jalur aliran meningkat tajam, beban dinamis meningkat, dan terjadi erosi. Hal ini pada akhirnya menyebabkan rusaknya jalur aliran turbin.
Akibat pembatasan di bidang energi (untuk memperoleh kerja), sejauh ini hanya dua siklus dasar termodinamika Rankine dan siklus Brayton yang banyak digunakan. Kebanyakan pembangkit listrik didasarkan pada kombinasi elemen-elemen siklus ini.
Siklus Rankine digunakan untuk fluida kerja yang dalam proses penerapan siklus tersebut dilakukan pembangkit listrik tenaga uap dalam siklus tersebut. Untuk fluida kerja yang tidak dapat terkondensasi dalam kondisi nyata dan yang kita sebut gas, digunakan siklus Brayton. Pembangkit turbin gas dan mesin pembakaran internal beroperasi menurut siklus ini.
Bahan bakar yang digunakan
Sebagian besar turbin gas dirancang untuk beroperasi dengan bahan bakar gas alam. Terkadang bahan bakar cair digunakan dalam sistem berdaya rendah (lebih jarang - sedang, sangat jarang - berdaya tinggi). Tren baru adalah peralihan sistem turbin gas kompak ke penggunaan bahan padat yang mudah terbakar (batubara, lebih jarang gambut dan kayu). Tren ini disebabkan oleh fakta bahwa gas merupakan bahan baku teknologi yang berharga bagi industri kimia, dimana penggunaannya seringkali lebih menguntungkan dibandingkan di sektor energi. Produksi pembangkit turbin gas yang mampu beroperasi secara efisien dengan bahan bakar padat sedang mendapatkan momentum secara aktif.
Perbedaan antara mesin pembakaran internal dan turbin gas
Perbedaan mendasar antara kompleks turbin gas adalah sebagai berikut. Pada mesin pembakaran dalam, proses kompresi udara, pembakaran bahan bakar, dan pemuaian hasil pembakaran terjadi dalam satu elemen struktur yang disebut silinder mesin. Dalam turbin gas, proses-proses ini dipisahkan menjadi unit struktural terpisah:
- kompresi dilakukan di kompresor;
- pembakaran bahan bakar, masing-masing, di ruang khusus;
- pemuaian dilakukan pada turbin gas.
Akibatnya, secara struktural, turbin gas dan mesin pembakaran internal memiliki sedikit kesamaan, meskipun keduanya beroperasi menurut siklus termodinamika yang serupa.
Kesimpulan
Dengan berkembangnya pembangkit listrik skala kecil dan peningkatan efisiensinya, sistem GTP dan STP semakin berperan dalam sistem energi dunia secara keseluruhan. Oleh karena itu, operator instalasi turbin gas semakin banyak diminati. Mengikuti mitra Barat, sejumlah pabrikan Rusia telah menguasai produksi unit turbin gas yang hemat biaya. Pembangkit listrik siklus gabungan generasi baru pertama di Federasi Rusia adalah CHPP Severo-Zapadnaya di St.
Untuk memulai pengoperasian mandiri, turbocharger GTU harus diberikan kecepatan putaran tertentu. Hal ini dicapai dengan menggunakan beberapa jenis motor starter yang mempercepat rotor turbocharger. Pada proses start pada 2700-2900 rpm, suplai bahan bakar dihidupkan dan bahan bakar dinyalakan pada 2900-3200 rpm. Setelah bahan bakar dinyalakan, kunci kontak dimatikan dan pembakaran di dalam ruang dipertahankan terus menerus. Ketika suhu gas meningkat dan jumlah putaran meningkat, daya yang dihasilkan oleh turbin meningkat, dan daya motor starter menurun. Setelah mencapai kira-kira 5600 rpm, starter dimatikan dan turbocharger beroperasi secara independen, di mana tenaga turbin sepenuhnya menyediakan daya yang dikonsumsi oleh kompresor.
Motor AC tiga fasa asinkron memiliki karakteristik perubahan torsi sebagai fungsi kecepatan yang kurang baik, sehingga daya terpasangnya harus lebih tinggi daripada daya yang dikonsumsi turbocharger selama periode start-up. Motor AC dengan cincin fasa memiliki karakteristik start terbaik. Pengurangan tenaga pada motor induksi dapat dicapai dengan menggunakan transmisi variabel kontinu antara mesin dan turbocharger. Transmisi variabel kontinu dapat berupa hidrolik atau dengan pompa perpindahan positif dan motor hidrolik, atau dengan kopling fluida dan transformator hidrodinamik.
Pada turbin gas yang sangat besar dengan rotor yang berat, daya dan ukuran motor starter AC mencapai nilai yang tidak dapat diterima, oleh karena itu perlu menggunakan motor DC untuk start yang memiliki karakteristik lebih baik. Biasanya, stasiun tidak memiliki sumber arus searah berdaya tinggi, oleh karena itu, dalam kasus seperti itu, sistem start-up mencakup unit motor generator terpisah yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Keuntungan tambahan dari sistem semacam itu adalah kemungkinan pengoperasian turbocharger dalam jangka panjang pada kecepatan berapa pun dalam daya yang diizinkan dari sistem kelistrikan, yang sangat berharga saat menyesuaikan prototipe instalasi dan saat mendengarkan turboset setelah perbaikan.
Untuk mengurangi ukuran motor starter, motor starter biasanya menyediakan beban berlebih yang signifikan. Oleh karena itu, untuk menghindari panas berlebih yang tidak dapat diterima pada motor starter, jumlah start berturut-turut jika start gagal biasanya dibatasi hingga tiga; sebelum dinyalakan selanjutnya, perlu didinginkan selama 20-30 menit.
Kecepatan operasi motor starter sesuai dengan jumlah putaran poros kompresor pada saat GTP memulai operasi independen, oleh karena itu, untuk menghindari kelebihan kecepatan motor starter yang tidak dapat diterima, kopling pemutus tipe overrunning dipasang di antara itu dan GTU.
Start elektrik ditenagai AC 380 V, 50 Hz. Motor asinkron dengan kecepatan konstan atau motor sinkron BDPT-1966 digunakan.
Peluncuran GPU merupakan tahapan terpenting dalam mengatur pengoperasian stasiun kompresor. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama peluncuran GPU, sejumlah besar sistem dari unit itu sendiri dan sistem tambahan stasiun kompresor dioperasikan secara bersamaan, persiapan dan pengaturan yang benar menentukan seberapa andal peluncuran ini. dibawa.
Dalam proses pengaktifan rotor GTP, beban dinamis mulai meningkat, tegangan termal timbul pada node dan bagian akibat panas berlebih pada GTP. Peningkatan keadaan termal menyebabkan perubahan dimensi linier bilah, cakram, perubahan celah jalur aliran, dan perluasan termal pipa. Ketika rotor dihidupkan pada saat pertama, irisan hidraulik yang stabil dalam sistem pelumasan tidak tersedia. Terjadi proses peralihan rotor dari bantalan kerja ke bantalan pemasangan. Kompresor GPU hampir bekerja di zona lonjakan. Blower mengalirkan gas dalam jumlah besar dengan rasio kompresi rendah, yang menyebabkan kecepatan tinggi, terutama untuk pipa resirkulasi, dan menyebabkannya bergetar.
GPU dimulai menggunakan perangkat awal. Turbo-expander digunakan sebagai perangkat utama, yang beroperasi terutama karena tekanan gas alam, yang sebelumnya dibersihkan dan dikurangi hingga tekanan yang diperlukan.
Skema pengikatan alat starter dan bahan bakar gas ditunjukkan pada Gambar 6.9
.
Beras. 6.9 Diagram skema sistem bahan bakar dan gas awal:
TG – bahan bakar gas; PG - gas awal; VZK - ruang pemasukan udara;
TD - ekspander turbo; Oke - kompresor aksial; CS - ruang bakar;
HPT - turbin tekanan tinggi; LPT - turbin tekanan rendah;
H - pengisi daya super; REG - regenerator; RK - katup kontrol
Peluncuran GPU tersebut meliputi beberapa tahapan.
Tahap pertama– persiapan, ketika pemeriksaan luar peralatan dilakukan untuk mengecualikan benda asing, pengikatan peralatan yang terkena getaran diperiksa, posisi katup diperiksa: katup 1, 2, 4, 6 tertutup, katup 5 ditutup terbuka, katup pada jalur suplai gas awal ke turboexpander ditutup dan bahan bakar gas masuk ke ruang bakar.
Fase kedua- dengan meniru, perlindungan dan sinyal unit kompresor gas diperiksa. Dalam hal ini proteksi dibagi menjadi dua kelompok: proteksi COP dan proteksi GPU.
perlindungan polisi- ini adalah perlindungan bengkel dari kontaminasi gas, kebakaran, perlindungan tekanan di outlet stasiun, perlindungan dari situasi darurat di jalur, perlindungan suhu gas di pintu masuk MGP, dll.
Perlindungan GPU- ini adalah perlindungan tekanan oli dalam sistem oli (setidaknya
0,2 kg/cm2), proteksi pemadaman api di ruang bakar, proteksi terhadap kecepatan berlebih pada poros expander, HPT, LPT, proteksi temperatur bearing, proteksi getaran, dll.
Tahap ketiga– peluncuran langsung GPU.
Pertimbangkan algoritma khas untuk memulai GPU stasioner dengan supercharger tekanan penuh. Pada tahap pertama, putaran rotor kompresor aksial dan turbin tekanan tinggi hanya terjadi karena pengoperasian perangkat awal, dan algoritma itu sendiri berlangsung sebagai berikut. Setelah menekan tombol "Start", pompa oli-pelumas starter dan pompa seal oli dihidupkan. Katup No. 4 terbuka dan dengan katup No. 5 terbuka, sirkuit blower dibersihkan selama 15-20 detik. Setelah katup No. 5 ditutup dan tekanan di supercharger naik hingga diferensial 0,1 MPa, katup No. 1 dibuka pada katup No. 1, katup No. 4 ditutup, dan katup agregat No. 6 dibuka. Dalam hal ini, sirkuit kompresor terisi, dan permulaan seperti itu disebut peluncuran GPU dengan sirkuit terisi.
Selanjutnya alat pembatas dihidupkan, roda gigi turboexpander diaktifkan, katup hidrolik no 13 dibuka, kemudian katup no 11 dibuka, katup no 10 ditutup dan alat pembatas dimatikan. Unit mulai berputar dari turbo expander.
Promosi tahap pertama diakhiri dengan pembukaan kran no 12 dan penutupan kran no 9.
Pada tahap kedua, putaran rotor dilakukan bersamaan dengan turbo-expander dan turbin. Ketika kecepatan turbocharger mencapai 400 1000 rpm, sistem pengapian dihidupkan dan katup terbuka, menyuplai gas ke perangkat pengapian ruang bakar. Setelah penyalaan, setelah 2-3 detik, katup No. 14 terbuka dan gas disuplai ke pilot burner. Setelah 1-3 menit. setelah suhu mencapai ~ 150-200 °C, pemanasan tahap pertama berakhir, katup kontrol RK terbuka 1,5-2 mm dan pemanasan tahap kedua dimulai, yang berlangsung ~ 40 detik. Kemudian terjadi peningkatan kecepatan turbin tekanan tinggi secara bertahap karena terbukanya katup pengatur RK. Ketika kecepatan mencapai ~ 40 45% dari nilai nominal, turbin memasuki mode. Katup No.13 dan 11 ditutup, katup No.10 terbuka.Ketika kopling turboexpander terlepas, tahap kedua putaran rotor berakhir.
Pada tahap ketiga, akselerasi lebih lanjut pada rotor turbocharger terjadi dengan meningkatkan pasokan gas ke ruang bakar secara bertahap. Pada saat yang sama, katup anti-lonjakan kompresor aksial ditutup, unit turbin beralih bekerja dari pompa oli awal ke pompa utama, yang sudah digerakkan oleh rotor unit.
Dengan peningkatan kecepatan putaran ke nilai yang sama dengan kecepatan putaran supercharger lain di bengkel, katup No. 2 terbuka dan katup agregat No. 6 menutup, tampilan "Unit sedang beroperasi" menyala.
Unit tidak boleh dihidupkan:
Jika terjadi kegagalan fungsi, setidaknya satu perlindungan pada GPU;
Dengan bagian dan saluran pipa unit yang tidak dirakit sepenuhnya;
Dengan peningkatan tetesan oli pada filter, kualitas oli yang buruk, oli pelumas dan kebocoran oli seal;
Jika cacat yang ditemukan pada unit kompresor gas tidak dihilangkan sebelum dibawa keluar untuk diperbaiki;
Dalam hal penghentian paksa dan darurat sampai penyebab penghentian tersebut dihilangkan;
Jika terjadi kerusakan pada sistem pemadam kebakaran dan pengendalian polusi gas, serta jika terdeteksi area saluran gas dan saluran udara yang berminyak.