Kabanata 11 Mga tampok ng pagsisimula ng GTU
Static frequency converter (SFC)
Pangkalahatang Impormasyon
Ang isang static frequency converter (SFC) ay ginagamit upang paikutin ang gas turbine shaft sa pamamagitan ng pagbibigay sa generator ng variable frequency, pinababang boltahe, at pinababang kapangyarihan ng paggulo.
Ang proseso ng pagsisimula ng gas turbine ay ganap na awtomatiko. Ang generator ay ginagamit sa "motor" na mode at sa panahon ng pagsisimula cycle accelerates ang baras sa isang tiyak na porsyento ng rate ng bilis.
Pagkatapos nitong maabot ang tiyak na porsyento ng nominal na bilis, ang CFC ay pinapatay at ang gas turbine ay bumibilis sa sarili nitong 100% ng nominal na bilis.
Sa 100% rate na bilis, ang generator ay gumagawa ng rated boltahe at handa na para sa pagkakasunud-sunod ng pag-synchronize ng power grid.
Bilang karagdagan sa start function, ang CFC ay ginagamit din upang mapabilis ang unit sa isang tiyak na bilis sa panahon ng flush cycle.
Ilunsad ang kagamitan ng system
Ang kagamitan sa panimulang sistema ay nakalagay sa isang pabahay, na karaniwang matatagpuan sa tabi ng kompartimento ng generator. Ang enclosure ay angkop para sa panlabas na pag-install sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon ng klimatiko sa site. Ang heating, air conditioning, lighting, at auxiliary power outlet ay ibinibigay upang protektahan ang mga kagamitan na nasa loob ng chassis.
Ang mga pangunahing bahagi ng sistemang ito ay nakalista sa ibaba:
Isang (1) monitoring at control compartment
Isang (1) DC link reactor
Isang (1) off-base switch sa gilid ng unit
Mga aparato sa pagsukat at proteksyon (mga transformer ng boltahe VT at kasalukuyang mga transformer CT)
Isang (1) transformer side circuit breaker
Pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho
Ang panimulang static na boltahe converter ay pinapagana ng isang boltahe na conversion transpormer.
Ang pagsisimula ng FFC ay isang indirect frequency converter na tumatakbo bilang natural na commutation inverter, ito ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi:
· Isang (1) thyristor rectifier bridge (network bridge) na pinapagana ng isang transformer ng conversion ng boltahe.
· Isang (1) thyristor inverter bridge (unit bridge) na konektado sa generator sa pamamagitan ng disconnect switch.
· Isang (1) intermediate DC link circuit na ang reactor ay nagbibigay ng decoupling sa pagitan ng mga mains at unit bridges.
Ang iminungkahing sistema ay may kasamang pulse generator para sa pagsisimula. Ang asynchronous na kontrol ay ganap na isinasagawa sa pamamagitan ng pagproseso ng mga signal na kinuha mula sa kasabay na pagsisimula ng motor gamit ang mga transformer ng boltahe.
Kapag nagpapatakbo sa motor mode, isang direktang kasalukuyang ibinibigay sa generator rotor winding mula sa isang system na kinabibilangan ng:
Thyristor bridge na ginagamit para sa pagpapatakbo ng generator
· Isang awtomatikong sistema na nagbibigay ng direktang kasalukuyang sa paikot-ikot na paggulo ng rotor gamit ang mga slip ring at brush. Ang mga brush ay pumipindot sa mga singsing sa simula ng simula ng sequence o wash cycle at tumataas sa itaas ng mga ring sa dulo ng sequence o cycle.
Mga pag-andar
Ang panimulang HRC ay idinisenyo upang isagawa ang mga sumusunod na function:
· Pagsisimula ng turbine: Lumilikha ang aparato ng pag-ikot ng paunang sandali ng pag-ikot sa axis ng shaft; pagkatapos ay pinabilis ng HRC ang gas turbine shaft sa self-propelled na bilis.
· Flush (na may compressor disassembly): Sa panahon ng sequence na ito, ang CFC ay umiikot sa gas turbine sa mababang pare-pareho ang bilis.
Mga elemento ng paglalarawan at disenyo
Ang isang kumpletong hanay ng mga kagamitan ay naka-install sa loob ng isang naka-air condition na cabinet (cabinet) na angkop para sa panlabas na pag-install.
Sa loob ng gabinete, dalawang magkakaibang grupo ng kagamitan ang maaaring kondisyon na makilala:
Kagamitan sa kuryente
Kagamitang pantulong at kontrol
kapangyarihankagamitan
Ang smoothing reactor ng DC link at ang power thyristor module ay ang "power" units ng SFS.
Kasama sa network/unit power thyristor module ang mga thyristor arm ng tulay, ang kanilang mga protective system, mga koneksyon at mga aparato sa pagsukat (kasalukuyang mga transformer, mga transformer ng boltahe).
Ang smoothing DC link reactor ay kadalasang ginagawa gamit ang air-cooled na iron core na nilagyan ng maximum temperature sensor. Ang reaktor ay gumaganap ng pag-andar ng paglilimita ng mga kasalukuyang alon sa intermediate na patuloy na kasalukuyang circuit.
Mayroong isang three-pole, motor-operated disconnect switch para sa pagkonekta sa FSC circuit at generator stator. Ang disconnector ay nilagyan ng grounding device sa gilid ng HRC.
Isang three-pole circuit breaker ang naka-install sa loob ng equipment cabinet para ikonekta ang FSC circuit sa FSC transformer.
Kagamitang pantulong at kontrol
Ang mga function ng kontrol at proteksyon ng HFS ay ginagawa gamit ang lahat ng kinakailangang command, signal, alarm, device at auxiliary circuit na ibinibigay sa unit. Ang mga auxiliary circuit ay binuo mula sa mga converter, ladder logic, PLC circuit at interface board.
Ang control system ay gumaganap ng mga sumusunod na pangunahing pag-andar:
Mains side constant frequency converter phase shifter
Unit-side variable frequency converter phase shifter (sa dalawang operating mode: pulse mode at natural commutation mode)
Speed controller na may panloob na kasalukuyang regulator circuit
・Variable Frequency Converter Start Angle Control
Logic ng pagpapatakbo (PLC)
Converter interface (thyristor opening pulse generator, mga signal ng botohan mula sa boltahe at kasalukuyang mga transformer)
Interface ng paikot-ikot na paggulo
· Diagnostics at user interface.
Mga teknikal na katangian ng HFS - pangkalahatang mga parameter
Naaangkop na mga pamantayan: IEC, IEEE
Na-rate na panimulang kapangyarihan: 2250 kW
Rectifier:
Dami: 1
Input na boltahe sa idle: 1550 Volts
Inverter:
Dami: 1
Output na boltahe: 0 - 1450 V
Smoothing reactor
Dami: 1
Uri: Iron core dry reactor
Uri ng kontrol: Microprocessor
Uri ng pag-install: sa isang lalagyan
Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng enerhiya, lalo na sa mga pamamaraan para sa pagsisimula at pagbibigay ng mga yunit ng gas compressor, at maaaring gamitin kapag sinimulan ang anumang pag-install ng gas turbine. Ang paraan ng pagsisimula ng isang planta ng kuryente ng gas turbine ay may kasamang tatlong yugto. Sa una at ikalawang yugto, ang mga rigidly konektado na turbocharger rotors ay untwisted sa pamamagitan ng isang panlabas na panimulang aparato, halimbawa, isang expander, mahigpit na konektado sa pamamagitan ng isang awtomatikong pagkabit sa turbocharger shaft. Ang turbocompressor ay naglalaman ng isang compressor, isang turbine at isang combustion chamber na nilagyan ng fuel control valve na sarado sa unang yugto ng pagsisimula at nakaawang sa pangalawa. Ang kasunod na pagdiskonekta mula sa panimulang aparato ng mahigpit na konektado rotors ng compressor at turbine kapag naabot nila ang bilis ng disenyo at dinadala sila sa bilis ng pagpapatakbo sa ikatlong yugto sa pamamagitan ng pagtaas ng daloy ng rate at presyon ng gasolina ng gasolina. Sa labasan ng axial compressor, naka-install ang isang relief valve, na konektado sa pasukan ng combustion chamber. Ang pagsisimula ng planta ng gas turbine sa una at ikalawang yugto ay isinasagawa nang nakabukas ang relief valve, at bago idiskonekta ang panimulang aparato, ang relief valve ay sarado. Ang imbensyon ay naglalayong bawasan ang power imbalance na dulot ng pagkabigo ng turbine rotor speed at ang temperature jump sa harap nito, sa sandaling naka-off ang panimulang aparato kapag sinimulan ang planta ng gas turbine. 2 may sakit.
Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng enerhiya, at mas partikular sa mga pamamaraan para sa pagsisimula at pagbibigay ng mga gas turbine units (GTP) sa gaseous fuel.
Ang pagsisimula ng isang gas turbine ay ang pinakamahalagang yugto sa pag-aayos ng pagpapatakbo ng isang istasyon ng compressor. Sa proseso ng pagsisimula ng mga rotor ng gas turbine, ang mga dynamic na load ay nagsisimulang lumaki, ang mga thermal stress ay lumitaw sa mga node at mga bahagi mula sa pag-init ng gas turbine. Ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa isang pagbabago sa mga linear na sukat ng mga blades, mga disk, isang pagbabago sa mga clearance sa landas ng daloy, at thermal expansion ng mga pipeline. Kapag sinimulan ang rotor sa unang sandali, ang isang matatag na hydraulic wedge sa sistema ng pagpapadulas ay hindi ibinigay. Mayroong proseso ng paglipat ng mga rotor mula sa mga gumaganang pad patungo sa mga pad ng pag-install. Ang gas turbine compressor ay malapit nang gumana sa surge zone. Ang supercharger ay nagdadala ng isang malaking daloy ng gas sa isang mababang compression ratio, na humahantong sa mataas na bilis, lalo na sa recirculation pipelines, na nagiging sanhi ng mga ito upang manginig. Sa proseso ng pagsisimula, bago pumasok sa mode na "idle gas", ang mga linya ng baras ng ilang mga uri ng mga turbine ng gas ay dumadaan sa mga rebolusyon na tumutugma sa dalas ng mga natural na panginginig ng boses, i.e. sa pamamagitan ng matunog na mga liko.
Ang pagsisimula ng GTU ay isinasagawa sa tulong ng mga panimulang device. Para sa mga gas-pumping units (GCU), ginagamit ang mga turboexpander, na pangunahing gumagana sa pagbaba ng presyon ng natural na gas, na paunang nililinis at binabawasan sa kinakailangang presyon. Ang mga turbo expander ay naka-install sa karamihan ng mga nakatigil at ilang mga GPU ng sasakyang panghimpapawid. Minsan ginagamit ang compressed air bilang working fluid.
Bilang karagdagan sa turbo-expander, ang mga electric starter, na ginagamit sa mga GPU ng barko, ay nakahanap ng malawak na aplikasyon. Ang ilang mga yunit ay nilagyan ng hydraulic start system. Ang lakas ng pagsisimula ng mga device ay 0.3-3.0% ng GPU power, depende sa uri ng GPU - aviation o stationary.
Isaalang-alang ang isang tipikal na algorithm para sa awtomatikong paglulunsad ng isang nakatigil na GPU. Tatlong yugto ang maaaring makilala sa panahon ng pagsisimula ng GPU. Sa unang yugto, ang spin-up ng rotor ng axial compressor at ang high-pressure turbine ay nangyayari lamang dahil sa pagpapatakbo ng panimulang aparato.
Sa ikalawang yugto, ang turbocharger rotor ay sabay-sabay na umiikot sa pamamagitan ng turboexpander at ng turbine. Kapag naabot ang bilis ng turbocharger, sapat na upang mag-apoy ang pinaghalong 400-1000 rpm, ang sistema ng pag-aapoy ay naka-on at ang gas ay ibinibigay sa pilot burner. Isang sensor - ang isang photorelay ay nagpapahiwatig ng isang normal na pag-aapoy. Humigit-kumulang 1-2 minuto matapos ang temperatura ay umabot sa humigit-kumulang 150-200 ° C, ang unang yugto ng pag-init ay nagtatapos, ang control valve ay bubukas ng humigit-kumulang 5%, at ang pangalawang yugto ng pag-init ay nagsisimula, na tumatagal ng 10 minuto. Pagkatapos ay mayroong unti-unting pagtaas sa bilis ng high-pressure turbine dahil sa pagbubukas ng gas control valve. Kapag ang bilis ay umabot sa humigit-kumulang 50% ng nominal na halaga, ang turbine ay pumapasok sa "self-propelled" na mode. Kapag humiwalay ang turboexpander clutch, magtatapos ang ikalawang yugto ng rotor spin-up. Sa sandaling ito, upang maiwasan ang pagkabigo sa bilis ng turbocharger rotor, ang isang matalim na pagbubukas ng fuel control valve sa pamamagitan ng 2-3% ay ginanap.
Sa ikatlong yugto, ang karagdagang acceleration ng turbocharger rotor ay nangyayari sa pamamagitan ng unti-unting pagtaas ng supply ng gas sa combustion chamber. Kasabay nito, ang mga anti-surge valve ng axial compressor ay sarado, ang turbine unit ay lumipat upang gumana mula sa mga panimulang bomba hanggang sa pangunahing mga bomba, na hinihimok na ng mga rotor ng yunit. (A.N. Kozachenko. Operasyon ng mga istasyon ng compressor ng mga pangunahing pipeline ng gas. - M.: Oil and Gas Publishing House, 1999, p. 459).
Ang mga disadvantages ng kilalang teknikal na solusyon ay ang pagtalon sa temperatura ng mga produkto ng pagkasunog sa turbine sa pagtatapos ng ikalawang yugto ng start-up. Ito ay humahantong sa mga makabuluhang thermal stress sa mga yunit ng turbine, sa pagkuskos ng mga rotor blades sa mga elemento ng sealing ng mga radial gaps at, bilang isang resulta, sa isang pagbawas sa mapagkukunan ng kapangyarihan at kahusayan ng gas turbine.
Mga kilalang paraan ng pagsisimula ng gas turbine na may libreng power turbine sa pamamagitan ng pag-ikot ng rotor ng turbocharger ng gas turbine sa tulong ng mga panlabas na panimulang makina (electric motors, steam turbines, pneumostarters, gas turbine units). (Stationary gas turbine units: isang Handbook. / Sa ilalim ng editorship ng L.V. Arseniev at V.G. Tyryshkin. - L .: Mashinostroyeniye, 1989, p. 376-377).
Ang pinakamalapit na teknikal na solusyon sa iminungkahing imbensyon ay isang paraan para sa pagsisimula at pagbibigay ng power plant ayon sa RF patent No. 2186224, na kinabibilangan ng pag-ikot ng rigidly connected rotors ng turbocharger at fuel gas booster compressor sa pamamagitan ng external starting engine (unang yugto).
Matapos maabot ng mga nauugnay na rotors ng booster compressor at turbocharger ang panimulang bilis, ang fuel gas control valve ay binuksan, ang fuel gas ay ibinibigay sa combustion chamber at nag-apoy sa isang igniter. Ang mga produkto ng pagkasunog ay dumadaan sa GTU gas turbine, na nagpapaikot sa mga nabanggit na nauugnay na rotor. Habang umiikot ang mga konektadong rotor, sa pag-abot sa tinatawag na "self-propelled" na mode, ang mga mahigpit na konektadong rotor ng turbocharger at ang fuel gas booster compressor ay hindi nakakonekta mula sa panimulang makina kapag naabot nila ang bilis ng disenyo (ikalawang yugto), at ang antas ng pagbubukas ng fuel gas control valve ay tumaas, na nagpapataas ng bilis ng turbocharger rotors. Ang karagdagang output sa bilis ng pagpapatakbo ay nakakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng daloy ng rate at presyon ng gasolina ng gasolina (ikatlong yugto).
Ang teknikal na solusyon na ito ay mayroon ding mga inilarawan sa itaas na mga kawalan na nauugnay sa isang pagtaas ng temperatura kapag ang panimulang aparato ay nadiskonekta.
Ang teknikal na layunin ng pag-imbento ay upang bumuo ng isang paraan para sa pagsisimula ng isang planta ng gas turbine, na nagbibigay-daan upang bawasan ang kawalan ng timbang kapag ang panimulang aparato ay naka-off, hindi dahil sa pagtaas ng pagkonsumo ng gasolina kapag sinimulan ang gas turbine. Ang kawalan ng timbang na ito ng kapangyarihan ay ipinahayag sa pagkabigo ng bilis ng turbine shaft na may sabay-sabay na makabuluhang pagtaas ng temperatura sa harap nito.
Ang teknikal na resulta ay nakamit dahil sa ang katunayan na sa isang kilalang aparato na naglalaman ng isang panlabas na panimulang aparato (turbo-expander), mahigpit na nakakonekta sa pamamagitan ng isang awtomatikong clutch sa baras ng isang turbocharger, kabilang ang isang compressor, isang turbine at isang combustion chamber na nilagyan ng fuel control valve, na sarado sa unang yugto ng start-up, at bubukas nang bahagya sa ikalawang yugto ng pagbabago ng algorithm, na may mga pagbabagong naganap sa ikalawang antas ng pagbubukas nito ng GTU start-up, ibig sabihin;
Sa labasan ng axial compressor, naka-install ang isang relief valve, na konektado sa pumapasok ng combustion chamber:
Ang pagsisimula ng gas turbine sa una at ikalawang yugto ay isinasagawa nang bukas ang relief valve;
Kapag naabot na ang "self-propelled" mode, sarado ang relief valve bago patayin ang expander.
Bilang resulta ng karagdagang daloy ng hangin sa turbine na lumilitaw sa kasong ito, ang power imbalance na nangyayari kapag naka-off ang expander ay bumababa, habang ang pagtaas ng daloy ng hangin sa combustion chamber kapag ang fuel control valve (FRC) ay pumutok ay humahantong sa isang makabuluhang pagbaba sa temperature jump sa harap ng turbo engine.
Ipinapakita ng Figure 1 ang isang diagram na nagpapatupad ng iminungkahing paraan ng pagsisimula ng gas turbine, at ang figure 2 ay nagpapakita ng iskedyul ng pagsisimula ng gas turbine ayon sa prototype at ayon sa iminungkahing imbensyon.
Ang mga pangunahing elemento ng circuit ay: 1 - panlabas na panimulang engine (expander); 2 - pagtanggal ng clutch; 3 - axial compressor; 4 - fuel gas control valve; 5 - magmaneho ng gas turbine; 6 - relief valve; 7 - silid ng pagkasunog; 8 - power gas turbine; 9 - load; 10 - awtomatikong control system (ACS).
Ang iminungkahing paraan ng pagsisimula ng gas turbine ay awtomatikong isinasagawa ng mga utos ng ACS tulad ng sumusunod. Ang panlabas na panimulang motor 1 ay umiikot sa mahigpit na konektadong mga shaft ng axial compressor 3 at ang drive gas turbine 5 sa pamamagitan ng uncoupling clutch 2. Ang fuel gas control valve 4 ay sarado, at ang relief valve 6 ay bukas. Kapag ang mga nauugnay na rotors ay umabot sa panimulang bilis, ang fuel control valve 4 ay bahagyang nagbubukas, at kapag ang "self-propelled" na mode ay naabot, ang relief valve ay sarado, habang ang disengaging clutch 2 ay awtomatikong dinidiskonekta ang rotor ng panimulang engine 1 mula sa mga nauugnay na rotor ng axial compressor 3 at ang drive gas turbine 5, at ang antas ng pagbubukas ng fuel control valve ay tumataas.
Ang itinuturing na paraan ng pagsisimula ay maaaring ilapat sa anumang gas turbine kung saan ginagamit ang panimulang turboexpander.
Ipinapakita ng Figure 2 ang mga panimulang katangian ng GTK-10 gas turbine plant na may start-up algorithm ayon sa prototype (kilala) at ayon sa iminungkahing algorithm.
Mula sa pagsusuri ng mga graph sa figure 2, maaari nating tapusin na pagkatapos i-off ang panimulang turboexpander (sa bilis na 2600-2800 rpm - ang mode na "self-propelled"), ang pagkabigo ng turbocharger rotor speed ay nabawasan mula 300 rpm hanggang 50 rpm, i.e. 6 na beses, at ang pagtalon sa temperatura ng mga produkto ng pagkasunog ay bumaba ng 50°C, i.e. dalawang beses.
Kaya, ang iminungkahing GTU start-up algorithm ay ginagawang posible na makabuluhang bawasan ang turbocharger shaft speed dips at ang temperature jump ng combustion products sa turbine, na kung saan, ay nagsisiguro ng pagtaas sa GTU resource at pagbaba sa fuel consumption.
Ang pagpapakilala ng iminungkahing algorithm para sa pagsisimula ng gas turbine ay isinagawa noong Hulyo 2007 sa gas compressor unit (GCU) GTNR-16 at binalak na ipakilala sa gas compressor unit GTK-10.
Ang isang paraan para sa pagsisimula ng isang planta ng power gas turbine, na kinabibilangan ng tatlong yugto, sa parehong oras, sa una at pangalawang yugto, ang mahigpit na konektado na mga rotor ng turbocompressor ay tinanggal ng isang panlabas na panimulang aparato, halimbawa, isang expander, mahigpit na nakakonekta sa pamamagitan ng isang awtomatikong pagkabit sa baras ng turbocompressor, kabilang ang isang compressor, isang turbine at isang saradong yugto ng gasolina, at isang saradong silid ng gasolina sa unang yugto ng combustion. pagkonekta mula sa panimulang aparato ay mahigpit na nakakonekta sa mga rotor ng compressor at turbine kapag naabot nila ang bilis ng disenyo at dinadala ang mga ito sa bilis ng pagpapatakbo sa ikatlong yugto sa pamamagitan ng pagtaas ng rate ng daloy at presyon ng gasolina ng gasolina, na nailalarawan sa na ang isang relief valve ay naka-install sa labasan ng axial compressor, na konektado sa pumapasok ng silid ng pagkasunog, at ang pagsisimula ng unang at pangalawang yugto ng gas turbine ay nakabukas na aparato bago ang pagkonekta ng gas turbine, at ang pagsisimula ng aparato sa pagluwag ng gas turbine ay nakabukas sa ang unang at pangalawang yugto ng relief planta, at ang pagsisimula ng gas turbine na aparato ay nakabukas sa labasan, ang balbula na nakabukas at nakabukas na aparato sa pangalawang yugto ay nakabukas sa balbula. sarado ang balbula.
Ang mga gas turbine unit (GTP) ay isang solong, medyo compact na unit kung saan gumagana ang power turbine at generator nang magkapares. Ang sistema ay naging laganap sa tinatawag na small-scale power industry. Mahusay para sa suplay ng kuryente at init ng malalaking negosyo, malalayong pamayanan at iba pang mga mamimili. Bilang isang patakaran, ang mga gas turbine ay nagpapatakbo sa likidong gasolina o gas.
Sa pagputol gilid ng pag-unlad
Sa pagtaas ng kapasidad ng enerhiya ng mga planta ng kuryente, ang nangungunang papel ay inililipat sa mga yunit ng turbine ng gas at ang kanilang karagdagang ebolusyon - mga pinagsamang-cycle na halaman (CCGT). Kaya, sa mga planta ng kuryente sa US mula noong unang bahagi ng 1990s, higit sa 60% ng mga kinomisyon at modernisadong kapasidad ay naging mga gas turbine at pinagsamang cycle plant, at sa ilang mga bansa sa ilang taon, ang kanilang bahagi ay umabot sa 90%.
Ang mga simpleng GTU ay ginagawa din sa malaking bilang. Ang planta ng gas turbine - mobile, matipid na patakbuhin at madaling ayusin - ay napatunayang pinakamainam na solusyon upang masakop ang mga peak load. Sa pagpasok ng siglo (1999-2000), ang kabuuang kapasidad ng mga planta ng gas turbine ay umabot sa 120,000 MW. Para sa paghahambing: noong 1980s, ang kabuuang kapasidad ng mga sistema ng ganitong uri ay 8,000-10,000 MW. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga gas turbine (higit sa 60%) ay inilaan para sa operasyon bilang bahagi ng malalaking binary combined cycle plant na may average na kapangyarihan na humigit-kumulang 350 MW.
Makasaysayang sanggunian
Ang mga teoretikal na pundasyon para sa paggamit ng pinagsamang mga teknolohiya ng pag-ikot ay pinag-aralan nang may sapat na detalye sa ating bansa noong unang bahagi ng 60s. Nasa oras na iyon, naging malinaw na ang pangkalahatang landas para sa pagpapaunlad ng thermal power engineering ay konektado nang tumpak sa pinagsamang mga teknolohiya ng cycle. Gayunpaman, ang kanilang matagumpay na pagpapatupad ay nangangailangan ng maaasahan at napakahusay na mga yunit ng turbine ng gas.
Ito ang makabuluhang pag-unlad sa pagtatayo ng gas turbine na nagpasiya sa modernong qualitative leap sa thermal power engineering. Ang ilang mga dayuhang kumpanya ay matagumpay na nalutas ang problema ng paglikha ng mahusay na mga nakatigil na gas turbine sa panahon kung saan ang mga domestic na nangungunang nangungunang organisasyon sa isang command economy ay nagpo-promote ng hindi bababa sa promising steam turbine technologies (STP).
Kung noong 60s ng mga pag-install ng gas turbine ito ay nasa antas na 24-32%, kung gayon sa huling bahagi ng 80s ang pinakamahusay na nakatigil na mga planta ng kuryente ng gas turbine ay mayroon nang isang kadahilanan ng kahusayan (sa autonomous na paggamit) na 36-37%. Ginawa nitong posible na lumikha ng mga CCGT sa kanilang batayan, ang kahusayan na umabot sa 50%. Sa simula ng bagong siglo, ang tagapagpahiwatig na ito ay katumbas ng 40%, at kasama ng pinagsamang mga halaman - kahit na 60%.
Paghahambing ng steam turbine at pinagsamang cycle ng mga halaman
Sa pinagsamang-cycle na mga halaman batay sa mga gas turbine, ang agaran at tunay na pag-asa ay upang makakuha ng kahusayan ng 65% o higit pa. Kasabay nito, para sa mga planta ng steam turbine (binuo sa USSR), kung ang isang bilang ng mga kumplikadong problemang pang-agham na may kaugnayan sa henerasyon at paggamit ng supercritical steam ay maaaring matagumpay na malutas, ang isa ay maaaring umasa para sa isang kahusayan na hindi hihigit sa 46-49%. Kaya, sa mga tuntunin ng kahusayan, ang mga sistema ng steam turbine ay walang pag-asa na mas mababa kaysa sa pinagsamang mga sistema ng cycle.
Ang mga planta ng kuryente ng steam turbine ay makabuluhang mas mababa sa mga tuntunin ng gastos at oras ng pagtatayo. Noong 2005, sa merkado ng enerhiya sa mundo, ang presyo ng 1 kW para sa isang yunit ng CCGT na may kapasidad na 200 MW o higit pa ay $500-600/kW. Para sa mga CCGT na mas maliliit na kapasidad, ang gastos ay nasa hanay na $600-900/kW. Ang makapangyarihang mga planta ng gas turbine ay tumutugma sa mga halaga ng 200-250 $/kW. Sa isang pagbawas sa kapangyarihan ng yunit, ang kanilang mga pagtaas ng presyo, ngunit kadalasan ay hindi lalampas sa $ 500 / kW. Ang mga halagang ito ay ilang beses na mas mababa kaysa sa halaga ng isang kilowatt ng kuryente sa mga sistema ng steam turbine. Halimbawa, ang presyo ng naka-install na kilowatt para sa condensing steam turbine power plants ay mula 2000-3000 $/kW.
Kasama sa pag-install ang tatlong pangunahing mga yunit: isang silid ng pagkasunog at isang air compressor. Bukod dito, ang lahat ng mga unit ay nakalagay sa isang prefabricated na solong gusali. Ang compressor at turbine rotors ay mahigpit na konektado sa isa't isa, na sinusuportahan ng mga bearings.
Ang mga silid ng pagkasunog (halimbawa, 14 na piraso) ay inilalagay sa paligid ng compressor, bawat isa sa sarili nitong hiwalay na pabahay. Ang inlet pipe ay ginagamit upang ipasok ang air compressor, at ang hangin ay umaalis sa gas turbine sa pamamagitan ng exhaust pipe. Ang katawan ng gas turbine ay batay sa malalakas na suporta na inilagay sa simetriko sa isang frame.
Prinsipyo ng operasyon
Karamihan sa mga instalasyon ng gas turbine ay gumagamit ng prinsipyo ng tuluy-tuloy na pagkasunog, o isang bukas na ikot:
- Una, ang nagtatrabaho likido (hangin) ay pumped sa atmospheric presyon sa pamamagitan ng isang naaangkop na tagapiga.
- Susunod, ang hangin ay na-compress sa isang mas mataas na presyon at ipinadala sa silid ng pagkasunog.
- Ito ay ibinibigay sa gasolina, na nasusunog sa isang pare-pareho ang presyon, na nagbibigay ng patuloy na supply ng init. Dahil sa pagkasunog ng gasolina, ang temperatura ng gumaganang likido ay tumataas.
- Dagdag pa, ang gumaganang likido (ngayon ay isang gas na, na kung saan ay pinaghalong hangin at mga produkto ng pagkasunog) ay pumapasok sa gas turbine, kung saan, lumalawak sa presyon ng atmospera, ito ay gumagawa ng kapaki-pakinabang na gawain (pinihit ang turbine na bumubuo ng kuryente).
- Pagkatapos ng turbine, ang mga gas ay pinalabas sa kapaligiran, kung saan sarado ang siklo ng pagtatrabaho.
- Ang pagkakaiba sa pagitan ng pagpapatakbo ng turbine at ng compressor ay nakikita ng isang electric generator na matatagpuan sa isang karaniwang baras na may turbine at compressor.
Pasulput-sulpot na mga halaman ng pagkasunog
Hindi tulad ng nakaraang disenyo, ang pasulput-sulpot na mga halaman ng pagkasunog ay gumagamit ng dalawang balbula sa halip na isa.
- Pinipilit ng compressor ang hangin sa combustion chamber sa pamamagitan ng unang balbula habang ang pangalawang balbula ay sarado.
- Kapag ang presyon sa silid ng pagkasunog ay tumaas, ang unang balbula ay sarado. Bilang isang resulta, ang dami ng silid ay sarado.
- Kapag ang mga balbula ay sarado, ang gasolina ay sinusunog sa silid, natural, ang pagkasunog nito ay nangyayari sa isang pare-parehong dami. Bilang isang resulta, ang presyon ng gumaganang likido ay lalong tumataas.
- Susunod, ang pangalawang balbula ay binuksan, at ang gumaganang likido ay pumapasok sa gas turbine. Sa kasong ito, ang presyon sa harap ng turbine ay unti-unting bababa. Kapag ito ay lumalapit sa atmospera, ang pangalawang balbula ay dapat na sarado, at ang una ay dapat buksan at ang pagkakasunod-sunod ng mga aksyon ay paulit-ulit.
Bumaling sa praktikal na pagpapatupad ng isa o isa pang thermodynamic cycle, kailangang harapin ng mga designer ang maraming hindi malulutas na teknikal na mga hadlang. Ang pinaka-katangian na halimbawa: kapag ang halumigmig ng singaw ay higit sa 8-12%, ang mga pagkalugi sa landas ng daloy ay tumataas nang husto, ang mga dinamikong pag-load ay tumataas, at nangyayari ang pagguho. Ito sa huli ay humahantong sa pagkasira ng daloy ng landas ng turbine.
Bilang resulta ng mga paghihigpit na ito sa sektor ng enerhiya (para sa pagkuha ng trabaho), dalawang pangunahing thermodynamic Rankine cycle lamang at ang Brayton cycle ang malawakang ginagamit sa ngayon. Karamihan sa mga power plant ay nakabatay sa kumbinasyon ng mga elemento ng mga siklong ito.
Ang Rankine cycle ay ginagamit para sa mga gumaganang likido na, sa proseso ng pagpapatupad ng cycle, gumaganap ng mga steam power plant sa naturang cycle. Para sa mga gumaganang likido na hindi ma-condensed sa ilalim ng tunay na mga kondisyon at tinatawag nating mga gas, ang Brayton cycle ay ginagamit. Ang mga planta ng gas turbine at mga internal combustion engine ay gumagana ayon sa cycle na ito.
Ginamit na gasolina
Ang karamihan sa mga gas turbine ay idinisenyo upang gumana sa natural na gas. Minsan ang likidong gasolina ay ginagamit sa mga sistema ng mababang kapangyarihan (mas madalas - daluyan, napakabihirang - mataas na kapangyarihan). Ang isang bagong trend ay ang paglipat ng mga compact gas turbine system sa paggamit ng mga solidong nasusunog na materyales (karbon, mas madalas na pit at kahoy). Ang mga uso na ito ay nauugnay sa katotohanan na ang gas ay isang mahalagang teknolohikal na hilaw na materyal para sa industriya ng kemikal, kung saan ang paggamit nito ay kadalasang mas kumikita kaysa sa sektor ng enerhiya. Ang produksyon ng mga planta ng gas turbine na may kakayahang gumana nang mahusay sa solid fuel ay aktibong nakakakuha ng momentum.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang panloob na combustion engine at isang gas turbine
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga gas turbine complex ay ang mga sumusunod. Sa isang internal combustion engine, ang mga proseso ng air compression, fuel combustion at expansion ng combustion products ay nangyayari sa loob ng iisang structural element na tinatawag na engine cylinder. Sa mga gas turbine, ang mga prosesong ito ay nahahati sa magkakahiwalay na mga yunit ng istruktura:
- ang compression ay isinasagawa sa compressor;
- pagkasunog ng gasolina, ayon sa pagkakabanggit, sa isang espesyal na silid;
- Ang pagpapalawak ay isinasagawa sa isang gas turbine.
Bilang resulta, sa istruktura, ang mga gas turbine at internal combustion engine ay may kaunting pagkakatulad, bagama't gumagana ang mga ito ayon sa mga katulad na thermodynamic cycle.
Konklusyon
Sa pag-unlad ng small-scale power generation at ang pagtaas ng kahusayan nito, ang GTP at STP system ay sumasakop ng pagtaas ng bahagi sa pangkalahatang sistema ng enerhiya ng mundo. Alinsunod dito, ang operator ng mga pag-install ng gas turbine ay lalong in demand. Kasunod ng mga kasosyong Kanluranin, ang ilang mga tagagawa ng Russia ay nakabisado ang paggawa ng mga matipid na gas turbine unit. Ang unang bagong henerasyon ng combined-cycle power plant sa Russian Federation ay ang Severo-Zapadnaya CHPP sa St. Petersburg.
Upang simulan ang independiyenteng operasyon, ang GTU turbocharger ay dapat bigyan ng isang tiyak na bilis ng pag-ikot. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng ilang uri ng panimulang motor na nagpapabilis sa rotor ng turbocharger. Sa proseso ng pagsisimula sa 2700-2900 rpm, ang supply ng gasolina ay nakabukas at ang gasolina ay nag-apoy sa 2900-3200 rpm. Pagkatapos ng pag-aapoy ng gasolina, ang ignisyon ay pinapatay at ang pagkasunog sa mga silid ay patuloy na pinananatili. Habang tumataas ang temperatura ng gas at tumataas ang bilang ng mga rebolusyon, tumataas ang kapangyarihan na nabuo ng turbine, at bumababa nang naaayon ang kapangyarihan ng panimulang motor. Sa pag-abot sa humigit-kumulang 5600 rpm, ang starter ay naka-off at ang turbocharger ay nasa independiyenteng operasyon, kung saan ang turbine power ay ganap na nagbibigay ng kapangyarihan na natupok ng compressor.
Ang mga asynchronous na three-phase AC motor ay may hindi kanais-nais na katangian ng pagbabago ng torque bilang isang function ng bilis, kaya ang kanilang naka-install na kapangyarihan ay dapat na mas mataas kaysa sa kapangyarihan na natupok ng turbocharger sa panahon ng start-up. Ang mga AC motor na may mga phase ring ay may pinakamahusay na mga katangian ng pagsisimula. Ang pagbawas ng kapangyarihan ng isang induction motor ay maaaring makamit sa pamamagitan ng paggamit ng tuluy-tuloy na variable transmission sa pagitan ng engine at ng turbocharger. Ang tuluy-tuloy na variable transmission ay maaaring hydraulic o may positive displacement pump at hydraulic motors, o may fluid couplings at hydrodynamic transformer.
Sa napakalaking mga turbine ng gas na may mabibigat na rotor, ang kapangyarihan at laki ng mga AC na panimulang motor ay umabot sa mga hindi katanggap-tanggap na halaga, bilang isang resulta kung saan kinakailangan na gumamit ng mga DC motor para sa pagsisimula, na may mas kanais-nais na mga katangian. Bilang isang patakaran, ang mga istasyon ay walang mataas na kapangyarihan na direktang kasalukuyang mga mapagkukunan, samakatuwid, sa mga ganitong kaso, ang start-up system ay may kasamang isang hiwalay na generator-motor unit na nagko-convert ng alternating current sa direktang kasalukuyang. Ang isang karagdagang bentahe ng naturang sistema ay ang posibilidad ng isang mahabang run-in ng mga turbocharger sa anumang bilis sa loob ng pinapayagang kapangyarihan ng electrical system, na napakahalaga kapag inaayos ang prototype ng pag-install at kapag nakikinig sa mga turboset pagkatapos ng pag-aayos.
Upang bawasan ang laki ng pagsisimula ng mga motor, kadalasang nagbibigay sila para sa kanilang makabuluhang labis na karga. Samakatuwid, upang maiwasan ang hindi katanggap-tanggap na overheating ng mga nagsisimulang motor, ang bilang ng mga sunud-sunod na pagsisimula sa kaso ng hindi matagumpay na pagsisimula ay karaniwang limitado sa tatlo; bago ang kasunod na paglipat sa, ito ay kinakailangan upang palamig ang mga ito para sa 20-30 minuto.
Ang bilis ng pagpapatakbo ng panimulang motor ay tumutugma sa bilang ng mga rebolusyon ng compressor shaft sa sandaling magsimula ang GTP ng independiyenteng operasyon, samakatuwid, upang maiwasan ang isang hindi katanggap-tanggap na labis sa bilis ng panimulang motor, ang overrunning type na disconnecting clutches ay naka-install sa pagitan nito at ng GTU.
Ang electric start ay pinapagana ng AC 380 V, 50 Hz. Ang isang asynchronous na motor na may pare-pareho ang bilis o isang kasabay na motor na BDPT-1966 ay ginagamit.
Ang paglulunsad ng GPU ay ang pinakamahalagang yugto sa pag-aayos ng pagpapatakbo ng istasyon ng compressor. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa panahon ng paglulunsad ng GPU, ang isang napakalaking bilang ng mga sistema ng parehong yunit mismo at mga pandiwang pantulong na sistema ng istasyon ng compressor ay sabay-sabay na inilalagay sa operasyon, ang paghahanda at tamang setting kung saan matukoy kung gaano maaasahan ang paglulunsad na ito.
Sa proseso ng pagsisimula ng mga rotor ng GTP, ang mga dynamic na pag-load ay nagsisimulang lumaki, ang mga thermal stress ay lumitaw sa mga node at mga bahagi mula sa sobrang pag-init ng GTP. Ang pagtaas sa estado ng thermal ay humahantong sa isang pagbabago sa mga linear na sukat ng mga blades, mga disk, isang pagbabago sa mga puwang sa landas ng daloy, at thermal expansion ng mga pipeline. Kapag sinimulan ang rotor sa unang sandali, ang isang matatag na hydraulic wedge sa sistema ng pagpapadulas ay hindi ibinigay. Mayroong proseso ng paglipat ng mga rotor mula sa mga gumaganang pad patungo sa mga pad ng pag-install. Ang GPU compressor ay malapit nang magtrabaho sa surge zone. Ang blower ay nagdadala ng isang malaking daloy ng gas sa isang mababang compression ratio, na humahantong sa mataas na bilis, lalo na para sa recirculation pipelines, at nagiging sanhi ng mga ito upang manginig.
Nagsisimula ang GPU gamit ang mga panimulang device. Ang mga turbo-expander ay ginagamit bilang pangunahing mga aparato, na pangunahing gumagana dahil sa presyon ng natural na gas, na paunang nililinis at nabawasan sa kinakailangang presyon.
Ang pamamaraan ng pagtali sa panimulang aparato at gasolina ng gasolina ay ipinapakita sa Figure 6.9
.
kanin. 6.9 Schematic diagram ng gasolina at panimulang gas system:
TG - gasolina ng gasolina; PG - panimulang gas; VZK - silid ng paggamit ng hangin;
TD - turbo expander; OK - axial compressor; CS - silid ng pagkasunog;
HPT - mataas na presyon ng turbine; LPT - mababang presyon ng turbine;
H - supercharger; REG - regenerator; RK - control valve
Ang paglulunsad ng GPU ay may kasamang ilang yugto.
Unang yugto- paghahanda, kapag ang kagamitan ay biswal na inspeksyon upang ibukod ang mga dayuhang bagay, ang pangkabit ng kagamitan na napapailalim sa panginginig ng boses ay nasuri, ang posisyon ng mga balbula ay nasuri: ang mga balbula 1, 2, 4, 6 ay sarado, ang balbula 5 ay nakabukas, ang mga balbula ay nakasara sa mga linya para sa pagbibigay ng panimulang gas sa turboexpander at gasolina sa silid ng pagkasunog.
Pangalawang yugto- sa pamamagitan ng imitasyon, ang proteksyon at pagbibigay ng senyas ng gas compressor unit ay nasuri. Sa kasong ito, ang mga proteksyon ay nahahati sa dalawang grupo: ang proteksyon ng COP at ang proteksyon ng GPU.
Proteksyon ng COP- ito ang proteksyon ng workshop mula sa kontaminasyon ng gas, sunog, proteksyon sa presyon sa outlet ng istasyon, proteksyon mula sa mga sitwasyong pang-emergency sa ruta, proteksyon ng temperatura ng gas sa pasukan sa MGP, atbp.
Proteksyon ng GPU- ito ay proteksyon para sa presyon ng langis sa mga sistema ng langis (hindi bababa sa
0.2 kg/cm2), proteksyon sa pamatay ng apoy sa combustion chamber, proteksyon laban sa sobrang bilis ng expander shaft, HPT, LPT, proteksyon sa temperatura ng tindig, proteksyon sa vibration, atbp.
Ikatlong yugto– direktang paglulunsad ng GPU.
Isaalang-alang ang isang karaniwang algorithm para sa pagsisimula ng isang nakatigil na GPU na may isang full-pressure supercharger. Sa unang yugto, ang spin-up ng rotor ng axial compressor at ang high-pressure turbine ay nangyayari lamang dahil sa pagpapatakbo ng panimulang aparato, at ang algorithm mismo ay nagpapatuloy tulad ng sumusunod. Pagkatapos pindutin ang "Start" na buton, ang panimulang oil-lubricant pump at ang oil-seal pump ay naka-on. Ang balbula No. 4 ay bubukas at kapag ang balbula No. 5 ay nakabukas, ang blower circuit ay napupurga sa loob ng 15-20 s. Pagkatapos ng balbula No. 5 ay sarado at ang presyon sa supercharger ay tumaas sa isang kaugalian ng 0.1 MPa sa balbula No. 1, ang balbula No. 1 ay binuksan, ang balbula No. 4 ay sarado, at ang pinagsama-samang balbula No. 6. Sa kasong ito, ang compressor circuit ay napuno, at ang gayong pagsisimula ay tinatawag na simula ng GPA na may napunong circuit.
Susunod, ang barring device ay naka-on, ang gear ng turboexpander ay nakatutok, ang hydraulic valve No. 13 ay binuksan. Pagkatapos ang balbula No. 11 ay binuksan, ang balbula No. Nagsisimulang umikot ang unit mula sa turbo expander.
Ang unang yugto ng promosyon ay nagtatapos sa pagbubukas ng tap No. 12 at ang pagsasara ng tap No. 9.
Sa ikalawang yugto, ang spin-up ng mga rotors ay isinasagawa kasama ang turbo-expander at ang turbine. Kapag ang bilis ng turbocharger ay umabot sa 400÷1000 rpm, ang ignition system ay bubuksan at ang balbula ay bubuksan, na nagbibigay ng gas sa ignition device ng combustion chamber. Pagkatapos ng pag-aapoy, pagkatapos ng 2-3 segundo, bubukas ang balbula No. 14 at ibinibigay ang gas sa pilot burner. Pagkatapos ng 1-3 min. matapos ang temperatura ay umabot sa ~ 150-200 °C, ang unang yugto ng pag-init ay nagtatapos, ang control valve RK ay bubukas ng 1.5-2 mm at ang ikalawang yugto ng pag-init ay nagsisimula, na tumatagal ng ~ 40 s. Pagkatapos ay mayroong unti-unting pagtaas sa bilis ng high-pressure turbine dahil sa pagbubukas ng control valve RK. Kapag ang bilis ay umabot sa ~ 40÷45% ng nominal na halaga, papasok ang turbine sa mode. Ang mga balbula No. 13 at 11 ay sarado, ang balbula No. 10. Kapag ang turboexpander clutch ay humiwalay, ang ikalawang yugto ng rotor spin-up ay nagtatapos.
Sa ikatlong yugto, ang karagdagang acceleration ng turbocharger rotor ay nangyayari sa pamamagitan ng unti-unting pagtaas ng supply ng gas sa combustion chamber. Kasabay nito, ang mga anti-surge valve ng axial compressor ay sarado, ang turbine unit ay lumipat upang gumana mula sa mga panimulang bomba ng langis hanggang sa mga pangunahing, na hinimok ng mga rotor ng yunit.
Sa pagtaas ng bilis ng pag-ikot sa isang halaga na katumbas ng bilis ng pag-ikot ng iba pang mga supercharger ng shop, bubukas ang balbula No. 2 at magsasara ang pinagsama-samang balbula No. 6, naka-on ang display na "Unit sa operasyon".
Ang yunit ay hindi dapat magsimula:
Sa kaganapan ng isang malfunction ng anuman, hindi bababa sa isang proteksyon sa GPU;
Sa mga bahagi at pipeline na hindi kumpleto na binuo ng yunit;
Sa tumaas na pagbaba ng langis sa mga filter, mahinang kalidad ng langis, langis ng pagpapadulas at pagtagas ng langis ng seal;
Kung ang mga depekto na natagpuan sa yunit ng gas compressor ay hindi naalis bago ilabas para sa pagkumpuni;
Sa kaso ng sapilitang at emergency na paghinto hanggang sa maalis ang dahilan ng paghinto;
Sa kaso ng isang malfunction ng fire extinguishing system at gas pollution control, pati na rin sa kaso ng pagtuklas ng mga lugar na may langis ng gas ducts at air ducts.