ऊर्जा गैस टरबाइन संस्थापन। गैस टरबाइन संयंत्रों के चक्र

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

गैस टर्बाइन यूनिट (जीटीपी) एक एकल, अपेक्षाकृत कॉम्पैक्ट पावर कॉम्प्लेक्स है, जिसमें एक पावर टर्बाइन और एक जनरेटर जोड़े में काम करते हैं। तथाकथित लघु-स्तरीय बिजली उद्योग में प्रणाली व्यापक हो गई है। बड़े उद्यमों, दूरस्थ बस्तियों और अन्य उपभोक्ताओं की बिजली और गर्मी की आपूर्ति के लिए बढ़िया। एक नियम के रूप में, गैस टर्बाइन तरल ईंधन या गैस पर काम करते हैं।

प्रगति के किनारे पर

बिजली संयंत्रों की ऊर्जा क्षमता बढ़ाने में, अग्रणी भूमिका गैस टरबाइन इकाइयों और उनके आगे के विकास - संयुक्त चक्र संयंत्रों (सीसीजीटी) को स्थानांतरित कर दी जाती है। इस प्रकार, 1990 के दशक की शुरुआत से अमेरिकी बिजली संयंत्रों में, 60% से अधिक कमीशन और आधुनिकीकरण क्षमता पहले से ही गैस टर्बाइन और संयुक्त चक्र संयंत्र हैं, और कुछ देशों में कुछ वर्षों में उनका हिस्सा 90% तक पहुंच गया है।

साधारण गैस टर्बाइन भी बड़ी संख्या में बनाए जाते हैं। गैस टरबाइन संयंत्र - मोबाइल, संचालित करने के लिए किफायती और मरम्मत में आसान - पीक लोड को कवर करने के लिए इष्टतम समाधान साबित हुआ। सदी के मोड़ पर (1999-2000), कुल क्षमतागैस टरबाइन इकाइयां 120,000 मेगावाट तक पहुंच गईं। तुलना के लिए: 1980 के दशक में, इस प्रकार की प्रणालियों की कुल क्षमता 8,000-10,000 मेगावाट थी। गैस टर्बाइनों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा (60% से अधिक) लगभग 350 मेगावाट की औसत शक्ति के साथ बड़े द्विआधारी संयुक्त चक्र संयंत्रों के हिस्से के रूप में संचालित करने का इरादा था।

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

संयुक्त चक्र प्रौद्योगिकियों के उपयोग के लिए सैद्धांतिक नींव का 60 के दशक की शुरुआत में हमारे देश में पर्याप्त विस्तार से अध्ययन किया गया था। उस समय पहले से ही, यह स्पष्ट हो गया था कि थर्मल पावर इंजीनियरिंग के विकास का सामान्य मार्ग संयुक्त चक्र प्रौद्योगिकियों के साथ जुड़ा हुआ है। हालांकि, उनके सफल कार्यान्वयन के लिए विश्वसनीय और अत्यधिक कुशल गैस टरबाइन इकाइयों की आवश्यकता थी।

गैस टर्बाइन निर्माण में यह महत्वपूर्ण प्रगति थी जिसने थर्मल पावर इंजीनियरिंग में आधुनिक गुणात्मक छलांग निर्धारित की। कई विदेशी फर्मों ने ऐसे समय में कुशल स्थिर गैस टर्बाइन बनाने की समस्या को सफलतापूर्वक हल किया जब एक कमांड अर्थव्यवस्था में घरेलू अग्रणी अग्रणी संगठन कम से कम आशाजनक भाप टरबाइन प्रौद्योगिकियों (एसटीपी) को बढ़ावा दे रहे थे।

यदि 60 के दशक में गैस टरबाइन प्रतिष्ठानों की दक्षता 24-32% के स्तर पर थी, तो 80 के दशक के उत्तरार्ध में सबसे अच्छी स्थिर बिजली गैस टरबाइन प्रतिष्ठानों में पहले से ही 36-37 की दक्षता (स्वायत्त उपयोग के साथ) थी %. इससे उनके आधार पर सीसीजीटी बनाना संभव हो गया, जिसकी दक्षता 50% तक पहुंच गई। नई सदी की शुरुआत तक, यह आंकड़ा 40% के बराबर था, और संयुक्त चक्र गैस-चक्र संयंत्रों के संयोजन में, यह 60% भी था।

स्टीम टर्बाइन की तुलनाऔर संयुक्त चक्र पौधे

गैस टर्बाइन पर आधारित संयुक्त चक्र संयंत्रों में, तत्काल और वास्तविक संभावना 65% या उससे अधिक की दक्षता प्राप्त करने की थी। उसी समय, स्टीम टर्बाइन प्लांट्स (यूएसएसआर में विकसित) के लिए, केवल अगर सुपरक्रिटिकल स्टीम के उत्पादन और उपयोग से संबंधित कई जटिल वैज्ञानिक समस्याओं को सफलतापूर्वक हल किया जा सकता है, तो कोई 46 से अधिक की दक्षता की उम्मीद कर सकता है- 49%। इस प्रकार, दक्षता के मामले में, स्टीम टर्बाइन सिस्टम संयुक्त चक्र प्रणालियों से निराशाजनक रूप से हीन हैं।

लागत और निर्माण समय के मामले में भी भाप टरबाइन बिजली संयंत्रों से काफी कम है। 2005 में, विश्व ऊर्जा बाजार में, 200 मेगावाट या उससे अधिक की क्षमता वाली सीसीजीटी इकाई के लिए 1 किलोवाट की कीमत 500-600 डॉलर प्रति किलोवाट थी। छोटी क्षमता वाले सीसीजीटी के लिए, लागत $600-900/kW की सीमा में थी। शक्तिशाली गैस टरबाइन संयंत्र 200-250 $/kW के मूल्यों के अनुरूप हैं। यूनिट पावर में कमी के साथ, उनकी कीमत बढ़ जाती है, लेकिन आमतौर पर $ 500 / kW से अधिक नहीं होती है। ये मान स्टीम टर्बाइन सिस्टम में एक किलोवाट बिजली की लागत से कई गुना कम हैं। उदाहरण के लिए, संघनक भाप टरबाइन बिजली संयंत्रों में एक स्थापित किलोवाट की कीमत 2000-3000 $/kW तक होती है।

गैस टरबाइन संयंत्र की योजना

स्थापना में तीन बुनियादी इकाइयाँ शामिल हैं: एक गैस टरबाइन, एक दहन कक्ष और एक वायु कंप्रेसर। इसके अलावा, सभी इकाइयों को एक पूर्वनिर्मित एकल भवन में रखा गया है। कंप्रेसर और टर्बाइन रोटार एक दूसरे से मजबूती से जुड़े हुए हैं, जो बियरिंग्स द्वारा समर्थित हैं।

दहन कक्ष (उदाहरण के लिए, 14 टुकड़े) कंप्रेसर के चारों ओर रखे गए हैं, प्रत्येक का अपना अलग आवास है। में प्रवेश के लिएहवा कंप्रेसर एक इनलेट पाइप के रूप में कार्य करता है, हवा निकास पाइप के माध्यम से गैस टरबाइन को छोड़ती है। गैस टरबाइन बॉडी एक फ्रेम पर सममित रूप से रखे गए शक्तिशाली समर्थन पर आधारित है।

कार्य सिद्धांत

अधिकांश गैस टरबाइन इकाइयां निरंतर दहन, या खुले चक्र के सिद्धांत का उपयोग करती हैं:

• सबसे पहले, काम कर रहे द्रव (वायु) को उपयुक्त कंप्रेसर द्वारा वायुमंडलीय दबाव पर पंप किया जाता है।
• इसके अलावा, हवा को उच्च दबाव में संपीड़ित किया जाता है और दहन कक्ष में भेजा जाता है।
• इसमें ईंधन की आपूर्ति की जाती है, जो लगातार दबाव में जलता है, जिससे गर्मी की निरंतर आपूर्ति होती है। ईंधन के दहन के कारण कार्यशील द्रव का तापमान बढ़ जाता है।
• अगला, काम करने वाला तरल पदार्थ (अब यह पहले से ही एक गैस है, जो हवा और दहन उत्पादों का मिश्रण है) गैस टरबाइन में प्रवेश करता है, जहां, वायुमंडलीय दबाव में विस्तार करते हुए, यह उपयोगी कार्य करता है (टरबाइन को चालू करता है जो उत्पन्न करता है) बिजली)।
• टरबाइन के बाद गैसों को वायुमंडल में छोड़ दिया जाता है, जिससे कार्य चक्र बंद हो जाता है।
• टरबाइन और कंप्रेसर के संचालन के बीच का अंतर टर्बाइन और कंप्रेसर के साथ एक सामान्य शाफ्ट पर स्थित एक विद्युत जनरेटर द्वारा माना जाता है।

आंतरायिक दहन संयंत्र

पिछले डिजाइन के विपरीत, रुक-रुक कर दहन एक के बजाय दो वाल्वों का उपयोग करता है।

• कम्प्रेसर पहले वाल्व के माध्यम से दहन कक्ष में हवा को बल देता है जबकि दूसरा वाल्व बंद होता है।
• जब दहन कक्ष में दबाव बढ़ता है, तो पहला वाल्व बंद हो जाता है।परिणामस्वरूप, कक्ष का आयतन बंद हो जाता है।
• वाल्व बंद होने पर चेंबर में ईंधन जलता है, स्वाभाविक रूप से इसका दहन एक स्थिर मात्रा में होता है। नतीजतन, काम कर रहे तरल पदार्थ का दबाव और बढ़ जाता है।
• अगला, दूसरा वाल्व खोला जाता है, और काम करने वाला द्रव गैस टरबाइन में प्रवेश करता है। इस मामले में, टरबाइन के सामने दबाव धीरे-धीरे कम हो जाएगा। जब यह वायुमंडलीय के करीब पहुंच जाए, तो दूसरे वाल्व को बंद कर देना चाहिए, और पहले वाले को खोला जाना चाहिए और क्रियाओं के क्रम को दोहराना चाहिए।

गैस टर्बाइन साइकिल

एक या दूसरे थर्मोडायनामिक चक्र के व्यावहारिक कार्यान्वयन की ओर मुड़ते हुए, डिजाइनरों को कई दुर्गम तकनीकी बाधाओं का सामना करना पड़ता है। सबसे विशिष्ट उदाहरण: जब भाप की आर्द्रता 8-12% से अधिक होती है, तो भाप टरबाइन के प्रवाह पथ में नुकसान तेजी से बढ़ता है, गतिशील भार बढ़ता है, और क्षरण होता है। यह अंततः टरबाइन के प्रवाह पथ के विनाश की ओर ले जाता है।

ऊर्जा क्षेत्र (नौकरी पाने के लिए) में इन प्रतिबंधों के परिणामस्वरूप, अब तक केवल दो बुनियादी थर्मोडायनामिक चक्रों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: रैंकिन चक्र और ब्रेटन चक्र। अधिकांश बिजली संयंत्र इन चक्रों के तत्वों के संयोजन पर आधारित होते हैं।

रैंकिन चक्र का उपयोग काम करने वाले तरल पदार्थों के लिए किया जाता है जो चक्र के कार्यान्वयन के दौरान एक चरण संक्रमण करते हैं; भाप बिजली संयंत्र इस चक्र के अनुसार काम करते हैं। काम करने वाले तरल पदार्थों के लिए जिन्हें वास्तविक परिस्थितियों में संघनित नहीं किया जा सकता है और जिन्हें हम गैस कहते हैं, ब्रेटन चक्र का उपयोग किया जाता है। इस चक्र के माध्यम सेगैस टरबाइन संयंत्र और आंतरिक दहन इंजन काम कर रहे हैं।

प्रयुक्त ईंधन

अधिकांश गैस टर्बाइन प्राकृतिक गैस पर चलने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। कभी-कभी कम-शक्ति प्रणालियों में तरल ईंधन का उपयोग किया जाता है (कम अक्सर - मध्यम, बहुत कम - उच्च शक्ति)। एक नई प्रवृत्ति ठोस दहनशील सामग्री (कोयला, कम अक्सर पीट और लकड़ी) के उपयोग के लिए कॉम्पैक्ट गैस टरबाइन सिस्टम का संक्रमण है। ये रुझान इस तथ्य के कारण हैं कि रासायनिक उद्योग के लिए गैस एक मूल्यवान तकनीकी कच्चा माल है, जहां इसका उपयोग अक्सर ऊर्जा क्षेत्र की तुलना में अधिक लाभदायक होता है। ठोस ईंधन पर कुशलतापूर्वक संचालन करने में सक्षम गैस टरबाइन संयंत्रों का उत्पादन सक्रिय रूप से गति प्राप्त कर रहा है।

आईसीई और जीटीयू के बीच अंतर

आंतरिक दहन इंजन और गैस टरबाइन परिसरों के बीच मूलभूत अंतर इस प्रकार है। एक आंतरिक दहन इंजन में, वायु संपीड़न, ईंधन दहन और दहन उत्पादों के विस्तार की प्रक्रियाएं एक संरचनात्मक तत्व के भीतर होती हैं, जिसे इंजन सिलेंडर कहा जाता है। गैस टर्बाइनों में, इन प्रक्रियाओं को अलग संरचनात्मक इकाइयों में विभाजित किया जाता है:

• संपीड़न में संपीड़न किया जाता है;
• एक विशेष कक्ष में क्रमशः ईंधन का दहन;
• दहन उत्पादों का विस्तार गैस टरबाइन में किया जाता है।

परिणामस्वरूप, संरचनात्मक रूप से, गैस टर्बाइन और आंतरिक दहन इंजन में बहुत कम समानता होती है, हालांकि वे समान थर्मोडायनामिक चक्रों के अनुसार काम करते हैं।

निष्कर्ष

छोटे पैमाने पर बिजली उत्पादन के विकास के साथ, इसकी दक्षता में वृद्धि, जीटीपी और एसटीपी सिस्टम कुल में बढ़ती हिस्सेदारी पर कब्जा कर लेते हैंदुनिया की ऊर्जा प्रणाली। तदनुसार, गैस टरबाइन संयंत्र संचालक का होनहार पेशा मांग में तेजी से बढ़ रहा है। पश्चिमी भागीदारों के बाद, कई रूसी निर्माताओं ने लागत प्रभावी गैस टरबाइन इकाइयों के उत्पादन में महारत हासिल की है। सेंट पीटर्सबर्ग में सेवेरो-ज़ापडनया सीएचपीपी रूस में एक नई पीढ़ी का पहला संयुक्त-चक्र बिजली संयंत्र बन गया।