Sélection d'un cycle d'une centrale à cycle combiné et d'un schéma de principe d'une CCGT. Unités à turbine à gaz à cycle combiné (CCGT) : conception et principe de fonctionnement Principe de fonctionnement de l'unité CCGT.

Les centrales électriques à cycle combiné sont une combinaison de turbines à vapeur et à gaz. Cette combinaison permet de réduire les pertes de chaleur résiduelle des turbines à gaz ou la chaleur des gaz d'échappement des chaudières à vapeur, ce qui assure une augmentation du rendement des unités de turbine à gaz à cycle combiné (CCGT) par rapport aux unités individuelles de turbine à vapeur et de turbine à gaz. .

Il existe actuellement deux types de centrales à cycle combiné gaz :

a) avec des chaudières à haute pression et avec l'évacuation des gaz d'échappement des turbines dans chambre de combustion chaudière conventionnelle;

b) utiliser la chaleur des gaz d'échappement de la turbine dans la chaudière.

Des diagrammes schématiques de ces deux types d'unités CCGT sont présentés dans la Fig. 2.7 et 2.8.

En figue. 2.7 montre un diagramme schématique d'une CCGT avec une chaudière à vapeur haute pression (HPB) 1 , dans laquelle sont introduits de l'eau et du combustible, comme dans une centrale thermique classique pour produire de la vapeur. Vapeur haute pression entre dans la turbine à condensation 5 , sur le même arbre avec lequel se trouve le générateur 8 . La vapeur évacuée dans la turbine entre d'abord dans le condenseur 6 puis à l'aide d'une pompe 7 retourne à la chaudière 1 .

Graphique 2.7. Diagramme schématique de pgu avec vpg

Dans le même temps, les gaz formés lors de la combustion du combustible dans la chaudière, qui ont une température et une pression élevées, sont envoyés vers la turbine à gaz. 2 . Le compresseur est situé sur le même arbre 3 , comme dans une unité de turbine à gaz conventionnelle, et un autre générateur électrique 4 . Le compresseur est conçu pour pomper de l'air dans la chambre de combustion de la chaudière. Gaz d'échappement des turbines 2 L'eau d'alimentation de la chaudière est également chauffée.

Ce système CCGT présente l'avantage de ne pas nécessiter d'extracteur de fumée pour éliminer les gaz d'échappement de la chaudière. Il convient de noter que le compresseur remplit la fonction d'un ventilateur soufflant 3 . Le rendement d'une telle CCGT peut atteindre 43 %.

En figue. La figure 2.8 montre un diagramme schématique d'un autre type de CCGT. Contrairement au PGU illustré à la Fig. 2.7, gaz vers turbine 2 vient de la chambre de combustion 9 , pas de la chaudière 1 . En outre dépensé dans la turbine 2 des gaz saturés jusqu'à 16 à 18 % d'oxygène en raison de la présence d'un compresseur entrent dans la chaudière 1 .

Ce schéma (Fig. 2.8) présente un avantage par rapport à l'unité CCGT évoquée ci-dessus (Fig. 2.7), car il utilise une chaudière de conception conventionnelle avec la possibilité d'utiliser tout type de combustible, y compris solide. Dans la chambre de combustion 3 dans ce cas, on brûle beaucoup moins de gaz ou de gaz actuellement coûteux que dans un système CCGT avec une chaudière à vapeur à haute pression combustible liquide.

Graphique 2.8. Schéma schématique du PGU (circuit de réinitialisation)

Cette combinaison de deux installations (vapeur et gaz) dans une unité commune à cycle combiné crée également la possibilité d'obtenir une plus grande maniabilité par rapport à une centrale thermique conventionnelle.

Schéma de principe des centrales nucléaires

En termes de finalité et de principe technologique de fonctionnement, les centrales nucléaires ne diffèrent pratiquement pas des centrales thermiques traditionnelles. Leur différence significative réside, d'une part, dans le fait que dans une centrale nucléaire, contrairement aux centrales thermiques, la vapeur ne se forme pas dans la chaudière, mais dans le cœur du réacteur, et d'autre part, dans le fait que les centrales nucléaires utilisent du combustible nucléaire, qui contient des isotopes de l'uranium-235 (U-235) et de l'uranium-238 (U-238).

Une caractéristique du processus technologique dans les centrales nucléaires est également la formation de quantités importantes de produits de fission radioactifs, c'est pourquoi les centrales nucléaires sont techniquement plus complexes que les centrales thermiques.

Le circuit NPP peut être à circuit unique, à double circuit et à trois circuits (Fig. 2.9).

Riz.2.9. Schémas schématiques des centrales nucléaires

Le circuit à circuit unique (Fig. 2.9a) est le plus simple. Libéré dans un réacteur nucléaire 1 En raison de la réaction en chaîne de fission des noyaux d'éléments lourds, la chaleur est transférée par le liquide de refroidissement. La vapeur est souvent utilisée comme liquide de refroidissement, qui est ensuite utilisé comme dans les centrales électriques à turbine à vapeur conventionnelles. Or, la vapeur produite dans le réacteur est radioactive. Par conséquent, pour protéger le personnel des centrales nucléaires et l’environnement, la plupart des équipements doivent être protégés des radiations.

Selon les schémas à deux et trois circuits (Fig. 2.9, b et 2.9, c), la chaleur est évacuée du réacteur par un liquide de refroidissement, qui transfère ensuite cette chaleur directement à l'environnement de travail (par exemple, comme dans un schéma de circuit via un générateur de vapeur 3 ) ou via le liquide de refroidissement du circuit intermédiaire (par exemple, comme dans un circuit à trois circuits entre un échangeur de chaleur intermédiaire 2 et générateur de vapeur 3 ). En figue. 2,9 en chiffres 5 , 6 Et 7 le condenseur et les pompes sont indiqués, remplissant les mêmes fonctions que dans une centrale thermique conventionnelle.

Le réacteur nucléaire est souvent appelé le « cœur » d’une centrale nucléaire. Actuellement, il existe plusieurs types de réacteurs.

En fonction du niveau d'énergie des neutrons, sous l'influence duquel se produit la fission du combustible nucléaire, les centrales nucléaires peuvent être divisées en deux groupes :

centrale nucléaire avec réacteurs à neutrons thermiques;

centrale nucléaire avec réacteurs à neutrons rapides.

Sous l'influence des neutrons thermiques, seuls les isotopes de l'uranium 235 sont capables de fission, dont la teneur dans l'uranium naturel n'est que de 0,7 %, les 99,3 % restants sont des isotopes de l'uranium 238. Sous l'influence d'un flux de neutrons d'un niveau d'énergie plus élevé (neutrons rapides), l'uranium 238 produit du combustible nucléaire artificiel, du plutonium 239, qui est utilisé dans les réacteurs à neutrons rapides. La grande majorité des réacteurs de puissance actuellement en exploitation sont du premier type.

Un diagramme schématique d'un réacteur nucléaire utilisé dans une centrale nucléaire à double circuit est présenté sur la figure. 2.10.

Un réacteur nucléaire est constitué d'un cœur, d'un réflecteur, d'un système de refroidissement, d'un système de contrôle, de régulation et de surveillance, d'une enceinte et d'une protection biologique.

Le cœur du réacteur est la zone où se déroule la réaction de fission en chaîne. Il se compose de matières fissiles, d'un modérateur de liquide de refroidissement et d'un réflecteur de neutrons, de barres de commande et de matériaux de structure. Les principaux éléments du cœur du réacteur, qui assurent la libération d'énergie et les réactions auto-entretenues, sont la matière fissile et un modérateur. La zone active est éloignée de appareils externes et le personnel travaille dans la zone de protection.

On les appelle vapeur-gaz centrales électriques (CCGT), dans lequel la chaleur des gaz d'échappement de la turbine à gaz est utilisée directement ou indirectement pour produire de l'électricité dans le cycle de la turbine à vapeur.

En figue. 2.1 montre un diagramme schématique du bloc d'alimentation le plus simple, le soi-disant type de recyclage. Les gaz d'échappement des turbines à gaz entrent dans le chaudière-récupération-

Riz. 2.1.

/ - surchauffeur ; 2 - évaporateur ; 3 - économiseur ; 4 - tambour; 5 - condenseur de turbine à vapeur ; 6 - pompe d'alimentation; 7 - tuyau de descente de l'évaporateur ; 8 - tuyaux montants de l'évaporateur

torus- un échangeur de chaleur à contre-courant, dans lequel, grâce à la chaleur des gaz chauds, de la vapeur de paramètres élevés est générée et dirigée vers une turbine à vapeur.

La chaudière de récupération est un puits section rectangulaire, dans lequel sont placées des surfaces chauffantes, formées de tubes à ailettes, dans lesquels est amené le fluide de travail d'une unité de turbine à vapeur (eau ou vapeur). Dans le cas le plus simple, les surfaces chauffantes d'une chaudière à récupération de chaleur sont constituées de trois éléments : un économiseur 3, évaporateur 2 et surchauffeur 1. Élément central est un évaporateur constitué d'un tambour 4 (un long cylindre à moitié rempli d'eau), plusieurs tuyaux de descente 7 et des éléments grossiers verticaux assez étroitement installés de l'évaporateur lui-même 8. L'évaporateur fonctionne sur le principe de la convection naturelle. Les tuyaux d'évaporation sont situés dans une zone de températures plus élevées que celles qui baissent, de sorte que l'eau qu'ils contiennent se réchauffe, s'évapore partiellement, devient plus légère et monte dans le tambour. L'espace libéré est rempli de plus eau froideà travers des tuyaux de descente du tambour. La vapeur saturée est collectée en haut du tambour et dirigée vers les tuyaux du surchauffeur. 1. Consommation de vapeur du tambour 4 compensé par l'alimentation en eau de l'économiseur 3. Dans ce cas, l’eau entrante traversera plusieurs fois les tuyaux d’évaporation avant de s’évaporer complètement. Par conséquent, la chaudière à chaleur résiduelle décrite est appelée chaudière à circulation naturelle.

Dans l'économiseur, l'eau d'alimentation entrante est chauffée presque jusqu'au point d'ébullition (10 à 20 °C de moins que la température de la vapeur saturée dans le tambour, qui est entièrement déterminée par la pression qui y règne). Depuis le tambour, la vapeur sèche saturée pénètre dans le surchauffeur, où elle est surchauffée au-dessus de la température de saturation. La température de la vapeur surchauffée résultante Г0 est bien entendu toujours inférieure à la température des gaz 0р provenant de la turbine à gaz (généralement de 25 à 30 °С).

Sous le schéma de l'utilisateur cogla de la Fig. La figure 2.1 montre l'évolution des températures des gaz et du fluide de travail (vapeur, eau) lorsqu'ils se rapprochent. La température des gaz diminue progressivement d'une valeur de 0 G à l'entrée jusqu'à une valeur de 0 x la température des gaz d'échappement. L'eau d'alimentation se déplaçant vers elle élève sa température dans l'économiseur jusqu'au point d'ébullition (point UN). AVEC A cette température (au bord de l’ébullition), l’eau entre dans l’évaporateur. L'eau s'y évapore. En même temps, sa température ne change pas (le processus UN-/;). À ce point b le fluide de travail se présente sous forme de vapeur sèche saturée. Ensuite, le surchauffeur surchauffe jusqu'à la valeur / 0.

La vapeur générée à la sortie du surchauffeur est dirigée vers la turbine à vapeur, où elle se dilate et fonctionne. Depuis la turbine, le combustible usé passe dans le condenseur 5, où il est condensé à l'aide d'une pompe d'alimentation. 6, en augmentant la pression de l'eau d'alimentation, celle-ci est renvoyée vers la chaudière de récupération de chaleur.

Ainsi, la différence fondamentale entre une centrale à vapeur (SPU) d'une CCGT et bloc d'alimentation régulier La centrale thermique consiste uniquement dans le fait que le combustible n'est pas brûlé dans la chaudière de récupération de chaleur et que la chaleur nécessaire au fonctionnement du CCGT PSU est extraite des gaz d'échappement du GTU. Cependant, il convient immédiatement de noter un certain nombre de points importants différences techniques PSU CCGT de PSU TPP :

1. La température des gaz d'échappement du GTU 0 G est déterminée presque uniquement par la température des gaz devant la turbine à gaz [voir. relation (1.2)] et la perfection du système de refroidissement des turbines à gaz. Dans la plupart des centrales à turbine à gaz modernes, comme le montre le tableau. 1.2, la température des gaz de combustion est de 530 à 580 °C (bien qu'il existe des unités de turbine à gaz séparées avec des températures allant jusqu'à 640 °C). Selon les conditions de fonctionnement fiable du système de canalisations de l'économiseur lors d'un fonctionnement au gaz naturel, la température de l'eau d'alimentation 1pà l'entrée de la chaudière à récupération de chaleur ne doit pas être inférieure à 60 °C. La température des fumées sortant de la chaudière de récupération de chaleur est toujours supérieure à la température tn V. En réalité, elle se situe au niveau de 0 x 100 °C, le rendement de la chaudière à récupération de chaleur (HRB) sera donc

où, pour l'évaluation, on suppose que la température du gaz à l'entrée de la chaudière de récupération de chaleur est de 555 °C et que la température de l'air extérieur est de 15 °C. Lorsqu'elle fonctionne au gaz, une chaudière à énergie TPP classique a un rendement de 94 %. Ainsi, la chaudière à chaleur résiduaire de l'unité CCGT a un rendement nettement inférieur au rendement de la chaudière TPP.

2. De plus, l'efficacité de l'unité de turbine à vapeur (STU) de la CCGT considérée est nettement inférieure à l'efficacité de la STU d'une centrale thermique conventionnelle. Cela est dû non seulement au fait que les paramètres de la vapeur générée par la chaudière de récupération de chaleur sont plus faibles, mais également au fait que l'unité de turbine à vapeur CCGT ne dispose pas de système de régénération. Mais en principe, elle ne peut pas l'avoir, car l'augmentation de la température tn c entraînera une diminution encore plus importante de l'efficacité de la chaudière à chaleur résiduelle.

Une idée de la conception d'une centrale électrique avec une unité CCGT est donnée sur la Fig. 2.2, qui montre une centrale thermique avec trois unités de puissance. Chaque unité de puissance se compose de deux unités de turbine à gaz adjacentes 4 type V94.2 de Siemens, chacun avec ses propres fumées haute température l'envoie à sa chaudière de récupération de chaleur 8. La vapeur générée par ces chaudières est dirigée vers une turbine à vapeur 10 avec générateur électrique 9 et un condenseur situé dans la salle de condensation sous la turbine. Chacune de ces centrales a une capacité totale de 450 MW (chaque turbine à gaz et turbine à vapeur a une capacité d'environ 150 MW). Entre le diffuseur de sortie 5 et chaudière à chaleur résiduelle 8 installer un bypass (bypass) cheminée 12 et portail étanche au gaz b. Le portail permet de couper la chaudière à chaleur résiduelle 8 des gaz de la turbine à gaz et les diriger à travers le tuyau de dérivation vers l'atmosphère. Un tel besoin peut survenir en cas de problèmes dans la partie turbine à vapeur de l'unité de puissance (turbine, chaudière à chaleur résiduaire, générateur, etc.), lorsque

Riz. 2.2. Construction d'une centrale électrique avec une tranche CCGT (prospectus société Siemens):

1 - dispositif combiné de traitement de l'air (KVOU) ; 2 - bloc transformateur ; 3 - générateur à turbine à gaz ; 4 - GTU type U94.2 ; 5 - diffuseur de transition de la turbine à gaz au tuyau de dérivation ; 6 - un robinet-vanne ; 7 - dégazeur ; 8 - chaudière verticale à récupération de chaleur ; 9 - générateur à turbine à vapeur ; 10 - turbine à vapeur; 11 - le registre de pluie de la chaudière de récupération ; 12 - un tuyau de dérivation ; 13 - un local pour les équipements de purification des combustibles liquides ; 14 - réservoirs de carburant liquide

il doit être désactivé. Dans ce cas, la puissance du groupe motopropulseur sera fournie uniquement par le groupe turbine à gaz, c'est-à-dire l'unité de puissance peut transporter une charge de 300 MW (bien qu'avec un rendement réduit). Le tuyau de dérivation est également très utile lors des démarrages de l'unité de puissance : à l'aide d'une vanne, la chaudière à chaleur résiduaire est coupée des gaz de l'unité de turbine à gaz, et ces derniers sont évacués vers pleine puissance en quelques minutes. Ensuite, vous pouvez lentement, conformément aux instructions, mettre en service la chaudière à chaleur résiduelle et la turbine à vapeur.

À fonctionnement normal la porte, au contraire, ne laisse pas passer les gaz chauds de la turbine à gaz dans le tuyau de dérivation, mais les dirige vers la chaudière à chaleur résiduelle.

Le portail étanche au gaz est doté grande surface, est un complexe dispositif technique, dont la principale exigence est haute densité, puisque chaque 1 % de chaleur perdue par fuite signifie une diminution de l'efficacité de l'unité de puissance d'environ 0,3 %. Par conséquent, ils refusent parfois d'installer un tuyau de dérivation, bien que cela complique considérablement le fonctionnement.

Un dégazeur est installé entre les chaudières de chaleur résiduelle de l'unité de puissance, qui reçoit le condensat à désaérer du condenseur de la turbine à vapeur et le distribue à deux chaudières de chaleur résiduelle.

Malheureusement, la transition vers la construction de centrales à cycle combiné de chaleur et d'électricité (CCGT) au lieu de turbines à vapeur a entraîné une diminution encore plus forte du chauffage urbain en production généraleénergie. Ceci, à son tour, entraîne une augmentation de l'intensité énergétique du PIB et une diminution de la compétitivité des produits nationaux, ainsi qu'une augmentation des coûts du logement et des besoins communaux.

¦ rendement élevé de la production d'électricité à CCGT CHPP utilisant le cycle de condensation jusqu'à 60 % ;

¦ des difficultés d'implantation des centrales de cogénération CCGT dans les zones urbaines denses, ainsi qu'une augmentation de l'approvisionnement en carburant des villes ;

¦ selon la tradition établie, les centrales de cogénération CCGT sont équipées, ainsi que les centrales à turbine à vapeur, turbines de chauffage tapez T.

Construction de centrales thermiques avec turbines de type P, à partir des années 1990. siècle dernier, a été pratiquement stoppée. Avant la perestroïka, environ 60 % de la charge thermique des villes provenait de entreprises industrielles. Leur besoin de chaleur pour réaliser processus technologiques a été assez stable tout au long de l'année. Pendant les heures de consommation électrique maximale du matin et du soir dans les villes, les pics d'alimentation électrique ont été atténués grâce à l'introduction de régimes appropriés de limitation de l'alimentation. énergie électrique entreprises industrielles. L'installation de turbines de type P dans la centrale de cogénération était économiquement justifiée en raison de leur coût inférieur et de leur consommation plus efficace de ressources énergétiques par rapport aux turbines de type T, combustible de type vapeur-gaz.

Les 20 dernières années en raison d'un fort déclin production industrielle Le régime d’approvisionnement énergétique des villes a considérablement changé. Actuellement, les centrales thermiques de la ville fonctionnent selon un programme de chauffage dans lequel la charge thermique estivale ne représente que 15 à 20 % de la valeur calculée. Le calendrier quotidien de consommation d'électricité est devenu plus inégal en raison de l'inclusion de la charge électrique par la population dans heures du soir, qui est associée à une forte croissance dans l'équipement de la population en électricité appareils ménagers. De plus, il s'est avéré impossible d'égaliser le calendrier de consommation d'énergie en introduisant des restrictions appropriées pour les consommateurs industriels en raison de leur faible part dans la consommation totale d'énergie. La seule chose qui n'est pas si bonne façon efficace La solution au problème consistait à réduire le montant maximum du soir en introduisant des tarifs réduits la nuit.

Par conséquent, dans les centrales thermiques à turbine à vapeur dotées de turbines de type P, où la production d'énergie thermique et électrique est strictement interconnectée, l'utilisation de telles turbines s'est avérée non rentable. Les turbines à contre-pression sont désormais produites uniquement batterie faible augmenter l'efficacité de fonctionnement des chaufferies à vapeur urbaines en les faisant passer en mode cogénération.

Cette approche établie a également été préservée lors de la construction de la centrale de cogénération CCGT. Dans le même temps, dans le cycle vapeur-gaz, il n'existe pas de relation stricte entre la fourniture d'énergie thermique et électrique. Dans ces centrales équipées de turbines de type P, la couverture de la charge électrique maximale du soir peut être obtenue en augmentant temporairement l'approvisionnement en électricité dans le cycle de la turbine à gaz. Une réduction à court terme de l'apport de chaleur au système de chauffage n'affecte pas la qualité du chauffage en raison de la capacité de stockage de chaleur des bâtiments et du réseau de chaleur.

Le diagramme schématique d'une unité de cogénération CCGT avec turbines à contre-pression comprend deux turbines à gaz, une chaudière à chaleur résiduelle, une turbine de type P et une chaudière de pointe (Fig. 2). La chaudière de pointe, qui peut être installée en dehors du site CCGT, n'est pas représentée sur le schéma.

De la fig. Sur la figure 2, on peut voir que l'unité CCGT d'une centrale thermique est constituée d'une unité à turbine à gaz composée d'un compresseur 1, d'une chambre de combustion 2 et d'une turbine à gaz 3. Les gaz d'échappement de l'unité à turbine à gaz sont dirigés vers la chaleur perdue chaudière (HRB) 6 ou au tuyau de dérivation 5, selon la position de la porte 4, et traversent une série d'échangeurs de chaleur dans lesquels l'eau est chauffée, la vapeur est séparée dans des ballons basse pression 7 et des ballons haute pression 8 , et envoyée vers une unité de turbine à vapeur (STU) 11. De plus, la vapeur saturée basse pression entre dans le compartiment intermédiaire du STU, et la vapeur haute pression est préchauffée dans la chaudière de récupération et est envoyée en tête du STU. La vapeur sortant du STU est condensée dans l'échangeur thermique à eau du réseau 12 et est envoyée par des pompes à condensats. 13 au réchauffeur de condensats de gaz 14, puis envoyé au dégazeur 9 et de lui à KU.

Lorsque la charge thermique ne dépasse pas celle de base, la station fonctionne entièrement selon le programme de chauffage (ATEC = 1). Si la charge thermique dépasse la charge de base, la chaudière de pointe est activée. La quantité d'électricité nécessaire provient de sources de production externes via les réseaux électriques de la ville.

Cependant, des situations sont possibles lorsque le besoin en électricité dépasse le volume de son approvisionnement provenant de sources externes : lors des jours de gel avec une augmentation de la consommation électrique des appareils de chauffage domestique ; en cas d'accidents dans les installations de production et dans réseaux électriques. Dans de telles situations, la puissance des turbines à gaz dans l'approche traditionnelle est étroitement liée à la productivité de la chaudière de récupération de chaleur, qui à son tour est dictée par le besoin d'énergie thermique conformément à programme de chauffage et pourrait ne pas suffire à répondre à la demande croissante d’électricité.

Pour pallier le manque d'électricité qui en résulte, la turbine à gaz, en plus de la chaudière à chaleur résiduelle, se met en partie à évacuer les déchets de combustion directement dans l'atmosphère. Ainsi, la centrale de cogénération CCGT est temporairement transférée vers un mode mixte - avec des cycles vapeur-gaz et turbine à gaz.

On sait que les unités à turbine à gaz ont une grande maniabilité (vitesse de montée et de décharge Puissance électrique). Par conséquent, à l’époque soviétique, ils étaient censés être utilisés avec des stations de pompage-turbinage pour adoucir le régime d’alimentation électrique.

De plus, il convient de noter que la puissance qu'ils développent augmente avec la diminution de la température extérieure, et c'est à basse température pendant la période la plus froide de l'année que la consommation électrique maximale est observée. Ceci est indiqué dans le tableau.

Lorsque la puissance atteint plus de 60 % de la valeur calculée, les émissions de gaz nocifs NOx et CO sont minimes (Fig. 3).

Pendant la période d'interchauffage, afin d'éviter une réduction de puissance des turbines à gaz de plus de 40 %, l'une d'elles est éteinte.

Promotion efficacité énergétique La cogénération peut être réalisée grâce à un approvisionnement centralisé en refroidissement des quartiers urbains. À situations d'urgence A la CCGT CHPP, il est conseillé de construire des unités de turbines à gaz de faible puissance dans des bâtiments séparés.

Dans les zones urbaines denses des grandes villes, lors de la reconstruction des centrales thermiques existantes avec Turbines à vapeur, qui ont épuisé leur ressource, il convient de créer sur leur base des CCGT CHPP avec des turbines de type R. De ce fait, des zones importantes occupées par le système de refroidissement (tours de refroidissement, etc.) sont libérées, qui peuvent être utilisées pour. d'autres fins.

La comparaison des CHPP CCGT avec turbines à contre-pression (type P) et des CHPP CCGT avec turbines d'extraction de condensation (type T) permet de faire ce qui suit conclusions.

• 1. Dans les deux cas, le coefficient utilisation bénéfique le carburant dépend de la part de production d’électricité à la base consommation de chaleur dans le volume total de production.
• 2. Dans les centrales de cogénération CCGT équipées de turbines de type T, des pertes d'énergie thermique dans le circuit de refroidissement des condensats se produisent tout au long de l'année ; les plus grandes pertes - en période estivale, lorsque la quantité de consommation de chaleur n'est limitée que par l'approvisionnement en eau chaude.
• 3. Dans les centrales de cogénération CCGT équipées de turbines de type R, le rendement de la centrale ne diminue que sur une période de temps limitée, lorsqu'il est nécessaire de couvrir le manque d'alimentation électrique qui en résulte.
• 4. Les caractéristiques de maniabilité (taux de chargement et de délestage) des turbines à gaz sont plusieurs fois supérieures à celles des turbines à vapeur.

Ainsi, pour les conditions de construction des gares dans les centres grandes villes Les CHPP CCGT avec turbines à contre-pression (type P) sont supérieures aux CHPP à cycle combiné avec turbines d'extraction de condensation (type T) à tous égards. Leur placement nécessite une surface nettement plus petite, ils sont plus économiques en consommation de carburant et leur effets nuisibles sur environnement aussi moins.

Cependant, pour cela, il est nécessaire d'apporter les modifications appropriées à cadre réglementaire sur la conception de stations-service à cycle combiné.

Pratique dernières années montre que les investisseurs qui construisent des centrales de cogénération CCGT suburbaines dans des territoires assez libres donnent la priorité à la production d'électricité et la fourniture de chaleur est considérée par eux comme une activité secondaire. Cela s'explique par le fait que le rendement des stations, même en mode condensation, peut atteindre 60 %, et que la construction de conduites de chauffage nécessite des coûts supplémentaires et de nombreuses approbations de différentes structures. De ce fait, le coefficient de chauffage de l'ATPP peut être inférieur à 0,3.

Par conséquent, lors de la conception d'un CHPP CCGT, il n'est pas approprié que chaque station individuelle inclue solution technique valeur optimale ATEC. La tâche est de trouver la part optimale du chauffage dans le système d'approvisionnement en chaleur de toute la ville.

De nos jours, le concept développé à l'époque soviétique de construire de puissantes centrales thermiques dans des lieux de production de combustible, loin des grandes villes, est redevenu d'actualité. Ceci est dicté à la fois par une augmentation de la part de l'utilisation de combustibles locaux dans le complexe régional des combustibles et de l'énergie, et par la création de nouvelles conceptions de caloducs (pose d'air) avec une baisse presque négligeable du potentiel de température pendant le transport du liquide de refroidissement.

De telles centrales thermiques peuvent être créées soit sur la base d'un cycle de turbine à vapeur avec combustion directe de combustible local, soit d'un cycle de gaz à cycle combiné utilisant du gaz issu de centrales à gaz.

La centrale à cycle combiné CCGT est installation combinée, composé d'une unité de turbine à gaz, d'une chaudière à chaleur résiduelle (HRB) et d'une turbine à vapeur (ST). La mise en œuvre des cycles vapeur et gaz s'effectue dans des circuits séparés, c'est-à-dire en l'absence de contact entre les produits de combustion et le fluide de travail vapeur-liquide. L'interaction des fluides de travail s'effectue uniquement sous forme d'échange de chaleur dans des échangeurs de chaleur de type surfacique.

L'utilisation de centrales à cycle combiné au gaz constitue l'un des domaines possibles et prometteurs pour réduire les coûts des combustibles et de l'énergie.

CCGT combine thermodynamiquement avec succès les paramètres des turbines à gaz et des centrales à vapeur :

Des turbines à gaz fonctionnent dans la zone températures élevées Fluide de travail;

La puissance de la vapeur - est entraînée par les produits de combustion déjà épuisés quittant la turbine, c'est-à-dire agir en tant que recycleur et utiliser l’énergie résiduelle.

Efficacité de l'installation augmente en raison de la superstructure thermodynamique du cycle du gaz à haute température avec le cycle de la vapeur, ce qui réduit les pertes de chaleur avec les gaz d'échappement dans la turbine à gaz.

Ainsi, la CCGT peut être considérée comme la troisième étape d'amélioration des unités turbines. Les moteurs CCGT sont des moteurs prometteurs, car ils sont très économiques et nécessitent de faibles investissements en capital. Excellentes qualités les usines à cycle combiné ont déterminé les domaines de leur application. Les unités CCGT sont largement utilisées dans le secteur de l'énergie et dans d'autres domaines du complexe des combustibles et de l'énergie.

Retient large application Dans de telles installations, il manque un point de vue commun sur les orientations les plus rationnelles pour utiliser la chaleur des turbines à gaz.

Actuellement, un système CCGT prometteur destiné à être utilisé sur les principales turbines à gaz est également un système CCGT purement utilisation avec une superstructure à cycle complet, dans lequel le générateur de vapeur est chauffé uniquement par les gaz d'échappement de la turbine à gaz (Fig. 6.1).

Selon ce schéma, les produits de combustion d'une turbine à gaz après une turbine basse pression (LPT) pénètrent dans une chaudière à chaleur résiduelle (HRB) pour produire de la vapeur à haute pression. La vapeur résultante du HRSG entre dans une turbine à vapeur (ST), où, en se dilatant, elle effectue un travail utile qui alimente un générateur électrique ou un compresseur. La vapeur d'échappement après le PT entre dans le condenseur K, où elle est condensée puis renvoyée à la chaudière de récupération de chaleur par la pompe d'alimentation (PN). Le cycle thermodynamique d'une centrale à cycle combiné est illustré à la Fig. 6.2. Le cycle du gaz à haute température d'une installation à turbine à gaz commence par le processus de compression de l'air dans un compresseur axial : 1 → 2. Dans la chambre de combustion (ainsi que dans le régénérateur, s'il y en a un), la chaleur est fournie 2 → 3 ; les produits de combustion générés entrent dans la turbine à gaz, où, en se dilatant, ils travaillent, processus 3 → 4 ; et enfin, les gaz d'échappement cèdent leur chaleur dans la chaudière de récupération de chaleur, chauffant l'eau et la vapeur, 4 → 5. Résidu chaleur à basse température reste inutilisé et est rejeté dans l’environnement, 5 → 1.

Figure 6.1 - Schéma de principe d'une unité CCGT avec chaudière à récupération de chaleur

Figure 6.2 - Schéma du cycle d'une usine à cycle combiné en Coordonnées T-S

Le cycle vapeur-gaz est formé par une séquence de processus : 1" - 2" - 3" - 4" - 5" - 1" (Fig. 6.2). Classiquement, le cycle commence par le processus d'apport de chaleur de 1" à 2" dans l'économiseur. L'eau provenant du condenseur a basse températureégale à 39 °C (à une pression dans le condenseur P np = 0,007 MPa). Il est chauffé jusqu'à une température d'ébullition d'environ 170...210 °C, à une pression constante correspondant à la pression de fonctionnement de la chaudière de 0,8...2,0 MPa. 2" - 3" - le processus d'évaporation de l'eau dans l'évaporateur et de sa transformation en vapeur saturée. 3" – 4" – surchauffe de la vapeur dans le surchauffeur ; 4" – 5" – processus d'expansion de la vapeur dans turbine à vapeur avec le travail effectué et la perte de température ; 5" - 1" - la vapeur est condensée dans le condenseur K et l'eau résultante est à nouveau envoyée à la chaudière de récupération de chaleur KU. Le cycle est terminé.

La puissance de la turbine à vapeur (ST) elle-même dépend du transfert de chaleur réel, ou enthalpie, à travers la turbine à vapeur et du débit de vapeur. La consommation de vapeur et les paramètres de vapeur sont déterminés par le fonctionnement de la chaudière à chaleur résiduelle. Le diagramme schématique de la chaudière à chaleur résiduelle est présenté à la Fig. 6.3.

Une chaudière à chaleur résiduaire est une chaudière à vapeur avec circulation forcée, qui n'a pas son propre foyer et est chauffé par les gaz d'échappement de n'importe quelle centrale électrique.

Par conséquent, la chaleur perdue des gaz d'échappement des turbines à gaz, avec une température d'environ 400 °C, est tout à fait suffisante pour travail efficace usines de recyclage.

Le long de la chaudière, des échangeurs de chaleur sont installés séquentiellement : économiseur d'eau « E », évaporateur « I » et surchauffeur de vapeur « P ».

Un économiseur d'eau est un échangeur de chaleur dans lequel l'eau est chauffée par des gaz chauds à basse température (produits de combustion) avant d'être introduite dans le tambour de la chaudière (séparateur).

La vapeur est générée dans le train de roulement de la chaudière de la manière suivante. L'eau d'alimentation, préchauffée dans l'économiseur jusqu'au point d'ébullition par les gaz d'échappement, pénètre dans le tambour de la chaudière. La température des gaz chauds dans la partie arrière de la chaudière ne doit pas descendre en dessous de 120 °C*.

En mode génération de vapeur, l'eau circule dans l'évaporateur. Dans l'évaporateur, il y a une absorption intense de chaleur, à cause de laquelle une vaporisation se produit. Le processus de vaporisation dans l'évaporateur se produit au point d'ébullition de l'eau alimentaire, correspondant à une certaine pression de saturation.

Dans la liste des systèmes générateurs d'électricité et l'énérgie thermique sur entreprises modernes, sont répertoriés centrales électriques à cycle combiné. Ils sont combinés dans leur principe d'action et comprennent 2 étapes fondamentales :

1. combustion du carburant d'origine (gaz) et du fait de cette rotation de l'unité turbine à gaz ;
2. chauffage de l'eau dans la chaudière à chaleur résiduaire par les produits de combustion formés dans la première étape avec la formation de vapeur d'eau utilisée dans une turbine à vapeur qui active un générateur électrique de vapeur.

En raison de utilisation rationnelle la chaleur obtenue en brûlant du carburant, il est possible d'économiser du carburant, d'augmenter l'efficacité du système de 10 %, d'augmenter plusieurs fois l'efficacité de l'équipement et de réduire les coûts de 25 %.

Exploitation d'une centrale à cycle combiné devient possible grâce à l'utilisation comme source de carburant ou gaz naturel, ou des produits de l'industrie pétrolière (notamment le gazole). Il peut y avoir plusieurs configurations d'équipement, en fonction de sa puissance et de son application spécifique. De cette façon, les fabricants peuvent combiner les deux turbines sur un seul arbre, complétant cette combinaison par un générateur à deux entraînements. L'avantage d'un tel appareil est qu'il dispose de 2 modes de fonctionnement : un cycle gaz simple et un cycle combiné.

Malgré suffisamment appareil complexe, usine à cycle combiné gaz (CCGT) a très caractéristique importante, ce qui le distingue des autres systèmes de production d’électricité. Il s'agit de environ un taux d'efficacité record, s'élevant dans certains cas à plus de 60 %.

Avantages d'une centrale à cycle combiné

Principe de fonctionnement d'une centrale à cycle combiné a un caractère spécifique ; il, contrairement aux systèmes similaires, consomme moins de ressources (notamment de l'eau) pour chaque unité d'énergie obtenue avec son aide. Les experts du secteur notent également que les structures à cycle combiné gaz se démarquent :

• un plus grand degré de respect de l'environnement (réduction des émissions de gaz à effet de serre) ;
• dimensions compactes;
• vitesse comparative de construction (moins d’un an) ;
• moins de besoin en carburant.

Il est à noter que les constructeurs de CCGT ne s’arrêtent pas là. Moderne générateur à cycle combinéévolue beaucoup plus vite que Versions précédentes cette technique. Aujourd'hui, des conceptions sont activement développées qui fonctionnent avec des sources d'énergie renouvelables, des biocarburants : des déchets de l'industrie du bois et de l'agriculture.

Types de centrales à gaz à cycle combiné

Les systèmes vapeur-gaz peuvent être classés en fonction de leur conception et de leurs caractéristiques technologiques :

• selon le principe de fonctionnement : cogénération, avec déplacement de régénération, avec un générateur de vapeur basse pression, avec un générateur de vapeur haute pression, avec chaudières à chaleur résiduelle ;
• Sur la base du nombre d'unités de turbine à gaz, on distingue les systèmes avec 1, 2, 3 unités de turbine à gaz de base ;
• par type de consommable utilisé : gaz, combustible liquide, biomasse, etc. ;
• Selon la variété des circuits HRSG ou des chaudières à récupération de chaleur, on distingue les modules à simple, double et triple circuit.

De nombreux ingénieurs énergétiques affirment également qu’il est important de faire la distinction entre les systèmes qui diffèrent par leurs principes de fonctionnement. En particulier, il existe aujourd'hui générateur électrique à vapeur, dans lequel il y a une étape de surchauffe intermédiaire de la vapeur, et certaines modifications manquent de cette étape. Lors du choix d'une CCGT, il est important de prêter attention à ces caractéristiques des produits, car elles peuvent affecter la productivité et l'efficacité des centrales électriques dans leur ensemble.

Application des centrales à gaz à cycle combiné

Malgré le fait qu'en Occident, ils ont commencé depuis longtemps à utiliser les CCGT pour obtenir de l'électricité à un prix abordable, dans notre pays, ces technologies n'étaient pas demandées jusqu'à récemment. Et ce n’est que depuis les années 2000 que les entreprises industrielles russes ont développé un intérêt constant pour les systèmes à cycle combiné au gaz.

Selon les statistiques, plus de 30 grandes unités de puissance basées sur l'utilisation de technologies à cycle combiné ont commencé à fonctionner en différentes régions La Russie au cours des 10 dernières années. Cette tendance ne fera que s’intensifier à court et à long terme. long terme, puisque des résultats très révélateurs sont montrés centrales à gaz à cycle combiné, exploitation qui ne sont pas trop chers et le résultat dépasse toujours les attentes.

Les centrales électriques combinées peuvent être utilisées pour fournir de l’électricité à des entreprises industrielles et à des communautés entières.

Sur notre site Internet, vous trouverez des centrales à cycle combiné au gaz dont la qualité et la puissance ont déjà été testées dans les pays européens. Toutes les centrales à cycle combiné gaz présentées sur le site sont en bon état et sont équipées de travail stable pour l'industrie.

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6 x Neuf - 17,1 MW - HFO / DFO / générateur de gaz.
Prix ​​en euros : 6 980 000, - départ usine par pièce
Lors de l'achat des 6 générateurs, vous pouvez négocier le prix

L'efficacité électrique est de 47,2 %.
L'appareil peut fonctionner aussi bien avec du fioul lourd (HFO) qu'avec Gas-oil et du gaz.