Статья 3. БУТЭК. Принципы утилизации тепла газовых выхлопов с выработкой электроэнергии.

Одна из главных особенностей газотурбинных двигателей (ГТД) КС по сравнению с другими видами двигателей – высокая температура уходящих газов. В применяемых ГТД она составляет 400-600оС и зависит от степени сложности и параметров термодинамического цикла. Эта тепловая энергия является значительным энергоресурсосберегающим резервом отрасли. Выработку электроэнергии с использованием тепловой энергии можно производить различными способами, однако существенным ограничением является относительно низкая температура источника тепловой энергии – уходящих газов.

Парогазовый цикл ().
Температура уходящих газов может служить верхнем уровнем для паротурбинных установок (ПТУ) невысоких начальных параметров, в то время как нижний уровень для них определен параметрами наружного воздуха.
Наиболее простой вариант утилизации тепловой энергии газовыхлопов турбоприводов газонагнетателей КС может быть реализован путем внедрения в систему КС и ГПА паротурбинной теплоутилизационной надстройки, использующей теряемое тепло газовыхлопов для получения пара в котле-утилизаторе с последующим направлением пара в паровую турбину, вырабатывающую электрическую энергию для нужд КС или коммерческих целей (Рис.1). Это решение, (принятое определение , блочный утилизационный энергетический комплекс), является разновидностью парогазового (комбинированного) цикла энергетических установок, широко применяемого в мировой энергетике. К настоящему времени создан мощностной ряд оборудования предназначенный для широкого спектра КС различной мощности.
Рис. 1. Структурная схема включения

Перегретый пар поступает в паровую турбину (ПТ), служащую приводом электрогенератора. Отработанный пар после паровой турбины поступает в воздухоохлаждаемый конденсатор (ВОК) и конденсируется в нем, отдавая тепло окружающему воздуху. Конденсат из ВОК собирается в конденсатосборник- деаэратор (КД), имеющий деаэрационное устройство, удаляющее неконденсируемые газы.
Конденсат из КД забирается блоком конденсатно-питательных насосов (КПН) и подается в расположенный в КУ газовый подогреватель конденсата, где имеет место первая ступень подогрева. В таком режиме работы подогреватель низкого давления турбины (ПНД) может быть практически отключен от нерегулируемого отбора пара паровой турбиной. При работающем ПНД КПН может быть использован как сетевой подогреватель, т.е. для подогрева сетевой воды.
Между ГТД и котлом имеются шибер газовый (ШГ), позволяющий работать ГТД при отключенной паротурбинной части и облегчающий пусковые режимы.
Предложенная технологическая схема является простейшей без отдельного деаэратора схемой и во многом базируется на выборе специально спроектированной паровой турбины, работающей на воздухоохлаждаемый конденсатор со специальной деаэрирующей вставкой.
Все размещаемые установки являются установками блочного типа: одному ГТД соответствует один УК и одна ПТ.
Все оборудование производится Российскими предприятиями, имеется опыт эксплуатации комплекса на КС «Чаплыгин» (см. следующую главу).

Органический цикл Ранкина.
Существенным отличием органического цикла Ранкина от стандартного парогазового цикла является то, что вместо воды в нем используется органическое рабочее тело с благоприятными термодинамическими характеристиками. Это позволяет осуществлять эксплуатацию установок с использованием относительно низких температур. На геотермальных электростанциях установлено большое число установок с ОЦР; в настоящее время также используется несколько генераторов ОЦР, работающих на промышленном отбросном тепле.
Принцип работы и различные компоненты установки с ОЦР показаны на рис.2 Процесс ОЦР соединен с котлом с тепловым маслом через цикл теплового масла. В установке ОЦР применяется процесс с полностью замкнутым циклом, в котором в качестве рабочего тела используется кремниевое масло. Органическое рабочее тело под давлением испаряется, подвергается частичному перегреву тепловым маслом и затем расширяется в осевой турбине, которая непосредственно соединена с асинхронным генератором (см. Рис.3). Затем расширенное кремниевое масло перед поступлением в конденсатор пропускается через регенератор (где происходит внутрицикловая рекуперация тепла).

Рис 2. компоненты установки с ОЦР.

Обозначения: 1 = Регенератор, 2 = Конденсатор, 3 = Турбина, 4 = Электрогенератор, 5 = Циркуляционный насос, 6 = Подогреватель, 7 = Испаритель, 8 и 9 = Впуск и выпуск горячей воды, 10 и 11 = Впуск и выпуск теплового масла

Рис 3. Принцип работы установки с ОЦР

В испарителе (3) органическое рабочее тело (кремниевое масло) испаряется при подаче теплового масла (3-4). Пар рабочего тела испаряется (4-5) в двухступенчатой турбине с низкой скоростью вращения и после охлаждения в подогревателе (или регенераторе) (5-9) конденсируется в конденсаторе (6). Из конденсатора теплота конденсации может подаваться в сеть централизованного теплоснабжения. Процесс ОЦР завершается после повышения давления (1-2), подогрева ((2-8) и подачи органического рабочего тела в испаритель (8-3).
В связи с тем, что не требуется паровой котел, инвестиционные затраты и объем технического обслуживания котла значительно ниже по сравнению с паросиловой установкой со сравнимыми параметрами. Другим преимуществом по сравнению с паротурбинными установками обычного типа является возможность работы с частичной нагрузкой в диапазоне от 30% до 100% полной нагрузки. Генераторы с ОЦР мощностью от 300 до 1000 кВтэ, используемые на установках ТЭЦ, могут иметь КПД до 13% при температуре подаваемого теплового масла 300ºС. В оптимизированных процессах прогнозируется получение КПД до 17%. Такой КПД, который несколько превышает КПД паровой турбины, возможен благодаря использованию в этих применениях эффективных двухступенчатых турбин.
Недостатком технологии ОЦР является отсутствие производства оборудования в России, и, как следствие, относительно высокая стоимость оборудования (до 2000$/кВт) и возможные проблемы с техническим обслуживанием и сопровождением.

Еще записи на эту же тему:

Метки:


4 коммент. к “Статья 3. БУТЭК. Принципы утилизации тепла газовых выхлопов с выработкой электроэнергии.”

  • Аноним | 18 Февраль, 2009, 4:13

    Очень интересно! А есть примеры реализации? Параметры установки?

  • электроген | 5 Июнь, 2009, 21:02

    не слишком ли сложна конструкция?

  • admin | 7 Июнь, 2009, 1:16

    да не простая, а что поделаешь, зато выработка на шару

  • студент | 13 Январь, 2011, 23:40

    не поможете мне найти материал по Подогрев сетевой воды при помощи уходящих газов от ГТУ. Расчет газового подогревателя сетевой воды. ainur2202@rambler.ru

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.