กังหันก๊าซแตกต่างจากกังหันไอน้ำอย่างไร? กังหันไอน้ำและกังหันก๊าซ: วัตถุประสงค์ หลักการทำงาน การออกแบบ ลักษณะทางเทคนิค ลักษณะการทำงาน โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซราคาเท่าไหร่? ราคาเต็มเท่าไหร่คะ? มีอะไรให้บ้าง

ในข่าวเป็นระยะๆ เช่น ที่สถานีไฟฟ้าอำเภอดังกล่าว เป็นต้น เต็มวงการก่อสร้าง CCGT -400 MW กำลังดำเนินการ และที่ CHPP-2 อีกแห่ง การติดตั้ง GTP ถูกนำไปใช้งาน - MW จำนวนมาก เหตุการณ์ดังกล่าวถูกเขียนเกี่ยวกับพวกเขาเนื่องจากการรวมหน่วยที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพดังกล่าวไม่ได้เป็นเพียง "ขีด" ในการนำไปใช้ โปรแกรมของรัฐแต่ยังเพิ่มขึ้นอย่างแท้จริงในประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้า ระบบพลังงานระดับภูมิภาค และแม้แต่ระบบพลังงานแบบครบวงจร

แต่ฉันอยากจะแจ้งให้คุณทราบไม่เกี่ยวกับการดำเนินการตามโปรแกรมของรัฐหรือตัวบ่งชี้การคาดการณ์ แต่เกี่ยวกับ CCGT และ GTU ในสองเงื่อนไขนี้ ไม่เพียงแต่คนธรรมดาเท่านั้น แต่วิศวกรไฟฟ้ามือใหม่ยังอาจสับสนได้

มาเริ่มกันที่อันที่ง่ายกว่ากัน

GTU - โรงงานกังหันก๊าซ - เป็นกังหันก๊าซและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่รวมอยู่ในอาคารเดียว เป็นประโยชน์ในการติดตั้งที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน สิ่งนี้มีประสิทธิภาพ และการสร้าง CHP ใหม่จำนวนมากมุ่งเป้าไปที่การติดตั้งกังหันดังกล่าว

นี่คือวงจรที่ง่ายขึ้นของการทำงานของโรงงานระบายความร้อน:

ก๊าซ (เชื้อเพลิง) เข้าสู่หม้อไอน้ำซึ่งจะเผาไหม้และถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำซึ่งจะทำให้หม้อไอน้ำเป็นไอน้ำและเปลี่ยนกังหันไอน้ำ กังหันไอน้ำจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราได้รับกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และนำไอน้ำสำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรม (การให้ความร้อน การให้ความร้อน) จากกังหันหากจำเป็น

และในโรงงานกังหันก๊าซ ก๊าซจะเผาไหม้และเปลี่ยนกังหันก๊าซซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้า และก๊าซที่ส่งออกจะเปลี่ยนน้ำเป็นไอน้ำในหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง กล่าวคือ แก๊สมีประโยชน์สองประการ: ขั้นแรกให้เผาไหม้และหมุนกังหัน จากนั้นจึงทำให้น้ำในหม้อไอน้ำร้อนขึ้น

และหากโรงงานกังหันก๊าซมีรายละเอียดมากขึ้นก็จะมีลักษณะดังนี้:

วิดีโอนี้แสดงให้เห็นชัดเจนว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นในโรงงานกังหันก๊าซ

แต่จะยิ่งมีประโยชน์มากขึ้นไปอีกหากไอน้ำที่เป็นผลสำเร็จ - ใส่ลงในกังหันไอน้ำเพื่อให้เครื่องกำเนิดอื่นทำงานได้! จากนั้น GTU ของเราจะกลายเป็น STEAM-GAS UNIT (CCGT)

เป็นผลให้ PSU เป็นแนวคิดที่กว้างขึ้น หน่วยนี้เป็นหน่วยพลังงานอิสระที่ใช้เชื้อเพลิงครั้งเดียวและผลิตไฟฟ้าได้สองครั้ง: ในโรงงานกังหันก๊าซและในกังหันไอน้ำ รอบนี้มีประสิทธิภาพมากและมีประสิทธิภาพประมาณ 57%! นี่เป็นผลลัพธ์ที่ดีมาก ซึ่งช่วยให้คุณลดการใช้เชื้อเพลิงลงอย่างมากเพื่อให้ได้ไฟฟ้าเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง!

ในเบลารุส เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้า กังหันก๊าซถูกใช้เป็น "โครงสร้างพื้นฐาน" ของโครงการ CHP ที่มีอยู่ และ CCGT จะถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้าของรัฐในฐานะหน่วยพลังงานอิสระ กังหันก๊าซเหล่านี้ทำงานที่โรงไฟฟ้า ไม่เพียงแต่เพิ่ม "ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่คาดการณ์" เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงการจัดการรุ่น เนื่องจากมีความคล่องตัวสูง: ความเร็วในการเริ่มต้นและการเพิ่มกำลัง

นั่นเป็นวิธีที่กังหันก๊าซเหล่านี้มีประโยชน์!

Gritsyna V.P.

เนื่องด้วยอัตราค่าไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหลายเท่าในรัสเซีย องค์กรหลายแห่งกำลังพิจารณาที่จะสร้างโรงไฟฟ้าความจุต่ำของตนเอง ในหลายภูมิภาค มีการพัฒนาโปรแกรมสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดเล็กหรือขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อทดแทนโรงต้มน้ำที่ล้าสมัย ที่โรงงาน CHP ขนาดเล็กแห่งใหม่ที่มีอัตราการใช้เชื้อเพลิงสูงถึง 90% โดยใช้ตัวถังในการผลิตและเพื่อให้ความร้อนอย่างเต็มที่ ค่าไฟฟ้าที่ได้รับอาจต่ำกว่าค่าไฟฟ้าที่ได้รับจากโครงข่ายไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ

เมื่อพิจารณาโครงการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดเล็ก วิศวกรไฟฟ้าและผู้เชี่ยวชาญขององค์กรจะได้รับคำแนะนำจากตัวชี้วัดที่ประสบความสำเร็จในอุตสาหกรรมพลังงานขนาดใหญ่ การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของกังหันก๊าซ (GTUs) สำหรับใช้ในการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 36% ขึ้นไป และการใช้วงจรก๊าซไอน้ำร่วม (CCGT) ได้เพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของ TPP ถึง 54% -57%
อย่างไรก็ตาม ในอุตสาหกรรมพลังงานขนาดเล็ก ไม่เหมาะสมที่จะพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของการใช้แผนงานที่ซับซ้อนของวงจรรวมของ CCGT สำหรับการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้ กังหันก๊าซ เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊ส ในฐานะที่เป็นไดรฟ์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะสูญเสียประสิทธิภาพและสมรรถนะอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่พลังงานต่ำ (น้อยกว่า 10 เมกะวัตต์) เนื่องจากในประเทศของเรายังไม่มีการใช้กังหันแก๊สหรือเครื่องยนต์ลูกสูบก๊าซอย่างแพร่หลายในการผลิตไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ขนาดเล็ก การเลือกวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคเฉพาะจึงเป็นปัญหาสำคัญ
ปัญหานี้ยังเกี่ยวข้องกับพลังงานขนาดใหญ่เช่น สำหรับระบบไฟฟ้า ในยุคปัจจุบัน ภาวะเศรษฐกิจในกรณีที่ไม่มีเงินทุนสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ในโครงการที่ล้าสมัยซึ่งสามารถนำมาประกอบกับโครงการภายในประเทศของ CCGT 325 MW ที่ออกแบบเมื่อ 5 ปีที่แล้ว ระบบพลังงานและ RAO UES ของรัสเซียควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการพัฒนาการผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งมีอุปกรณ์อำนวยความสะดวกที่สามารถทดสอบเทคโนโลยีใหม่ๆ ได้ ซึ่งจะทำให้สามารถเริ่มต้นการฟื้นฟูของโรงสร้างกังหันและเครื่องจักรในประเทศได้ และ ต่อมาเปลี่ยนเป็นความจุขนาดใหญ่
ในทศวรรษที่ผ่านมา มีการสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเครื่องยนต์ดีเซลหรือแก๊สขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิต 100-200 เมกะวัตต์ในต่างประเทศ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าดีเซลหรือเครื่องยนต์ก๊าซ (DTPP) ถึง 47% ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพของกังหันก๊าซ (36%-37%) แต่ด้อยกว่าประสิทธิภาพของ CCGT (51%-57%) โรงไฟฟ้า CCGT ประกอบด้วยอุปกรณ์หลากหลายประเภท: กังหันก๊าซ หม้อต้มไอน้ำใช้ความร้อนเหลือทิ้ง กังหันไอน้ำ คอนเดนเซอร์ ระบบบำบัดน้ำ (บวกคอมเพรสเซอร์เพิ่มแรงดันหากก๊าซธรรมชาติแรงดันต่ำหรือปานกลางถูกเผาไหม้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลสามารถทำงานได้ สำหรับเชื้อเพลิงหนักซึ่งมีราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงเทอร์ไบน์แก๊สถึง 2 เท่า และสามารถทำงานกับแก๊สแรงดันต่ำโดยไม่ต้องใช้บูสเตอร์คอมเพรสเซอร์ ตามข้อมูลของ S.E.M.T. PIELSTICK ค่าใช้จ่ายรวมกว่า 15 ปีสำหรับการทำงานของหน่วยพลังงานดีเซลที่มีกำลังการผลิต 20 เมกะวัตต์น้อยกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนกังหันก๊าซที่มีกำลังการผลิตเท่ากันเมื่อใช้ เชื้อเพลิงเหลวทั้งโรงไฟฟ้า
สัญญา ผู้ผลิตรัสเซียหน่วยพลังงานดีเซลสูงถึง 22 MW คือ Bryansk โรงงานสร้างเครื่องจักรซึ่งนำเสนอหน่วยกำลังของลูกค้าที่เพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดถึง 50% สำหรับการใช้งาน ทั้งบนเชื้อเพลิงหนักที่มีความหนืดสูงถึง 700 cSt ที่ 50 C และปริมาณกำมะถันสูงถึง 5% และสำหรับการทำงานกับเชื้อเพลิงก๊าซ
ตัวเลือกของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนดีเซลขนาดใหญ่อาจดีกว่าโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ
ในการผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีความจุต่อหน่วยน้อยกว่า 10 เมกะวัตต์ ข้อดีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลที่ทันสมัยยิ่งเด่นชัดยิ่งขึ้น
ให้เราพิจารณาโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามรุ่นที่มีโรงงานกังหันก๊าซและเครื่องยนต์ลูกสูบก๊าซ

ปัจจัยการใช้เชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้าสองทางเลือกแรก (ที่มีประสิทธิภาพไฟฟ้าต่างกัน) เนื่องจากการจ่ายความร้อนสามารถเข้าถึง 80% -94% ทั้งในกรณีของกังหันก๊าซและสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์
ความสามารถในการทำกำไรของโรงไฟฟ้าทุกรุ่นขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของ "ขั้นตอนแรก" - การขับเคลื่อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ผู้ที่ชื่นชอบการใช้กังหันก๊าซขนาดเล็กกำลังรณรงค์ให้มีการใช้อย่างแพร่หลาย โดยสังเกตจากความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ใน [1] มีรายงานว่า Elliot Energy Systems (ในปี 2541-2542) กำลังสร้างเครือข่ายการจัดจำหน่าย 240 ผู้จัดจำหน่ายในอเมริกาเหนือ โดยให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมและบริการสำหรับการขายกังหันก๊าซ "ไมโคร" ระบบไฟฟ้าได้สั่งให้กังหันขนาด 45 กิโลวัตต์พร้อมสำหรับการส่งมอบในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2541 นอกจากนี้ยังระบุด้วยว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของกังหันสูงถึง 17% และตั้งข้อสังเกตว่ากังหันก๊าซมีความน่าเชื่อถือมากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล
คำสั่งนี้ตรงกันข้าม!
ถ้าคุณดูที่ตาราง 1. จากนั้นเราจะเห็นว่าในช่วงกว้างจากหลายร้อยกิโลวัตต์ถึงสิบเมกะวัตต์ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไดรฟ์สูงขึ้น 13% -17% ทรัพยากรที่ระบุของมอเตอร์ไดรฟ์ของ บริษัท "Vyartsilya" หมายถึงทรัพยากรที่รับประกันจนกว่าจะมีการยกเครื่องใหม่ทั้งหมด ทรัพยากรของกังหันก๊าซใหม่เป็นทรัพยากรที่คำนวณได้ ซึ่งยืนยันโดยการทดสอบ แต่ไม่ใช่โดยสถิติการทำงานในการใช้งานจริง แหล่งอ้างอิงหลายแห่งระบุว่าทรัพยากรของกังหันก๊าซอยู่ที่ 30-60,000 ชั่วโมงโดยลดลงเมื่อพลังงานลดลง ทรัพยากรของเครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตในต่างประเทศคือ 40-100,000 ชั่วโมงหรือมากกว่า

ตารางที่ 1
พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของไดรฟ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
โรงไฟฟ้า G-gas-turbine, โรงไฟฟ้า D-gas-piston ของ Vyartsilya
D - ดีเซลจากแคตตาล็อก Gazprom
* ค่าต่ำสุดของความดันที่ต้องการของก๊าซเชื้อเพลิง = 48 ATA!!
ลักษณะการทำงาน
ประสิทธิภาพไฟฟ้า (และกำลัง)ตามข้อมูลของ Värtsilä เมื่อโหลดลดลงจาก 100% เป็น 50% ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์แก๊สจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย
ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์แก๊สแทบไม่เปลี่ยนแปลงถึง 25 องศาเซลเซียส
พลังของกังหันก๊าซลดลงอย่างสม่ำเสมอตั้งแต่ -30°C ถึง +30°C
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 40 °C การลดลงของกำลังกังหันก๊าซ (จากค่าปกติ) คือ 20%
เวลาเริ่มต้นเครื่องยนต์แก๊ส โหลด 0 ถึง 100% น้อยกว่า 1 นาที และฉุกเฉินใน 20 วินาที ใช้เวลาประมาณ 9 นาทีในการสตาร์ทกังหันก๊าซ
แรงดันแก๊สสำหรับกังหันก๊าซควรเป็น 16-20 บาร์
แรงดันแก๊สในเครือข่ายสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊สสามารถเป็น 4 บาร์ (abs) และแม้แต่ 1.15 บาร์สำหรับเครื่องยนต์ 175 SG
รายจ่ายลงทุนที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึ่งมีกำลังการผลิตประมาณ 1 เมกะวัตต์ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญของวาร์ทซิลาระบุว่า โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนดังกล่าวมีมูลค่า 1,400 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์ สำหรับโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ และ 900 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์สำหรับโรงไฟฟ้าลูกสูบก๊าซ

การประยุกต์ใช้วงจรรวมที่ CHPP ขนาดเล็กโดยการติดตั้งกังหันไอน้ำเพิ่มเติมนั้นไม่สามารถทำได้เนื่องจากจะเพิ่มจำนวนอุปกรณ์ระบายความร้อนและเครื่องจักรกลเป็นสองเท่าพื้นที่ของห้องโถงกังหันและจำนวนเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาที่มีกำลังเพิ่มขึ้นเพียง 1.5 เท่า
ด้วยกำลังการผลิต CCGT ที่ลดลงจาก 325 MW เป็น 22 MW ตามข้อมูลของโรงงาน NPP "Mashproekt" (ยูเครน, Nikolaev) ประสิทธิภาพด้านหน้าของโรงไฟฟ้าลดลงจาก 51.5% เป็น 43.6%
ประสิทธิภาพของหน่วยพลังงานดีเซล (ใช้เชื้อเพลิงก๊าซ) ที่มีกำลังการผลิต 20-10 เมกะวัตต์คือ 43.3% ควรสังเกตว่าในฤดูร้อนที่ CHPP พร้อมหน่วยดีเซลสามารถจัดหาน้ำร้อนจากระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์
การคำนวณความสามารถในการแข่งขันของโรงไฟฟ้าโดยใช้เครื่องยนต์แก๊สพบว่าค่าไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก (1-1.5 MW) อยู่ที่ประมาณ 4.5 เซ็นต์ / kWh) และโรงไฟฟ้าพลังก๊าซขนาดใหญ่ 32-40 MW 3, 8 US เซ็นต์/kWh
ตามวิธีการคำนวณที่คล้ายคลึงกัน ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบควบแน่นมีราคาประมาณ 5.5 เซนต์สหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง และถ่านหิน IES ประมาณ 5.9 เซ็นต์ สหรัฐอเมริกา/กิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อเทียบกับ CPP ที่ใช้ถ่านหินแล้ว โรงงานที่มีเครื่องยนต์แก๊สจะผลิตไฟฟ้าได้ถูกกว่า 30%
ค่าใช้จ่ายของไฟฟ้าที่ผลิตโดยไมโครเทอร์ไบน์ตามแหล่งอื่น ๆ อยู่ที่ประมาณ 0.06 ถึง 0.10 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง
ราคาที่คาดหวังสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันก๊าซ (US) ขนาด 75 กิโลวัตต์ (US) ที่สมบูรณ์คือ 40,000 เหรียญสหรัฐ ซึ่งสอดคล้องกับต้นทุนต่อหน่วยสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ (มากกว่า 1,000 กิโลวัตต์) ข้อได้เปรียบที่สำคัญของหน่วยพลังงานที่มีกังหันก๊าซคือมีขนาดเล็กลง โดยมีน้ำหนักน้อยกว่า 3 เท่า
โปรดทราบว่าต้นทุนต่อหน่วยของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การผลิตของรัสเซียบนพื้นฐานของเครื่องยนต์ของรถยนต์ที่มีกำลัง 50-150 กิโลวัตต์ อาจน้อยกว่า turboblocks (USA) ที่กล่าวถึงหลายเท่า เนื่องจากการผลิตเครื่องยนต์แบบต่อเนื่องและต้นทุนวัสดุที่ต่ำลง
นี่คือความคิดเห็นของผู้เชี่ยวชาญชาวเดนมาร์กที่ประเมินประสบการณ์ของพวกเขาในการดำเนินการโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก
"การลงทุนในโรงไฟฟ้า CHP แบบใช้ก๊าซธรรมชาติแบบครบวงจรที่ก่อสร้างแล้วเสร็จ โดยมีกำลังการผลิต 0.5-40 เมกะวัตต์ คือ 6.5-4.5 ล้านโครนเดนมาร์กต่อเมกะวัตต์ (1 โครนประมาณเท่ากับ 1 รูเบิลโดยประมาณในฤดูร้อนปี 2541) โรงงาน CHP ที่มีวงจรรวมต่ำกว่า 50 เมกะวัตต์ จะได้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า 40-44%
ค่าดำเนินการสำหรับน้ำมันหล่อลื่น การซ่อมบำรุงและการบำรุงรักษาบุคลากรที่ CHPP ถึง 0.02 kroons ต่อ 1 kWh ที่ผลิตได้ที่ กังหันก๊าซ. ที่โรงงาน CHP ที่มีเครื่องยนต์แก๊ส ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานอยู่ที่ประมาณ 0.06 ดาต้า kroons ต่อ 1 kWh ที่ราคาไฟฟ้าปัจจุบันในเดนมาร์ก ประสิทธิภาพสูงเครื่องยนต์แก๊สช่วยชดเชยต้นทุนการดำเนินงานที่สูงขึ้น
ผู้เชี่ยวชาญชาวเดนมาร์กเชื่อว่าโรงงาน CHP ส่วนใหญ่ที่มีกำลังผลิตต่ำกว่า 10 เมกะวัตต์จะได้รับการติดตั้งเครื่องยนต์แก๊สในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า"

การค้นพบ
การประมาณการข้างต้นดูเหมือนจะแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงข้อดีของมอเตอร์ไดรฟ์ที่โรงไฟฟ้าพลังงานต่ำ
อย่างไรก็ตามในปัจจุบันกำลังของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยก๊าซธรรมชาติของรัสเซียที่เสนอให้นั้นไม่เกิน 800 กิโลวัตต์ - 1,500 กิโลวัตต์ (โรงงาน RUMO, โรงงานผลิตเครื่องจักร N-Novgorod และ Kolomna) และโรงงานหลายแห่งสามารถเสนอไดรฟ์เทอร์โบของ พลังงานที่สูงขึ้น
โรงงานสองแห่งในรัสเซีย: โรงงาน im Klimov (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) และ Perm Motors พร้อมที่จะจัดหาหน่วยพลังงานที่สมบูรณ์ของ mini-CHP พร้อมหม้อไอน้ำความร้อนเหลือทิ้ง
ในกรณีของการจัดศูนย์บริการระดับภูมิภาค ปัญหาของการบำรุงรักษาและการซ่อมแซมกังหันกังหันขนาดเล็กสามารถแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนกังหันด้วยเครื่องสำรองภายใน 2-4 ชั่วโมงและการซ่อมแซมเพิ่มเติมในสภาพโรงงานของศูนย์เทคนิค

ประสิทธิภาพของกังหันก๊าซในปัจจุบันสามารถเพิ่มขึ้น 20-30%โดยการฉีดพลังไอน้ำเข้าไปในเทอร์ไบน์ก๊าซ (วัฏจักร STIG หรือวัฏจักรไอน้ำในกังหันเดียว) โซลูชันทางเทคนิคนี้ได้รับการทดสอบในการทดสอบภาคสนามอย่างเต็มรูปแบบในปีที่แล้ว โรงไฟฟ้า"Vodoley" ใน Nikolaev (ยูเครน) NPP "Mashproekt" และ PA "Zarya" ซึ่งอนุญาตให้เพิ่มความจุของหน่วยกังหันจาก 16 เป็น 25 MW และประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นจาก 32.8% เป็น 41.8%
ไม่มีอะไรขัดขวางเราจากการถ่ายโอนประสบการณ์นี้ไปสู่ความจุที่น้อยลง ดังนั้นจึงนำ CCGT ไปใช้ในการจัดส่งแบบอนุกรม ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเทียบกับของเครื่องยนต์ดีเซล และกำลังเฉพาะเพิ่มขึ้นมากจน รายจ่ายลงทุนสามารถต่ำกว่าในโรงงาน CHP ที่ขับเคลื่อนด้วยแก๊สได้ถึง 50% ซึ่งน่าสนใจมาก

การตรวจสอบนี้ดำเนินการเพื่อแสดงให้เห็นว่าเมื่อพิจารณาทางเลือกสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าในรัสเซียและยิ่งกว่านั้นแนวทางในการสร้างโปรแกรมสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้าก็เป็นสิ่งจำเป็นที่จะไม่พิจารณา ตัวเลือกส่วนบุคคลที่สามารถนำเสนอได้ องค์กรออกแบบแต่หลากหลายประเด็นโดยคำนึงถึงความสามารถและความสนใจของผู้ผลิตอุปกรณ์ในประเทศและระดับภูมิภาค

วรรณกรรม

1. Power Value, Vol.2, No.4, July/August 1998, USA, Ventura, CA.
ตลาดกังหันขนาดเล็ก
Stan Price, สภาประสิทธิภาพพลังงานตะวันตกเฉียงเหนือ, ซีแอตเทิล, วอชิงตันและพอร์ตแลนด์, โอเรกอน
2. ทิศทางใหม่ของการผลิตพลังงานในฟินแลนด์
อัสโก วูริเน็น, รศ. เทคโนโลยี Sciences, Vartsila NSD Corporation JSC, "ENERGETIK" -11.1997. หน้า 22
3. เครื่องทำความร้อนตำบล. การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีในประเทศเดนมาร์ก กระทรวงพลังงาน. การบริหารพลังงาน พ.ศ. 2536
4. โรงไฟฟ้าดีเซล ส.ม.ท. เพลสติค. POWERTEK 2000 หนังสือชี้ชวนนิทรรศการ 14-17 มีนาคม 2543
5. โรงไฟฟ้าและหน่วยไฟฟ้าที่แนะนำให้ใช้ในโรงงานของ OAO GAZPROM แคตตาล็อก มอสโก 1999
6. ดีเซล สถานีไฟฟ้า. โอกาสของ OAO "โรงงานสร้างเครื่องจักรไบรอันสค์" 1999 แผ่นพับนิทรรศการ POWERTEK 2000/
7. NK-900E โรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบแยกส่วน OJSC Samara Scientific and Technical Complex ตั้งชื่อตาม V.I. น.ด. คุซเนตโซว่า แผ่นพับนิทรรศการ POWERTEK 2000

กังหันคืออุปกรณ์หมุนใดๆ ที่ใช้พลังงานของของไหลทำงาน (ของเหลว) เคลื่อนที่เพื่อผลิตงาน ของเหลวเทอร์ไบน์โดยทั่วไป ได้แก่ ลม น้ำ ไอน้ำ และฮีเลียม กังหันลมและโรงไฟฟ้าพลังน้ำใช้กังหันมานานหลายทศวรรษเพื่อเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและผลิตพลังงานสำหรับอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย กังหันธรรมดาเป็นที่รู้กันมานานแล้วว่ากังหันตัวแรกปรากฏในกรีกโบราณ

อย่างไรก็ตาม ในประวัติศาสตร์ของการผลิตไฟฟ้า กังหันก๊าซเองก็ปรากฏตัวขึ้นเมื่อไม่นานนี้เอง กังหันก๊าซเชิงปฏิบัติเครื่องแรกเริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าในเมือง Neuchatel ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ในปี 1939 ได้รับการพัฒนาโดย บริษัท Brown Boveri กังหันก๊าซเครื่องแรกที่ให้พลังงานแก่เครื่องบินก็วิ่งในปี 1939 ในเยอรมนี โดยใช้กังหันก๊าซที่ออกแบบโดย Hans P. von Ohain ในอังกฤษในช่วงทศวรรษที่ 1930 การประดิษฐ์และการออกแบบกังหันก๊าซโดย Frank Whittle นำไปสู่การทำการบินด้วยกังหันครั้งแรกในปี 1941

รูปที่ 1 แผนผังของกังหันเครื่องบิน (a) และกังหันก๊าซสำหรับใช้ภาคพื้นดิน (b)

คำว่า "กังหันก๊าซ" นั้นทำให้เข้าใจผิดได้ง่าย เพราะสำหรับหลายๆ คน มันหมายถึงเครื่องยนต์กังหันที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง อันที่จริง กังหันก๊าซ (แสดงแผนผังในรูปที่ 1) มีคอมเพรสเซอร์ที่จ่ายและบีบอัดก๊าซ (โดยปกติคืออากาศ) ห้องเผาไหม้ ซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงทำให้ก๊าซอัดและกังหันร้อนขึ้น ซึ่งดึงพลังงานจากการไหลของก๊าซที่ร้อนและบีบอัด พลังงานนี้เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับคอมเพรสเซอร์และยังคงไว้สำหรับการใช้งานที่มีประโยชน์ กังหันก๊าซเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ที่ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องเพื่อผลิตงานที่มีประโยชน์ ในเรื่องนี้ เทอร์ไบน์แตกต่างจากคาร์บูเรเตอร์หรือเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซล ซึ่งกระบวนการเผาไหม้ไม่สม่ำเสมอ

นับตั้งแต่การใช้กังหันก๊าซเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2482 ในอุตสาหกรรมพลังงานและการบิน จึงมีการใช้ชื่อต่างๆ กันสำหรับการบินและกังหันก๊าซบนบก กังหันก๊าซสำหรับการบินเรียกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทหรือเครื่องยนต์ไอพ่น และกังหันก๊าซอื่นๆ เรียกว่าเครื่องยนต์กังหันก๊าซ ที่ ภาษาอังกฤษมีชื่อมากขึ้นสำหรับเครื่องยนต์ที่คล้ายคลึงกันโดยทั่วไปเหล่านี้

การใช้กังหันก๊าซ

ในเครื่องบินเทอร์โบเจ็ท พลังงานจากกังหันจะขับคอมเพรสเซอร์ที่ดึงอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์ ก๊าซร้อนที่ออกจากกังหันจะถูกขับออกสู่บรรยากาศผ่านหัวฉีดไอเสียซึ่งทำให้เกิดแรงขับ ในรูป 1a แสดงไดอะแกรมของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

รูปที่ 2 การแสดงแผนผังของเครื่องยนต์ turbojet ของเครื่องบิน

เครื่องยนต์ turbojet ทั่วไปจะแสดงในรูปที่ 2. เครื่องยนต์ดังกล่าวสร้างแรงขับจาก 45 กก. ถึง 45,000 กก. โดยมีน้ำหนักตาย 13 กก. ถึง 9,000 กก. เครื่องยนต์ที่เล็กที่สุดขับเคลื่อน ขีปนาวุธล่องเรือที่ใหญ่ที่สุดคือเครื่องบินขนาดใหญ่ กังหันก๊าซในรูปที่ 2 เป็นเครื่องยนต์ turbofan ที่มีคอมเพรสเซอร์ขนาดใหญ่ แรงขับถูกสร้างขึ้นทั้งโดยอากาศที่คอมเพรสเซอร์ดูดเข้าไปและอากาศที่ไหลผ่านตัวกังหันเอง เครื่องยนต์มีขนาดใหญ่และสามารถสร้างแรงขับสูงที่ความเร็วเครื่องที่ต่ำ ทำให้เหมาะที่สุดสำหรับเครื่องบินพาณิชย์ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทไม่มีพัดลมและสร้างแรงขับด้วยอากาศที่ไหลผ่านท่อก๊าซอย่างสมบูรณ์ เครื่องยนต์ Turbojet มีขนาดเล็กและให้แรงขับสูงสุดที่ ความเร็วสูงทำให้เหมาะสมที่สุดสำหรับใช้กับเครื่องบินรบ

ในกังหันก๊าซที่ไม่ใช่สำหรับการบิน พลังงานส่วนหนึ่งจากกังหันถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ พลังงานที่เหลือ - "พลังงานที่มีประโยชน์" จะถูกลบออกจากเพลากังหันที่อุปกรณ์ใช้พลังงาน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือใบพัดของเรือ

กังหันก๊าซทั่วไปบนบกแสดงในรูปที่ 3. การติดตั้งดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้ตั้งแต่ 0.05 เมกะวัตต์ ถึง 240 เมกะวัตต์ การตั้งค่าที่แสดงในรูปที่ 3 เป็นกังหันก๊าซที่ได้มาจากเครื่องบินแต่เบากว่า หน่วยที่หนักกว่าได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานภาคพื้นดินและเรียกว่ากังหันอุตสาหกรรม แม้ว่าเทอร์ไบน์ที่ได้จากเครื่องบินจะถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักมากขึ้น แต่ก็ยังมักใช้เป็นคอมเพรสเซอร์สำหรับสูบน้ำ ก๊าซธรรมชาติ, เรือส่งกำลัง และใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติมสำหรับช่วงที่มีภาระงานสูงสุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันก๊าซสามารถเปิดเครื่องได้อย่างรวดเร็ว โดยจ่ายพลังงานเมื่อจำเป็นที่สุด

รูปที่ 3 กังหันก๊าซแบบขั้นตอนเดียวบนบกที่ง่ายที่สุด ตัวอย่างเช่นในด้านพลังงาน 1 - คอมเพรสเซอร์ 2 - ห้องเผาไหม้ 3 - กังหัน

ที่สุด ประโยชน์ที่สำคัญกังหันก๊าซคือ:

1. สามารถผลิตพลังงานได้มากด้วยขนาดและน้ำหนักที่ค่อนข้างเล็ก
2. กังหันก๊าซทำงานในโหมดการหมุนคงที่ ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ลูกสูบที่ทำงานด้วยโหลดที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้นกังหันจึงมีอายุการใช้งานยาวนานและต้องการการบำรุงรักษาค่อนข้างน้อย
3. แม้ว่ากังหันก๊าซจะเริ่มใช้อุปกรณ์เสริม เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าหรือกังหันก๊าซอื่น การเริ่มต้นใช้เวลาไม่กี่นาที สำหรับการเปรียบเทียบ เวลาเริ่มต้นของกังหันไอน้ำจะวัดเป็นชั่วโมง
4. กังหันก๊าซสามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลาย กังหันบนบกขนาดใหญ่มักใช้ก๊าซธรรมชาติ ในขณะที่กังหันสำหรับเครื่องบินมักใช้น้ำมันกลั่นแบบเบา (น้ำมันก๊าด) เชื้อเพลิงดีเซลหรือน้ำมันเชื้อเพลิงที่ผ่านการบำบัดพิเศษก็สามารถใช้ได้เช่นกัน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ก๊าซที่ติดไฟได้จากกระบวนการไพโรไลซิส การแปรสภาพเป็นแก๊สและการกลั่นน้ำมัน ตลอดจนก๊าซชีวภาพ
5. โดยทั่วไปแล้ว กังหันก๊าซจะใช้อากาศในบรรยากาศเป็นสารทำงาน เมื่อผลิตไฟฟ้า กังหันก๊าซไม่ต้องการสารหล่อเย็น (เช่น น้ำ)

ในอดีต ข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่งของกังหันก๊าซคือประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่นๆ หรือกังหันไอน้ำในโรงไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา การปรับปรุงการออกแบบได้เพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนจาก 18% ในปี 1939 บนกังหันก๊าซ Neuchatel เป็นประสิทธิภาพในปัจจุบันที่ 40% ในการใช้งานรอบอย่างง่าย และประมาณ 55% ในวงจรรวม (เพิ่มเติมจากด้านล่าง) . ในอนาคตประสิทธิภาพของกังหันก๊าซจะเพิ่มขึ้นอีก โดยคาดว่าประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเป็น 45-47% ในรอบอย่างง่าย และสูงถึง 60% ในรอบรวม ประสิทธิภาพที่คาดหวังเหล่านี้สูงกว่าเครื่องยนต์ทั่วไปอื่นๆ เช่น กังหันไอน้ำอย่างมาก

วัฏจักรกังหันก๊าซ

แผนภาพลำดับแสดงให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่ออากาศเข้า ผ่านเส้นทางก๊าซ และออกจากกังหันก๊าซ โดยปกติ ไซโคลแกรมจะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรอากาศและความดันของระบบ ในรูป 4a แสดงวัฏจักร Brayton ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของอากาศที่มีปริมาตรคงที่ที่ไหลผ่านกังหันแก๊สระหว่างการทำงาน พื้นที่สำคัญของไซโคลแกรมนี้ยังแสดงอยู่ในแผนผังของกังหันก๊าซในรูปที่ 4b.

รูปที่ 4a แผนภาพวงจร Brayton ในพิกัด P-V สำหรับของไหลทำงาน แสดงการไหลของงาน (W) และความร้อน (Q)

รูปที่ 4b. ภาพประกอบแผนผังของกังหันก๊าซแสดงจุดจากแผนภาพวงจร Brayton

อากาศถูกบีบอัดจากจุดที่ 1 ถึงจุดที่ 2 ความดันของก๊าซเพิ่มขึ้นในขณะที่ปริมาตรของก๊าซลดลง อากาศจะถูกทำให้ร้อนที่ความดันคงที่จากจุดที่ 2 ไปยังจุดที่ 3 ความร้อนนี้เกิดจากการนำเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้และเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง

อากาศอัดร้อนจากจุดที่ 3 เริ่มขยายตัวระหว่างจุดที่ 3 และ 4 ความดันและอุณหภูมิในช่วงเวลานี้ลดลง และปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้น ในเครื่องยนต์ตามรูป 4b แทนด้วยการไหลของก๊าซจากจุดที่ 3 ผ่านกังหันไปยังจุดที่ 4 ซึ่งจะสร้างพลังงานที่สามารถนำมาใช้ได้ ในรูป 1a การไหลถูกนำจากจุดที่ 3" ไปยังจุดที่ 4 ผ่านหัวฉีดทางออกและสร้างแรงขับ "งานที่มีประโยชน์" ในรูปที่ 4a แสดงโดยเส้นโค้ง 3'-4 นี่คือพลังงานที่สามารถขับเคลื่อนเพลาขับของ a กังหันกราวด์หรือสร้างแรงขับสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน วัฏจักร Brighton สิ้นสุดในรูปที่ 4 ด้วยกระบวนการที่ปริมาตรและอุณหภูมิของอากาศลดลงเมื่อความร้อนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

รูปที่ 5. ระบบวงปิด

กังหันก๊าซส่วนใหญ่ทำงานในโหมดวงจรเปิด ในวงจรเปิด อากาศจะถูกนำออกจากบรรยากาศ (จุดที่ 1 ในรูปที่ 4a และ 4b) และขับกลับเข้าสู่บรรยากาศที่จุดที่ 4 ดังนั้นก๊าซร้อนจะถูกระบายความร้อนในบรรยากาศหลังจากที่ถูกขับออกจากเครื่องยนต์ ในกังหันก๊าซที่ทำงานในวงจรปิด สารทำงาน (ของเหลวหรือก๊าซ) ถูกใช้อย่างต่อเนื่องเพื่อทำให้ก๊าซไอเสียเย็นลง (ที่จุดที่ 4) ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (แสดงตามแผนผังในรูปที่ 5) และถูกส่งไปยังทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ . เนื่องจากมีการใช้ปริมาตรปิดที่มีปริมาณก๊าซจำกัด กังหันวงจรปิดจึงไม่ใช่เครื่องยนต์สันดาปภายใน ในระบบวงจรปิด การเผาไหม้ไม่สามารถคงอยู่ได้ และห้องเผาไหม้แบบเดิมจะถูกแทนที่ด้วยตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำรองที่จะให้ความร้อนกับอากาศอัดก่อนที่จะเข้าสู่กังหัน ให้ความร้อน แหล่งภายนอกตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เตาหลอมถ่านหินแบบฟลูอิไดซ์เบด หรือแหล่งความร้อนอื่นๆ มีการเสนอให้ใช้กังหันก๊าซแบบวงจรปิดในเที่ยวบินไปยังดาวอังคารและเที่ยวบินในอวกาศระยะยาวอื่นๆ

กังหันก๊าซที่ออกแบบและดำเนินการตามวัฏจักรของไบรสัน (รูปที่ 4) เรียกว่ากังหันก๊าซแบบวงจรธรรมดา กังหันก๊าซส่วนใหญ่บนเครื่องบินทำงานเป็นวงจรง่ายๆ เนื่องจากจำเป็นต้องรักษาน้ำหนักและขนาดส่วนหน้าของเครื่องยนต์ให้เล็กที่สุด อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานบนบกหรือในทะเล สามารถเพิ่มอุปกรณ์เพิ่มเติมให้กับกังหันน้ำแบบธรรมดาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและ/หรือกำลังของเครื่องยนต์ได้ ใช้การดัดแปลงสามประเภท: การสร้างใหม่ การทำความเย็นระดับกลาง และการทำความร้อนสองครั้ง

การฟื้นฟูจัดให้มีการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (recuperator) ระหว่างทางของไอเสีย (จุดที่ 4 ในรูปที่ 4b) อากาศอัดจากจุดที่ 2 ในรูปที่ 4b ถูกทำให้ร้อนบนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยก๊าซไอเสียก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ (รูปที่ 6a)

หากนำการฟื้นฟูมาใช้อย่างดี นั่นคือ ประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสูงและแรงดันตกในนั้นน้อย ประสิทธิภาพจะมากกว่าวงจรกังหันธรรมดา อย่างไรก็ตามควรคำนึงถึงต้นทุนของเครื่องกำเนิดใหม่ด้วย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์กังหันก๊าซในถัง Abrams M1 - หลัก รถถังต่อสู้ปฏิบัติการ "พายุทะเลทราย" และในเครื่องยนต์กังหันก๊าซทดลองของรถยนต์ กังหันก๊าซที่มีการงอกใหม่เพิ่มประสิทธิภาพได้ 5-6% และประสิทธิภาพจะสูงขึ้นเมื่อทำงานภายใต้ภาระบางส่วน

อินเตอร์คูลลิ่งยังเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อินเตอร์คูลเลอร์ (อินเตอร์คูลเลอร์) ทำให้ก๊าซเย็นลงในระหว่างการอัด ตัวอย่างเช่น หากคอมเพรสเซอร์ประกอบด้วยสองโมดูล คือ แรงดันสูงและต่ำ ควรติดตั้งอินเตอร์คูลเลอร์ระหว่างโมดูลเหล่านี้เพื่อทำให้การไหลของก๊าซเย็นลง และลดปริมาณงานที่ต้องบีบอัดในคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง (รูปที่ 6b) สารทำความเย็นอาจเป็นอากาศในบรรยากาศ (เรียกว่าเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ) หรือน้ำ (เช่น น้ำทะเลในกังหันของเรือ) แสดงให้เห็นได้ง่ายว่ากำลังของกังหันก๊าซที่มีอินเตอร์คูลเลอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีนั้นเพิ่มขึ้น

ความร้อนสองเท่าใช้ในกังหันและเป็นวิธีเพิ่มกำลังขับของกังหันโดยไม่ต้องเปลี่ยนการทำงานของคอมเพรสเซอร์หรือเพิ่มอุณหภูมิการทำงานของกังหัน หากกังหันก๊าซมีสองโมดูล คือ แรงดันสูงและต่ำ ฮีตเตอร์ฮีทเตอร์ (โดยปกติคือเครื่องเผาไหม้อีกตัวหนึ่ง) จะถูกใช้เพื่ออุ่นการไหลของก๊าซระหว่างกังหันแรงดันสูงและแรงดันต่ำ (รูปที่ 6c) สามารถเพิ่มกำลังขับได้ 1-3% การทำความร้อนแบบคู่ในเทอร์ไบน์ของเครื่องบินทำได้โดยการเพิ่ม Afterburner ที่หัวฉีดของเทอร์ไบน์ สิ่งนี้จะเพิ่มแรงฉุดลาก แต่เพิ่มการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอย่างมาก

โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบใช้พลังความร้อนร่วมมักเรียกย่อว่า CCGT วงจรรวม หมายถึง โรงไฟฟ้าที่ใช้กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำร่วมกันเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพมากกว่าการใช้แยกกัน กังหันก๊าซขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ก๊าซไอเสียของกังหันใช้ในการผลิตไอน้ำในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ไอน้ำนี้จะขับกังหันไอน้ำซึ่งผลิตไฟฟ้าด้วยเช่นกัน หากใช้ไอน้ำเพื่อให้ความร้อน โรงไฟฟ้าจะเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม กล่าวอีกนัยหนึ่งในรัสเซียมักใช้ตัวย่อ CHP (โรงไฟฟ้าและความร้อน) แต่ที่ CHP ตามกฎแล้วกังหันก๊าซไม่ทำงาน แต่เป็นกังหันไอน้ำธรรมดา และไอน้ำที่ใช้แล้วจะใช้เพื่อให้ความร้อน ดังนั้น CHP และ CHP จึงไม่มีความหมายเหมือนกัน ในรูป 7 ไดอะแกรมอย่างง่ายโรงไฟฟ้าโคเจนเนอเรชั่น แสดงเครื่องยนต์ความร้อน 2 ชุดติดตั้งเป็นชุด เครื่องยนต์ด้านบนเป็นกังหันก๊าซ มันถ่ายเทพลังงานไปยังเครื่องยนต์ส่วนล่าง - กังหันไอน้ำ จากนั้นกังหันไอน้ำจะถ่ายเทความร้อนไปยังคอนเดนเซอร์

รูปที่ 7 แผนผังของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม

ประสิทธิภาพของวงจรรวม \(\nu_(cc) \) สามารถแสดงด้วยนิพจน์ที่ค่อนข้างง่าย: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นผลรวมของประสิทธิภาพของแต่ละขั้นตอนลบด้วยงานของพวกเขา สมการนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดการสร้างพลังงานร่วมจึงมีประสิทธิภาพมาก สมมติว่า \(\nu_B = 40%\) เป็นขอบเขตบนที่สมเหตุสมผลสำหรับประสิทธิภาพของกังหันก๊าซที่ใช้วงจรของ Brayton ค่าประมาณที่สมเหตุสมผลของประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำที่ทำงานบนวัฏจักร Rankine ในขั้นตอนที่สองของการผลิตพลังงานร่วมคือ \(\nu_R = 30% \) แทนค่าเหล่านี้ลงในสมการ เราได้: \(\nu_(cc) = 0.40 + 0.30 - 0.40 \times 0.3 = 0.70 - 0.12 = 0.58 \) นั่นคือประสิทธิภาพของระบบดังกล่าวจะอยู่ที่ 58%

นี่คือขอบเขตบนสำหรับประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนร่วม ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติจะลดลงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานระหว่างขั้นตอนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในทางปฏิบัติในระบบโคเจนเนอเรชั่นที่เริ่มใช้งานในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีประสิทธิภาพถึง 52-58%

ส่วนประกอบกังหันก๊าซ

การทำงานของเทอร์ไบน์แก๊สแบ่งออกเป็น 3 ระบบย่อยได้ดีที่สุด ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ และเทอร์ไบน์ ดังแสดงในรูปที่ 1. ต่อไป เราจะทบทวนแต่ละระบบย่อยเหล่านี้โดยสังเขป

คอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์

คอมเพรสเซอร์เชื่อมต่อกับกังหันด้วยเพลาทั่วไปเพื่อให้กังหันหมุนคอมเพรสเซอร์ได้ กังหันก๊าซแบบเพลาเดียวมีเพลาเดียวที่เชื่อมระหว่างกังหันกับคอมเพรสเซอร์ กังหันก๊าซสองเพลา (รูปที่ 6b และ 6c) มีเพลารูปกรวยสองอัน อันที่ยาวกว่าจะเชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำและเทอร์ไบน์แรงดันต่ำ มันหมุนภายในเพลากลวงที่สั้นกว่าซึ่งเชื่อมต่อคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงกับกังหันแรงดันสูง เพลาที่เชื่อมระหว่างเทอร์ไบน์กับคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงจะหมุนเร็วกว่าเพลาของเทอร์ไบน์และคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำ กังหันก๊าซสามเพลามีเพลาที่สามเชื่อมต่อกังหันกับคอมเพรสเซอร์แรงดันปานกลาง

กังหันก๊าซสามารถเป็นแบบแรงเหวี่ยงหรือแนวแกน หรือรวมกันก็ได้ เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยงซึ่งอากาศอัดออกรอบปริมณฑลด้านนอกของเครื่อง มีความน่าเชื่อถือ โดยปกติแล้วจะมีราคาต่ำกว่า แต่จำกัดอัตราส่วนการอัดไว้ที่ 6-7 ต่อ 1 ซึ่งเคยใช้กันอย่างแพร่หลายในอดีตและยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน ในกังหันก๊าซขนาดเล็ก

ในเครื่องอัดอากาศตามแนวแกนที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้น อากาศอัดจะออกตามแกนของกลไก นี่คือเครื่องอัดแก๊สประเภททั่วไป (ดูรูปที่ 2 และ 3) คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงประกอบด้วยส่วนที่เหมือนกันจำนวนมาก แต่ละส่วนประกอบด้วยล้อหมุนพร้อมใบพัดกังหันและล้อที่มีใบมีดคงที่ (สเตเตอร์) ส่วนต่างๆ ถูกจัดเรียงในลักษณะที่อากาศอัดไหลผ่านแต่ละส่วนเป็นลำดับ โดยให้พลังงานบางส่วนแก่แต่ละส่วน

กังหันมีการออกแบบที่เรียบง่ายกว่าคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากการบีบอัดการไหลของก๊าซทำได้ยากกว่าการขยายกลับ กังหันแกนเหมือนที่แสดงในรูปที่ 2 และ 3 มีส่วนน้อยกว่าคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง มีกังหันก๊าซขนาดเล็กที่ใช้เทอร์ไบน์แบบแรงเหวี่ยง (ที่มีการฉีดก๊าซในแนวรัศมี) แต่เทอร์ไบน์แกนเป็นกังหันที่พบมากที่สุด

การออกแบบและการผลิตกังหันเป็นเรื่องยากเพราะจำเป็นต้องเพิ่มอายุการใช้งานของส่วนประกอบในกระแสก๊าซร้อน ปัญหาความน่าเชื่อถือในการออกแบบเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในขั้นตอนแรกของกังหันซึ่งมีอุณหภูมิสูงสุด วัสดุพิเศษและระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อนถูกนำมาใช้ในการผลิตใบพัดกังหันที่หลอมละลายที่อุณหภูมิ 980-1040 องศาเซลเซียสในกระแสก๊าซที่มีอุณหภูมิถึง 1650 องศาเซลเซียส

ห้องเผาไหม้

การออกแบบห้องเผาไหม้ที่ประสบความสำเร็จต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลายประการ และการออกแบบที่เหมาะสมถือเป็นความท้าทายนับตั้งแต่ยุคของกังหัน Whittle และ von Ohin ความสำคัญเชิงสัมพันธ์ของข้อกำหนดแต่ละข้อสำหรับห้องเผาไหม้ขึ้นอยู่กับการใช้งานของกังหัน และแน่นอนว่าข้อกำหนดบางอย่างขัดแย้งกันเอง เมื่อออกแบบห้องเผาไหม้ การประนีประนอมเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ข้อกำหนดการออกแบบส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับราคา ประสิทธิภาพ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเครื่องยนต์ นี่คือรายการข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับห้องเผาไหม้:

1. ประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิงสูงในทุกสภาวะการทำงาน
2. การเผาไหม้ใต้เชื้อเพลิงต่ำและการปล่อยก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (คาร์บอนมอนอกไซด์) การปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ต่ำภายใต้ภาระหนัก และไม่มีการปล่อยควันที่มองเห็นได้ (ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด)
3. แรงดันตกเล็กน้อยเมื่อก๊าซไหลผ่านห้องเผาไหม้ การสูญเสียแรงดัน 3-4% เป็นแรงดันตกโดยทั่วไป
4. การเผาไหม้จะต้องเสถียรในทุกโหมดการทำงาน
5. การเผาไหม้ต้องคงที่ที่อุณหภูมิต่ำมากและความดันต่ำที่ระดับความสูง (สำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน)
6. การเผาไหม้ควรจะสม่ำเสมอโดยไม่มีการเต้นเป็นจังหวะหรือการหยุดชะงัก
7. อุณหภูมิจะต้องคงที่
8. อายุการใช้งานยาวนาน (หลายพันชั่วโมง) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกังหันอุตสาหกรรม
9. การใช้งาน ประเภทต่างๆเชื้อเพลิง. กังหันบกมักใช้ก๊าซธรรมชาติหรือเชื้อเพลิงดีเซล สำหรับเครื่องบินกังหันน้ำมันก๊าด
10. ความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของห้องเผาไหม้ต้องตรงกับขนาดของชุดเครื่องยนต์
11. ต้นทุนรวมของการเป็นเจ้าของห้องเผาไหม้ควรถูกเก็บไว้ให้น้อยที่สุด (ซึ่งรวมถึงต้นทุนเริ่มต้น ต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษา)
12. ห้องเผาไหม้สำหรับเครื่องยนต์อากาศยานต้องมีน้ำหนักขั้นต่ำ

ห้องเผาไหม้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักอย่างน้อยสามส่วน: เปลือก ท่อเปลวไฟ และระบบฉีดเชื้อเพลิง เปลือกต้องทนต่อแรงดันใช้งานและอาจเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบกังหันก๊าซ เปลือกปิดท่อเปลวไฟที่มีผนังบางซึ่งมีการเผาไหม้และระบบฉีดเชื้อเพลิง

เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ประเภทอื่นๆ เช่น ดีเซลและเครื่องยนต์ยานยนต์แบบลูกสูบ กังหันก๊าซจะผลิตมลพิษทางอากาศต่อหน่วยพลังงานน้อยที่สุด ในบรรดาการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เชื้อเพลิงที่ยังไม่เผาไหม้ คาร์บอนมอนอกไซด์ (คาร์บอนมอนอกไซด์) ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) และควันเป็นสิ่งที่น่ากังวลมากที่สุด แม้ว่ากังหันของเครื่องบินจะมีส่วนช่วยในการปล่อยมลพิษทั้งหมดน้อยกว่า 1% การปล่อยมลพิษโดยตรงสู่ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าระหว่างละติจูด 40 ถึง 60 องศาเหนือ ทำให้ความเข้มข้นของโอโซนเพิ่มขึ้น 20% ในสตราโตสเฟียร์ที่เครื่องบินเหนือเสียงบิน การปล่อย NOx ทำให้เกิดการทำลายโอโซน ผลกระทบทั้งสองมีผลเสีย สิ่งแวดล้อมดังนั้นการลดไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ในการปล่อยเครื่องยนต์อากาศยานจึงเป็นสิ่งที่ต้องเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 21

นี่เป็นบทความสั้น ๆ ที่พยายามครอบคลุมทุกแง่มุมของการใช้งานกังหันตั้งแต่การบินไปจนถึงพลังงานโดยไม่ต้องพึ่งพาสูตร เพื่อให้คุ้นเคยกับหัวข้อนี้มากขึ้น ฉันสามารถแนะนำหนังสือ "Gas Turbine in Railway Transport" http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html หากเราละเว้นบทที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการใช้กังหันบน รถไฟ– ตัวหนังสือยังชัดมาก แต่มีรายละเอียดมากขึ้น

กังหันก๊าซเป็นเครื่องยนต์ความร้อนผสมผสานคุณลักษณะเฉพาะของกังหันไอน้ำกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งพลังงานของเชื้อเพลิงระหว่างการเผาไหม้จะถูกแปลงเป็นงานทางกลโดยตรง สารทำงานของเทอร์ไบน์แก๊สที่ทำงานในรอบเปิดคือผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง และของไหลในการทำงานของเทอร์ไบน์แก๊สที่ทำงานในรอบปิดคืออากาศบริสุทธิ์หรือก๊าซที่หมุนเวียนในระบบอย่างต่อเนื่อง บนเรือ หน่วยกังหันก๊าซ (GTU) ทำงานในรอบเปิด โดยมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ความดันคงที่ (p = const) และ GTU ที่ทำงานในรอบปิด

ปัจจุบันกังหันก๊าซในทะเลแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ 1) เทอร์โบคอมเพรสเซอร์ และ 2) ที่มีเครื่องกำเนิดก๊าซแบบลูกสูบอิสระ (SPGG)

แผนภาพของโรงงานกังหันก๊าซเทอร์โบคอมเพรสเซอร์ที่ง่ายที่สุดซึ่งทำงานที่แรงดันการเผาไหม้เชื้อเพลิงคงที่จะแสดงในรูปที่ 101. คอมเพรสเซอร์ 9 ดูดอากาศในบรรยากาศที่สะอาด บีบอัดให้มีแรงดันสูงและส่งผ่านท่ออากาศ3 เข้าไปในห้องเผาไหม้ 2 โดยผ่านหัวฉีดพร้อมกัน1 เชื้อเพลิงถูกจ่ายให้ เชื้อเพลิงที่ผสมกับอากาศทำให้เกิดส่วนผสมที่ใช้งานได้ซึ่งจะเผาไหม้เมื่อR = คอนเทมโพรารี ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาไหม้จะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศและส่งไปยังเส้นทางการไหลของกังหัน ในใบมีดคงที่ 4 ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะขยายตัวและเข้าสู่ใบพัด 5 ด้วยความเร็วสูง โดยที่พลังงานจลน์ของการไหลของก๊าซจะถูกแปลงเป็นงานทางกลของการหมุนเพลา ผ่านท่อ 6 ก๊าซไอเสียออกจากกังหัน กังหันก๊าซขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ 9 และผ่านกระปุกเกียร์7 ใบพัด 8. ในการสตาร์ทเครื่องจะใช้มอเตอร์สตาร์ท 10 ซึ่งหมุนคอมเพรสเซอร์ไปที่ความเร็วต่ำสุด

รูปเดียวกันแสดงวัฏจักรทางทฤษฎีของ GTP ที่พิจารณาในพิกัด p - ? และส - T: AB - กระบวนการอัดอากาศในคอมเพรสเซอร์ VS-การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ความดันคงที่ในห้องเผาไหม้ SD - การขยายตัวของแก๊สในกังหัน YES - การกำจัดความร้อนออกจากก๊าซไอเสีย

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการทำงานของกังหันก๊าซ ใช้ความร้อนจากอากาศที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้ซ้ำ หรือการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบฉากในห้องเผาไหม้แบบต่อเนื่องหลายห้องที่ให้บริการกังหันแต่ละตัว เนื่องจากความซับซ้อนในการออกแบบ จึงไม่ค่อยได้ใช้การเผาไหม้แบบฉาก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการติดตั้ง ควบคู่ไปกับการสร้างใหม่ จึงใช้การอัดอากาศแบบสองขั้นตอน ในขณะที่คอมเพรสเซอร์แอร์จะรวมอินเตอร์คูลเลอร์ระหว่างคอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะช่วยลดกำลังที่ต้องการของคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง

ในรูป 102 เป็นแผนภาพของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซที่ง่ายที่สุดที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่R = ความคงตัวและการนำความร้อนกลับคืนมา อากาศอัดในคอมเพรสเซอร์1 , ผ่านรีเจนเนอเรเตอร์ 2 เข้าสู่ห้องเผาไหม้3 โดยที่ความร้อนจากไอเสียจะทำให้เทอร์ไบน์ 4 มีอุณหภูมิค่อนข้างสูง รอบที่แท้จริงของการติดตั้งนี้แสดงในแผนภาพ S-T (รูปที่ 103): กระบวนการอัดอากาศในคอมเพรสเซอร์1 - 2 ; ความร้อนของอากาศในเครื่องกำเนิดใหม่พร้อมด้วยแรงดันตกจากR 2 ก่อนR 4 2 - 3; การจ่ายความร้อนในกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิง 3 - 4; กระบวนการขยายก๊าซจริงในกังหัน4-5 ; การระบายความร้อนด้วยแก๊สในเครื่องกำเนิดใหม่พร้อมด้วยการสูญเสียแรงดัน p 5 -R 1 5-6; ไอเสีย - การกำจัดความร้อน6-1 . ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากอากาศในเครื่องกำเนิดใหม่แสดงโดยพื้นที่ 2"-2-3-3" และปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากก๊าซไอเสียในเครื่องกำเนิดใหม่โดยพื้นที่ 6 "-6-5-5". พื้นที่เหล่านี้เท่ากัน

ในกังหันก๊าซแบบวงจรปิด สารทำงานที่ใช้แล้วจะไม่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และหลังจากทำความเย็นล่วงหน้า น้ำมันจะถูกส่งไปยังคอมเพรสเซอร์อีกครั้ง ดังนั้นของไหลทำงานจึงไหลเวียนในวงจรไม่ปนเปื้อนกับผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาไหม้ สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงสภาพการทำงานของส่วนการไหลของกังหัน ส่งผลให้การติดตั้งมีความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น และเพิ่มทรัพยากรมอเตอร์ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ไม่ผสมกับสารทำงาน ดังนั้นเชื้อเพลิงทุกประเภทจึงเหมาะสำหรับการเผาไหม้

ในรูป 104 แสดงแผนผังของกังหันก๊าซสำหรับเรือทุกโหมดของวัฏจักรปิด อากาศหลังจากทำความเย็นล่วงหน้าในเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ 4 เข้าสู่คอมเพรสเซอร์5 ซึ่งขับเคลื่อนด้วยกังหันแรงดันสูง7 . อากาศถูกส่งจากคอมเพรสเซอร์ไปยังเครื่องกำเนิดใหม่3 แล้วเข้าไปในเครื่องทำความร้อนด้วยอากาศ 6 ซึ่งทำหน้าที่เหมือนกับห้องเผาไหม้ในการติดตั้งแบบเปิด จากเครื่องทำความร้อนอากาศ อากาศทำงานที่อุณหภูมิ 700 ° C เข้าสู่กังหันแรงดันสูง7 ซึ่งหมุนคอมเพรสเซอร์แล้วเปลี่ยนเป็นเทอร์ไบน์แรงดันต่ำ2 ซึ่งผ่านตัวลด1 กระตุ้นใบพัดระยะพิทช์ที่ปรับได้ มอเตอร์สตาร์ท 8 ออกแบบมาเพื่อเริ่มการติดตั้ง ข้อเสียของกังหันก๊าซแบบวงจรปิด ได้แก่ ความเทอะทะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือกังหันก๊าซของวงจรปิดที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ในการติดตั้งเหล่านี้ ฮีเลียม ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้เป็นของเหลวในการทำงานของเทอร์ไบน์แก๊ส (สารหล่อเย็น) ก๊าซเหล่านี้ไม่ได้เปิดใช้งานใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์. ก๊าซที่ให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ที่อุณหภูมิสูงจะถูกส่งตรงไปยังกังหันก๊าซ

ข้อได้เปรียบหลักของกังหันก๊าซเมื่อเทียบกับกังหันไอน้ำคือ: น้ำหนักเบาและมีขนาดต่ำ เนื่องจากไม่มีหม้อไอน้ำและหน่วยกลั่นที่มีกลไกและอุปกรณ์เสริมเสริม เริ่มต้นอย่างรวดเร็วและการพัฒนาเต็มกำลังภายใน 10-15 นาที การใช้น้ำหล่อเย็นต่ำมาก ความสะดวกในการบำรุงรักษา

ข้อได้เปรียบหลักของกังหันก๊าซเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในคือ: ไม่มีกลไกข้อเหวี่ยงและแรงเฉื่อยที่เกี่ยวข้อง น้ำหนักเบาและขนาดที่ใช้พลังงานสูง (GTU มีน้ำหนักเบากว่า 2-2.5 เท่าและสั้นกว่าเครื่องยนต์ดีเซล 1.5-2 เท่า) ความสามารถในการทำงานกับเชื้อเพลิงคุณภาพต่ำ ลดต้นทุนการดำเนินงาน ข้อเสียของกังหันก๊าซมีดังนี้: อายุการใช้งานสั้นที่อุณหภูมิก๊าซสูง (เช่นที่อุณหภูมิก๊าซ 1173 ° K อายุการใช้งาน 500-1,000 ชั่วโมง) น้อยกว่าเครื่องยนต์ดีเซล ประสิทธิภาพ; เสียงรบกวนที่สำคัญระหว่างการทำงาน

ปัจจุบันกังหันก๊าซถูกใช้เป็นเครื่องยนต์หลักของเรือขนส่งทางทะเล ในบางกรณี กังหันก๊าซกำลังต่ำใช้เพื่อขับเคลื่อนปั๊ม เครื่องกำเนิดพลังงานฉุกเฉิน คอมเพรสเซอร์เสริม ฯลฯ กังหันก๊าซเป็นที่สนใจเป็นพิเศษในฐานะเครื่องยนต์หลักสำหรับไฮโดรฟอยล์และโฮเวอร์คราฟต์

เทอร์ไบน์ความร้อนของการกระทำคงที่ซึ่ง พลังงานความร้อนก๊าซอัดและความร้อน (โดยปกติคือผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง) จะถูกแปลงเป็นงานหมุนทางกลบนเพลา เป็นองค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องยนต์กังหันก๊าซ

ตามกฎแล้วการทำความร้อนของก๊าซอัดจะเกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ นอกจากนี้ยังสามารถให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นต้น กังหันก๊าซปรากฏตัวครั้งแรกเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 เป็นเครื่องยนต์กังหันก๊าซและในแง่ของการออกแบบ พวกเขาเข้าหากังหันไอน้ำ โครงสร้าง กังหันก๊าซคือชุดของขอบใบมีดอยู่กับที่ที่จัดวางอย่างเป็นระเบียบของอุปกรณ์หัวฉีดและขอบล้อหมุนของใบพัด ซึ่งส่งผลให้เป็นส่วนหนึ่งของการไหล ระยะกังหันคืออุปกรณ์หัวฉีดที่รวมกับใบพัด เวทีประกอบด้วยสเตเตอร์ซึ่งรวมถึงชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ (ตัวเรือน ใบมีดหัวฉีด แหวนหุ้ม) และโรเตอร์ ซึ่งเป็นชุดของชิ้นส่วนที่หมุนได้ (เช่น ใบมีดโรเตอร์ ดิสก์ เพลา)

การจำแนกประเภทของกังหันก๊าซจะดำเนินการตามหลาย ๆ คุณสมบัติการออกแบบ: ตามทิศทางการไหลของก๊าซ จำนวนขั้นตอน วิธีการใช้ความต่างของความร้อน และวิธีการจ่ายก๊าซไปยังใบพัด ในทิศทางของการไหลของก๊าซ กังหันก๊าซสามารถแยกความแตกต่างได้ตามแนวแกน (โดยทั่วไป) และแนวรัศมี เช่นเดียวกับแนวทแยงและแนวดิ่ง ในกังหันก๊าซตามแนวแกน การไหลในส่วนเมอริเดียลจะถูกขนส่งไปตามแกนทั้งหมดของกังหันเป็นหลัก ในกังหันเรเดียลตรงกันข้ามจะตั้งฉากกับแกน กังหันเรเดียลแบ่งออกเป็นศูนย์กลางและแรงเหวี่ยง ในกังหันแนวทแยง ก๊าซจะไหลในมุมหนึ่งไปยังแกนหมุนของกังหัน ใบพัดของกังหันสัมผัสไม่มีใบพัด กังหันดังกล่าวใช้ในอัตราการไหลของก๊าซที่ต่ำมาก มักใช้ในเครื่องมือวัด กังหันก๊าซเป็นแบบเดี่ยว สองขั้นตอน และหลายขั้นตอน

จำนวนขั้นกำหนดโดยปัจจัยหลายประการ: วัตถุประสงค์ของกังหัน รูปแบบการออกแบบ กำลังทั้งหมดและพัฒนาโดยขั้นตอนเดียว ตลอดจนแรงดันตกที่กระตุ้น ตามวิธีการใช้ความแตกต่างของความร้อนที่มีอยู่ กังหันที่มีระดับความเร็วจะแตกต่างกัน ซึ่งมีเพียงการไหลที่หมุนในใบพัดโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดัน (กังหันที่ทำงานอยู่) และกังหันที่มีระดับแรงดันซึ่งความดันลดลงทั้งใน อุปกรณ์หัวฉีดและบนใบพัด (เจ็ทเทอร์ไบน์) ในกังหันก๊าซบางส่วน ก๊าซจะถูกส่งไปยังใบพัดตามส่วนของเส้นรอบวงของอุปกรณ์หัวฉีดหรือตามเส้นรอบวงทั้งหมด

ในกังหันหลายขั้นตอน กระบวนการแปลงพลังงานประกอบด้วยกระบวนการที่ต่อเนื่องกันหลายขั้นตอนในแต่ละขั้นตอน ก๊าซที่ถูกบีบอัดและให้ความร้อนจะถูกส่งไปยังช่องระหว่างใบมีดของอุปกรณ์หัวฉีดที่ความเร็วเริ่มต้น ซึ่งในกระบวนการขยายตัว ส่วนหนึ่งของความร้อนที่ลดลงจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของไอพ่นที่ไหลออก การขยายตัวของก๊าซเพิ่มเติมและการแปลงความร้อนลดลงเป็น งานที่มีประโยชน์เกิดขึ้นในช่อง interblade ของใบพัด การไหลของก๊าซที่กระทำต่อใบพัดของโรเตอร์ ทำให้เกิดแรงบิดบนเพลาหลักของกังหัน ในกรณีนี้ความเร็วสัมบูรณ์ของก๊าซจะลดลง ยิ่งความเร็วต่ำลง พลังงานก๊าซส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นงานกลไกบนเพลากังหัน

ประสิทธิภาพเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของกังหันก๊าซ ซึ่งเป็นอัตราส่วนของงานที่ถอดออกจากเพลาต่อพลังงานก๊าซที่มีอยู่ด้านหน้ากังหัน ประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพของกังหันหลายขั้นตอนที่ทันสมัยค่อนข้างสูงและสูงถึง 92-94%

หลักการทำงานของกังหันก๊าซมีดังต่อไปนี้ ก๊าซถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยคอมเพรสเซอร์ ผสมกับอากาศ ทำให้เกิดส่วนผสมของเชื้อเพลิงและจุดไฟ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาไหม้ที่มีอุณหภูมิสูง (900-1200 °C) จะผ่านใบมีดหลายแถวซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลากังหันและทำให้กังหันหมุนได้ พลังงานกลที่เกิดขึ้นของเพลาจะถูกส่งผ่านกระปุกเกียร์ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

พลังงานความร้อนก๊าซที่ออกจากกังหันเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นอกจากนี้ แทนที่จะผลิตกระแสไฟฟ้า พลังงานกลของกังหันสามารถใช้กับปั๊ม คอมเพรสเซอร์ และอื่นๆ ได้ เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับกังหันแก๊สคือก๊าซธรรมชาติ แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่รวมความเป็นไปได้ของการใช้เชื้อเพลิงก๊าซประเภทอื่น . แต่ในขณะเดียวกัน กังหันก๊าซก็มีความต้องการสูงในด้านคุณภาพของการเตรียมการ (จำเป็นต้องมีการรวมทางกลบางอย่าง ความชื้นเป็นสิ่งจำเป็น)

อุณหภูมิของก๊าซที่ออกจากกังหันคือ 450-550 °C อัตราส่วนเชิงปริมาณของพลังงานความร้อนต่อพลังงานไฟฟ้าในกังหันก๊าซมีตั้งแต่ 1.5: 1 ถึง 2.5: 1 ซึ่งทำให้สามารถสร้างระบบโคเจนเนอเรชั่นที่แตกต่างกันในประเภทของสารหล่อเย็น:

1) การใช้ก๊าซไอเสียร้อนโดยตรง (โดยตรง)
2) การผลิตไอน้ำแรงดันต่ำหรือปานกลาง (8-18 กก./ซม.2) ในหม้อไอน้ำภายนอก
3) การผลิตน้ำร้อน (ดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิที่ต้องการเกิน 140 °C);
4) การผลิตไอน้ำแรงดันสูง

นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov และคนอื่น ๆ มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนากังหันก๊าซ โดยการสร้างกังหันก๊าซสำหรับโรงงานกังหันก๊าซแบบเคลื่อนที่และอยู่กับที่ บริษัทต่างชาติ (Swiss Brown-Boveri ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังชาวสโลวัก A. Stodola ทำงาน และ Sulzer, American General Electric เป็นต้น)

ในอนาคตการพัฒนากังหันก๊าซขึ้นอยู่กับความเป็นไปได้ในการเพิ่มอุณหภูมิก๊าซที่หน้ากังหัน ทั้งนี้เนื่องมาจากการสร้างวัสดุทนความร้อนแบบใหม่และระบบระบายความร้อนที่เชื่อถือได้สำหรับใบพัดโรเตอร์ด้วยการปรับปรุงเส้นทางการไหล ฯลฯ อย่างมีนัยสำคัญ

ต้องขอบคุณการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางในทศวรรษ 1990 ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้า กังหันก๊าซได้ครอบครองส่วนสำคัญของตลาด แม้ว่าอุปกรณ์จะมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ความจุตั้งแต่ 5 เมกะวัตต์ขึ้นไป (สูงสุด 300 เมกะวัตต์) ผู้ผลิตบางรายก็ผลิตโมเดลในช่วง 1-5 เมกะวัตต์

กังหันก๊าซใช้ในโรงงานการบินและโรงไฟฟ้า

• ก่อนหน้านี้: GAS ANALYZER
• กำลังติดตาม: เครื่องยนต์แก๊ส