Парогазовая турбина: Что такое Парогазовая электростанция (ПГЭС)?

Что такое Парогазовая электростанция (ПГЭС)?

5 августа 2012 в 10:30 , Обновлено 18 января 19:30

35824

Парогазовая электростанция /установка ( ПГЭС /ПГУ) —  комбинированная электрогенерирующая станция с повышенным КПД.

Парогазовая установка (ПГУ) состоит из 2-х отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания природного газа, мазута и других видов топлива .
На одном валу с турбиной находится 1-й генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину и отдавая ей часть своей энергии, продукты сгорания — дымовые газы на выходе имеют температуру около 500 ^оС. С выхода из газовой турбины они попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар.

Образующийся перегретый пар при давлении 100 атм используется в паровой турбине, которая приводит в действие 2-й электрогенератор.
Существуют парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае устанавливается только 1 генератор.

Парогазовые установки (ПГУ):

Преимущества:

• позволяют достичь электрического КПД в диапазоне 58 — 64 %. У паросиловых установок КПД , например, находится в диапазоне 33-45 %, для газотурбинных установок — 28-42 %;
• имеют низкая стоимость единицы установленной мощности;
• потребляют меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками;
• более технологичны в возведении и могут быть установлены за 9-12 мес.;
• компактны в сравнении с другими типами электростанций, могут быть установлены вблизи объекта энергопотребления, что сокращает затраты на транспортировку электроэнергии

Недостатки:

• имеют более низкую единичную мощность оборудования (160-972 МВт на 1 блок), например, в сравнении с ТЭС, которые имеют мощность блока до 1200 МВт и АЭС- 1200-1600 МВт;
• необходимо осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива:
• с одной стороны, это удорожает технологию, 
• с другой — делает ПГУ более экологичными.

Парогазовые установки (ПГУ) — относительно новый тип электростанций.

Любопытно, что идею использования парогазового цикла взяли на вооружение специалисты BMW, предполагающие в перспективе использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины. Этот проект выглядит не более экзотичным , чем использование, например, биотоплива.

#Парогазовая электростанция #ПГЭС #ПГУ

Последние новости

Парогазовые установки — ПГУ

Вы здесь

/ / Парогазовые установки* — ПГУ

Парогазовые установки — ПГУ — описание

Парогазовые установки производят электричество и тепловую энергию. Тепловая энергия используется для дополнительного производства электричества. Парогазовая установка состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного. Топливом ПГУ может служить как природный газ, так и продукты нефтехимической промышленности, например мазут. В парогазовых установках на одном валу с газовой турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из турбины все ещё имеют высокую температуру. Далее продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают водяной пар. Температуры продуктов сгорания достаточно для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для вращения паровой турбины (температура 500 градусов по Цельсию и давление 80 атмосфер). С паровой турбиной механически связан второй генератор.

Парогазовые установки — ПГУ — эффективность использования топлива

Общий электрический КПД парогазовой установки составляет ~58 — 64%. В стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 35%. Парогазовые установки (ПГУ) — относительно новый тип электростанций, работающих на газе, жидком или твердом топливе. Парогазовые установки (ПГУ) предназначены для получения максимального количества электроэнергии.

Инжиниринг и строительство парогазовых установок

Проектирование, инжиниринг, строительство ПГУ осуществляют всемирно известные компании:

• ABB
• Alstom
• Babcock-Hitachi
• Siemens AG

Смотрите предложения российской IPP компании Новая Генерация!

*Парогазовые установки на английском языке называются combined-cycle power plant (CCPP)

Газотурбинные установки – ГТУ – производители и поставщики

На российском рынке сегодня представлены компании, поставляющие газовые турбины:

Capstone (Кэпстоун), General Electric (Дженерал Электрик), GE, Kawasaki (Кавасаки), MAN TURBO AG, Mitsubishi Heavy Industries, (Митсубиши Хэви Индастриз), OPRA (ОПРА), Rolls-Royce (Роллс-Ройс), Siemens (Сименс), Solar Turbines (Солар Турбайнз), Turbomach (Турбомах), микротурбинные установки /мини — турбины, Микротурбинные электростанции — установки Capstone — Calnetix, газовые турбины Dresser–Rand.

Газовые турбины — полезная информация:

• Газовые электростанции: преимущества использования
• Когенерация (первая часть)
• Когенерация (вторая часть)
• Тригенерация
• Мини-ТЭЦ
• Попутный нефтяной газ
• Газовые теплоэлектростанции на различных видах топлива
• Газовые генераторы
• Турбогенераторы
• Газовые электростанции — стоимость строительства «под ключ»
• Лизинг газовых электростанций
• Технические xарактеристики газовых микротурбин Capstone
• Микротурбинные установки Capstone — реализованные проекты в России
• Технические xарактеристики газотурбинных электростанций OPRA
• Газотурбинные установки OPRA — реализованные проекты в России
• Технические xарактеристики газовых микротурбин — электростанций Ingersoll Rand
• Микротурбинные газовые генераторы CAPSTONE — C200
• Газовые микротурбины С1000
• Газотурбинные установки — системы забора воздуха
• Газотурбинные установки – газопоршневые тепловые электростанции – проектирование и организация строительства
• Домашние газовые микротурбинные электростанции
• Микротурбины Ingersoll Rand – преимущества газовых электростанций нового поколения
• Контейнеры для газотурбинных установок
• Мобильные газотурбинные установки, передвижные электростанции
• Расчет типичной ТЭЦ — ПГУ

Парогазовые турбины (2022 г.

) | Ipieca

Последнее рассмотрение темы: Ноябрь 2022

Секторы: Upstream, Downstream

Категория: Производство электроэнергии и тепла для выработки пара с помощью парогенератора-утилизатора (HRSG). Произведенный пар затем подается на паровую турбину для обеспечения дополнительной мощности, работающей либо от генератора, либо в качестве механического привода. Общий КПД морской ПГУ составляет примерно 50%. Наземная ПГУ имеет повышенную эффективность за счет дополнительных уровней давления и контуров промежуточного нагрева, и ее общая эффективность составляет примерно 60%.

Эффективность значительно снижается при частичной нагрузке. Типичный КПД простого цикла составляет 33–43% при максимальной нагрузке и значительно падает при частичной нагрузке. Эффективность ПГУ зависит от размера и типа выбранной турбины. Но имеет тенденцию к увеличению с размером турбины.

Энергетическая система с комбинированным циклом является признанной технологией для крупных береговых электростанций. Эта технология уже более 20 лет используется на трех морских установках в Норвегии. Морские операторы сталкивались с различными проблемами коррозии и усталости труб в котлах-утилизаторах, в основном из-за неправильной эксплуатации. Основная задача заключалась в том, чтобы следовать операционным процедурам и иметь хорошее управление качеством воды. Спустя 20 лет эти ПГУ все еще работают.

Описание технологии

На рис. 1 показано типичное применение ПГУ в нефтегазовой среде.

Более подробное описание этой технологии в типичных береговых применениях см. в Справочнике 1, Справочнике 2 (общая информация в разделе, посвященном когенерации) и Справочнике 3. использование обогревателей и электрических котлов для выработки тепла, тем самым увеличивая полезную работу от топлива и уменьшая углеродный след системы, одновременно повышая общую эффективность системы. В качестве теплоносителя обычно используется пар, горячая вода или мазут. В установках с большой потребностью в тепле отработанное тепло от котла-утилизатора может иметь приоритет для обогрева, а не для выработки электроэнергии – см. раздел Комбинированное производство тепла и электроэнергии. Из-за изменения спроса на тепло и электроэнергию в рамках проекта использование всего доступного тепла в течение жизненного цикла проекта может быть затруднено.

Выбор конфигурации с комбинированным циклом зависит от потребности в электроэнергии и тепле и их стабильности. Технология комбинированного цикла, вероятно, обеспечит наилучшую стоимость жизненного цикла для крупных установок с низким потреблением технологического тепла.

Морские установки

Для большинства морских установок выбраны газовые турбины открытого цикла (OCGT), поскольку они имеют меньшие размеры и вес (на установленный мегаватт), но с более низкой энергоэффективностью и более высоким расходом топлива на единицу продукции. Работа системы с комбинированным циклом наиболее подходит для приложений с относительно стабильной нагрузкой и может быть менее подходящей для переменных или снижающихся профилей нагрузки. В новой «новой» разработке, включающей конструкцию системы с комбинированным циклом, размер газовой турбины может быть уменьшен по сравнению с конфигурацией с открытым циклом. Кроме того, HRSG может заменить глушитель газовой турбины, тем самым смягчив некоторые ограничения по пространству и весу. Для морской электростанции с комбинированным циклом предпочтительнее вертикальный (с принудительной циркуляцией) HRSG из-за веса и занимаемой площади.

Береговые

В связи с меньшими ограничениями по площади и весу и, как правило, более стабильным спросом на электроэнергию и тепло, береговые электростанции чаще используют ПГУ или комбинированное производство тепла и электроэнергии для снижения затрат в течение жизненного цикла. Дополнительные затраты на ПГУ, включая дополнительную сложность конструкции и капитальные затраты (капитальные затраты) и техническое обслуживание, обычно превосходят повышение энергоэффективности и снижение эксплуатационных расходов на топливо ПГУ. Некоторые наземные парогазовые установки (чаще в Северной Америке, чем в Европе) имеют горизонтальные (естественная циркуляция) котлы-утилизаторы, но горизонтальная компоновка занимает много места на участке. Многие европейские береговые электростанции склоняются к вертикальным котлам с принудительной циркуляцией – вводится режим работы насоса, но при этом экономится место на участке.

Модернизация технологии газотурбинных генераторов для перехода от ПГУ к ПГУ связана с типичными трудностями, связанными со сложностью, стоимостью и отложенным производством на действующем заводе; следовательно, обновления редки. Это особенно актуально для морских установок, где вес верхней части и ограниченное пространство могут не позволить использовать дополнительную паровую инфраструктуру и персонал.

Зрелость технологии

	Морская	Наземная
Коммерчески доступный	Да	Да
Жизненность в море	Да	Да
Браун. опыт работы в промышленности		>50 (энергетика)
Опыт работы в нефтегазовой отрасли	>20 шельф	>50

Ключевые метрики

	Оффшор	ONSHORE
. на суше, т. е. <50%, из-за переменного спроса на электроэнергию и тепло	50–63% (общая эффективность выработки электроэнергии ), значительное улучшение по сравнению с эффективностью открытого цикла примерно на 33–43%.
Ключевые показатели энергоэффективности	Эффективный электрический КПД Общий КПД системы	Эффективный электрический КПД Общий КПД системы
Ориентировочные капитальные затраты известных случаев реализовано	См. ссылку 4, глава о турбинах
Ориентировочные эксплуатационные расходы	Использование меньшего количества топлива, экономия эксплуатационных расходов и снижение затрат на выбросы парниковых газов (ПГ) .	Примечание: покупное топливо без затрат на углерод
Ориентировочная стоимость жизненного цикла	При покупке топлива могут быть привлекательные затраты на жизненный цикл. Если топливо будет сокращено, а 90 125 товарных углеводородов увеличится, 90 125 могут иметь привлекательные затраты в течение жизненного цикла, зависящие 90 125 от цены на газ. Если высокая стоимость выбросов парниковых газов, стоимость жизненного цикла будет еще более привлекательной.	Ниже, чем открытый цикл. Зависит от обычных факторов, например, затрат на топливо, затрат на углерод, капитальных затрат и внутренней нормы прибыли.
Описание типового объема работ	Для новых морских установок важно проанализировать потребность в электроэнергии и тепле, требования к экономии, доступное пространство и ограничения по весу для проектирования оптимальное решение для баланса капитала затраты, логистические ограничения, использование топлива и выбросы . Для морского комбинированного цикла предпочтительнее использовать вертикальный прямоточный парогенератор из-за его веса и занимаемой площади. Для существующих морских платформ с генераторами OCGT следует учитывать ограничения по пространству и весу для установки блока рекуперации отработанного тепла и паротурбинного генератора . Такие модификации могут быть технически сложными для некоторых морских установок. Выгоды, включая использование меньшего количества энергии/топлива и снижение выбросов парниковых газов, должны быть оценивается до принятия решения о модернизации системы питания.	Парогазовая энергосистема обычно состоит из следующего оборудования: газовые турбины, котлы-утилизаторы; паровые турбины и конденсаторы или конденсационные паровые турбины ; и другое вспомогательное оборудование. На рис. 2 показана энергосистема с комбинированным циклом, использующая газотурбинный генератор с утилизацией отработанного тепла и паротурбинный генератор .

Драйверы принятия решений

Технические:	Занимаемая площадь: размер, вес, требуемая площадь участка. Большинство конструкций котлов-утилизаторов простираются вертикально от газовой турбины, что снижает проблемы с площадью участка. Повышенная загруженность оборудования потенциально может привести к более высокому избыточному давлению взрывной волны. Профиль нагрузки установки должен быть относительно стабильным.
Эксплуатация:	Интеграция существующих месторождений – улавливание и транспортировка отработанного тепла, врезки
Коммерческий:	Операторы должны быть обучены работе с паровыми системами; повышенная эксплуатационная сложность
Экология:	За счет экономии топлива и двуокиси углерода (CO2) по сравнению с дополнительными капитальными затратами ПГУ.
	Повышенная энергоэффективность по сравнению с ГТУ. Повышенная эффективность ПГУ снижает выбросы парниковых газов, оксидов азота (NOx), монооксида углерода, летучих органических соединений и твердых частиц.

Альтернативные технологии

ПГТ представляет собой простейшее применение сжигания газа для выработки электроэнергии/электроэнергии и менее эффективно, чем технологии, использующие отработанное тепло для отопления или производства дополнительной энергии. См. информационный лист по газовым турбинам открытого цикла. Вырабатываемое тепло, как правило, сначала используется для отопления, прежде чем тепло, которое не требуется для этого, может быть использовано для производства электроэнергии. См. информационные листы по комбинированному производству тепла и электроэнергии и органическому циклу Ренкина. Газовые или дизельные двигатели также могут быть альтернативой ПГУ, но дизельное топливо может быть дорогим и иметь такие недостатки, как выбросы NOx и оксидов серы.

Операционные вопросы, риски и возможности

Технология комбинированного цикла используется уже много лет. Обратитесь к Информационному бюллетеню по газовым турбинам открытого цикла, чтобы узнать об эксплуатационных вопросах газовых турбин. Кроме того, ПГУ имеют дополнительные сложности, связанные с паротурбинным генератором, паровой системой и системами очистки воды. Морские операторы сталкивались с различными проблемами коррозии и усталости труб в котлах-утилизаторах, в основном из-за неправильной эксплуатации. Качество воды имеет решающее значение – в паровом контуре необходимо контролировать такие параметры, как pH и содержание кислорода. Ключевой задачей является соблюдение операционных процедур и эффективное управление качеством воды.

Также произошли изменения в том, что имеет решающее значение при техническом обслуживании. Для морских операторов необходимы новые и иные компетенции в области эксплуатации и технического обслуживания, а пар обычно не используется в морских операциях, а используется на суше. Компетентность необходима для обеспечения принятия мер при отклонениях в работе (необходимы ежедневные/еженедельные действия), потому что невозможно ждать месяцами, если есть проблемы с коррозией или целостностью.

Если паровая система вышла из строя, газовая турбина все еще может работать, что приведет к снижению эффективности, но если тепло также используется для технологического нагрева, в процессе может не хватить тепла для работы.

Возможности

• Мощность паровой турбины потенциально снижает количество необходимых газотурбинных генераторов
• Конструкция может быть оптимизирована, особенно для новых установок
• Конструкция позволяет отводить тепло от выхлопных газов турбины, а избыточное
  дополнительные нагреватели
• Конструкция позволяет использовать режим пиковой экономии (при дополнительном нагреве)
• Конструкция позволяет использовать полностью электрические FPSO с централизованным производством электроэнергии и тепла
• Интеграция с близлежащими платформами или наземными и центральными энергоблоками увеличивает размер и осуществимость ПГУ

Примеры использования в отрасли их с учетом дополнительного внимания к энергоэффективности и выбросам парниковых газов.

Одна полупогружная установка с технологией ПГУ (№ 5 и 6) находится в эксплуатации с 2019 г.. Электростанция состоит из четырех авиационных газотурбинных генераторов мощностью 27 МВт и паротурбинного генератора мощностью 40 МВт (общая мощность около 150 МВт).

Еще одна FPSO (№ 7), которая в настоящее время находится в стадии строительства, также использует технологию CCGT и станет одной из крупнейших FPSO, когда-либо поставленных в Латинскую Америку. Он будет иметь большую верхнюю часть, предназначенную для добычи до 220 000 баррелей сырой нефти в день, добычи и закачки до 530 миллионов стандартных кубических футов попутного газа в день и закачки до 200 000 баррелей морской воды в день. Его минимальная емкость для хранения сырой нефти составит 2 000 000 баррелей.

Береговой

Сжиженный природный газ комбинированного цикла.

На одном из заводов по производству СПГ изучались методы рекуперации тепла, используемые в ПГУ, в процессе производства сжиженного природного газа (СПГ) на смеси хладагента с пропановой смесью (C3MR). Точно так же это означало использование горячих выхлопных газов газовой турбины для производства пара, который может приводить в действие паровую турбину в дополнение к выходной мощности газовой турбины. Это может снизить потребление топлива и выбросы CO2 до 30% по сравнению с установками СПГ открытого цикла.

На заводе СПГ паровая турбина может использоваться для привода электрического генератора или напрямую участвовать в работе энергоемких холодильных компрессоров. Хотя паровые системы обычно требуют более высоких капиталовложений по сравнению с конфигурациями с простым циклом, общая стоимость будет зависеть от конфигурации системы. По оценкам, пересмотренная концепция варианта 2, показанная на рис. 2, требует лишь незначительно больших капиталовложений, чем традиционная конструкция, с улучшенной эффективностью и выбросами, а также сниженными затратами в течение жизненного цикла.

Рисунок 2: Опционы газовых турбин комбинированного цикла

066666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666. , только однотактные турбины:

Общий спрос на электроэнергию:	90 МВт
	приблизительно 500 000 тонн эквивалента двуокиси углерода в год (tCO 2 в год).
Выбросы после внедрения ПГУ:	примерно 400 000 тCO 2 e в год
Сокращение выбросов с ПГУ:	более 20%, экономия более 100 000 т CO 2 e в год
Экономия топлива:	примерно 43 млн условных метров 3 газ топливо в год (на основе коэффициента выбросов 2,34 кг CO 2 / Sm 3 топливного газа).

Затраты на сокращение выбросов зависят от предположений о том, сколько дополнительного газа может быть продано на рынок с повышенной эффективностью, и от используемой цены на газ. При более высоких предположениях о ценах на газ затраты на снижение выбросов будут ниже.

Ссылки

1. Репозиторий публикаций JRC – Справочный документ по наилучшим доступным технологиям (НДТ) для крупных установок сжигания». Директива о промышленных выбросах 2010/75/ЕС (Комплексное предотвращение и контроль загрязнения) EUR 28836 EN, Бюро публикаций Европейского Союза. Люксембург. 2017. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC107769
2. Европейская комиссия. «Справочный документ по наилучшим доступным методам повышения энергоэффективности». EIPPCB. 2009 г.. https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/sites/default/files/2021-09/ENE_Adopted_02-2009corrected20210914.pdf
3. Gülen S. Газотурбинные электростанции комбинированного цикла . Бока-Ратон, Флорида: Routledge, 2020.
4. Управление энергетической информации США. «Оценка капитальных затрат и эксплуатационных характеристик для технологий производства электроэнергии в коммунальном масштабе». Министерство энергетики США. Вашингтон. Февраль 2020 г. https://www.eia.gov/analysis/studies/powerplants/capitalcost/pdf/capital_cost_AEO2020.pdf
5. https://www.euro-petrole.com/dresser-rand-business-delivers-offshore-combined-cycle-power-plant-equipment-for-shellappomattox-deep-water-project-n-i-13678 8 (доступ 27 июля 2022 г. ). Shell Appotomax, euro-petrole.com
6. Талакар А. «Электростанции с комбинированным циклом могут помочь обезуглероживанию морских добывающих компаний». Декабрь 2021 г. https://www.offshore-mag.com/production/article/14209801/siemens-combined-cycle-power-plants-may-help-offshore-producers-decarbonize (по состоянию на
   27 июля 2022 г.).
7. https://www.modec.com/news/assets/pdf/20210603_pr_Bacalhau_epci_en.pdf (по состоянию на 27 июля 2022 г.). Эквинор Бакальяу.

Установка комбинированного цикла для производства электроэнергии — Введение

В чем разница между простым циклом и комбинированным циклом?

Термин «комбинированный цикл» относится к объединению нескольких термодинамических циклов для выработки энергии. В комбинированном цикле используется парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG), который улавливает тепло от высокотемпературных выхлопных газов для производства пара, который затем подается на паровую турбину для выработки дополнительной электроэнергии.

В режиме комбинированного цикла электростанции могут достигать электрического КПД до 60 процентов. Процесс создания пара для производства работы с помощью паровой турбины основан на цикле Ренкина.

Газотурбинная установка с комбинированным циклом (ПГУ)

Наиболее распространенный тип электростанции с комбинированным циклом использует газовые турбины и называется парогазовой установкой (ПГУ). Поскольку газовые турбины имеют низкий КПД в режиме простого цикла, мощность, производимая паровой турбиной, составляет около половины мощности парогазовой установки. Существует множество различных конфигураций электростанций ПГУ, но обычно каждая ГТ имеет свой собственный HRSG, и несколько HRSG подают пар на одну или несколько паровых турбин. Например, на станции в конфигурации 2×1 две линии ГТ/КУ питают одну паровую турбину; также могут быть аранжировки 1×1, 3×1 или 4×1. Паровая турбина рассчитана на количество и мощность питающих ГТ/КУ.

Как работает электростанция комбинированного цикла?

Котел-утилизатор представляет собой теплообменник или, скорее, серию теплообменников. Его также называют котлом, так как он создает пар для паровой турбины, пропуская поток горячих выхлопных газов из газовой турбины или двигателя внутреннего сгорания через ряд труб теплообменника. Котел-утилизатор может использовать естественную циркуляцию или использовать принудительную циркуляцию с помощью насосов. Когда горячие выхлопные газы проходят мимо труб теплообменника, в которых циркулирует горячая вода, тепло поглощается, вызывая образование пара в трубах. Трубы расположены в секциях или модулях, каждая из которых выполняет свою функцию при производстве сухого перегретого пара. Эти модули называются экономайзерами, испарителями, пароперегревателями/подогревателями и подогревателями.

Экономайзер представляет собой теплообменник, предварительно нагревающий воду до температуры насыщения (точки кипения), которая подается в толстостенный паровой барабан. Барабан расположен рядом с оребренными трубами испарителя, по которым циркулирует нагретая вода. Когда горячие выхлопные газы проходят мимо труб испарителя, тепло поглощается, вызывая образование пара в трубах. Пароводяная смесь в трубах поступает в паровой барабан, где происходит отделение пара от горячей воды с помощью влагоотделителей и циклонов. Отделенная вода рециркулирует в испарительные трубы. Паровые барабаны также выполняют функции хранения и очистки воды. Альтернативной конструкцией паровых барабанов является прямоточный HRSG, в котором паровой барабан заменен тонкостенными компонентами, которые лучше подходят для обработки изменений температуры выхлопных газов и давления пара во время частых пусков и остановок. В некоторых конструкциях канальные горелки используются для добавления тепла к потоку выхлопных газов и увеличения производства пара; их можно использовать для производства пара даже при недостаточном потоке выхлопных газов.

Насыщенный пар из паровых барабанов или прямоточной системы направляется в пароперегреватель для производства сухого пара, необходимого для паровой турбины. Подогреватели расположены в самом холодном конце газового тракта котла-утилизатора и поглощают энергию для предварительного нагрева жидкостей теплообменника, таких как смеси воды и гликоля, таким образом извлекая наиболее экономически целесообразное количество тепла из выхлопных газов.

Перегретый пар, производимый котлом-утилизатором, подается на паровую турбину, где он расширяется через лопатки турбины, придавая вращение валу турбины. Энергия, поступающая на приводной вал генератора, преобразуется в электричество. После выхода из паровой турбины пар направляется в конденсатор, который направляет конденсированную воду обратно в HRSG.

 

Вопросы проектирования ПГУ

Конструкции и конфигурации пароутилизаторов и паровых турбин зависят от характеристик выхлопных газов, потребности в паре и ожидаемой работы электростанции. Поскольку температура выхлопных газов газовой турбины может достигать 600ºC, котлы-утилизаторы для газовых турбин могут производить пар с несколькими уровнями давления для оптимизации рекуперации энергии; таким образом, они часто имеют три набора модулей теплообменника — один для пара высокого давления (ВД), один для пара среднего давления (ПД) и один для пара низкого давления (НД).

Давление пара высокого давления на большой парогазовой установке может достигать 40–110 бар. При использовании котла-утилизатора с несколькими давлениями паровая турбина обычно имеет несколько точек впуска пара. В трехступенчатой ​​паровой турбине пар ВД, ПД и НД, произведенный котлом-утилизатором, подается в турбину в разных точках.

Когенерационные установки-утилизаторы создают эксплуатационные ограничения для парогазовой электростанции. Поскольку котлы-утилизаторы расположены непосредственно за газовыми турбинами, изменения температуры и давления выхлопных газов вызывают термические и механические нагрузки. Когда электростанции ПГУ используются для работы в режиме следования за нагрузкой, характеризующейся частыми пусками и остановками или работой с частичной нагрузкой для удовлетворения меняющегося спроса на электроэнергию, такая цикличность может вызвать тепловой стресс и возможное повреждение в некоторых компонентах котла-утилизатора. Паровой барабан высокого давления и коллекторы пароперегревателя в большей степени подвержены сокращению механического ресурса, поскольку они подвергаются воздействию самых высоких температур выхлопных газов. Важными конструктивными и эксплуатационными соображениями являются температуры газа и пара, которые могут выдерживать материалы модуля; механическая устойчивость к турбулентному потоку выхлопных газов; коррозия труб котлов-утилизаторов; и давление пара, которое может потребовать более толстостенных барабанов. Чтобы контролировать скорость повышения давления и температуры в компонентах HRSG, можно использовать байпасные системы для отвода части выхлопных газов ГТ от попадания в HRSG во время запуска.

Котел-утилизатор нагревается дольше из холодных условий, чем из горячих. В результате количество времени, прошедшее с момента последнего отключения, влияет на время запуска. Когда газовые турбины быстро разгоняются до нагрузки, температура и поток в котле-утилизаторе могут еще не достичь условий для производства пара, что вызывает перегрев металла, поскольку поток охлаждающего пара отсутствует. В конфигурациях 1×1 работа паровой турбины напрямую связана с работой газовой турбины/утилизатора, что ограничивает скорость, с которой электростанция может разгоняться до нагрузки. Условия пара, приемлемые для паровой турбины, диктуются тепловыми ограничениями конструкции ротора, лопатки и корпуса.

Оборудование для контроля выбросов оксидов азота (NOx) и монооксида углерода (CO) интегрировано в HRSG. Поскольку эти системы эффективно работают в узком диапазоне температур газа, их часто устанавливают между модулями испарителя.

Гибкий комбинированный цикл:
Электростанция Flexicycle

_{Электростанция Flexicycle на основе двигателей внутреннего сгорания}

Электростанция Flexicycle представляет собой электростанцию ​​комбинированного цикла с уникальными характеристиками, работающую на газе Wärtsilä или на двухтопливном сгорании двигатели. Поскольку двигатели внутреннего сгорания преобразовывают больше энергии топлива в механическую работу, они имеют более высокую эффективность простого цикла, в среднем около 50 процентов. Выхлопные газы поршневых двигателей внутреннего сгорания имеют температуру около 360ºC, что намного ниже температуры выхлопных газов ГТ. Из-за более низкой температуры выхлопных газов котлы-утилизаторы, предназначенные для электростанций с двигателями внутреннего сгорания, имеют гораздо более простую конструкцию, создавая пар при одном уровне давления – примерно 15 бар. Процесс паровой турбины увеличивает эффективность электростанции Flexicycle примерно на 10-20%.

Электростанция Flexicycle на основе двигателей внутреннего сгорания

На электростанции Flexicycle каждая генераторная установка с двигателем внутреннего сгорания имеет соответствующий HRSG. Перепускные клапаны используются для управления подачей пара в паровую турбину, когда двигатель не работает. Один двигатель может использоваться для предварительного прогрева паром всех котлов-утилизаторов-утилизаторов, чтобы поддерживать их в горячем состоянии и обеспечить быстрый запуск. Электростанции с гибким циклом сочетают в себе преимущества высокой эффективности в простом цикле и модульность нескольких двигателей, питающих паровую турбину.