Cyklus plynové turbíny: 5 důležitých faktů, které byste měli vědět

Existují dva typy otevřeného a uzavřeného cyklu plynové turbíny. Termodynamický cyklus použitý v plynové turbíně je Braytonův cyklus

V Braytonově cyklu se vzduch používá jako pracovní tekutina. Kompresor natlakuje vzduch a poté jej nechá zapálit rozprášením paliva. Generovaný vysokoteplotní plyn je dále rozšiřován v plynové turbíně na čistý pracovní výkon.

Braytonův cyklus se skládá ze čtyř významných procesů uvedených v tabulce níže,

Proces 1-2Isentropická komprese (v kompresoru)
Proces 2-3Přidávání tepla konstantním tlakem (ve spalovací komoře)
Proces 3-4Izentropická expanze (v turbíně)
Proces 4-1Odmítnutí tepla při konstantním tlaku (výfuk)

V cyklu plynové turbíny je široce používaným cyklem plynová turbína s uzavřeným cyklem. Ke zvýšení výkonu cyklu existuje několik metod. Elektrárna s plynovou turbínou může poskytovat rychlý výstupní výkon ve srovnání s tepelnými elektrárnami na bázi uhlí.

Cyklus plynové turbíny
Cyklus plynové turbíny Úvěr Wikipedia

Součásti cyklu plynové turbíny

Cyklus plynové turbíny má čtyři hlavní součásti. Další komponenty slouží ke zvýšení výkonu

  • 1. Kompresor
  • 2. Spalovací komora nebo spalovací komora
  • 3. Turbína
  • 4. Kondenzátor
  • 5. Regenerátor výměník tepla
  • 6. Mezichladič
  • 7. Ohřívač

Funkce každé komponenty je předdefinována v cyklu plynové turbíny. V plynové turbíně s otevřeným cyklem je atmosférický vzduch stlačován kompresorem. Teplota vzduchu je zvýšena natolik, že se ve spalovacím zařízení vznítí palivo. Po spalování je vysokoteplotní plyn dodáván do turbíny. V důsledku expanze tohoto plynu se lopatka turbíny otáčí. Hřídel turbíny se otáčí konstantním výkonem.

Plynová turbína s uzavřeným cyklem pracuje na principu Braytonova cyklu (Jouleův cyklus). V cyklu plynové turbíny je typ použitého kompresoru rotační k natlakování vzduchu isentropicky. Tento vyšší tlak vzduchu je dodáván do spalovacího motoru. V spalovacím zařízení se teplota vzduchu zvyšuje při konstantním tlaku. Pro plynovou turbínu jsou k dispozici dva typy spalovacích zařízení.

1) Radiální nebo prstencový typ 2) Může psát

Ohřátý vzduch ze spalovací komory se nechá expandovat v turbíně pro výrobu energie. Elektrický generátor se používá s turbínou k přenosu mechanické energie v elektrické energii.

Proces expanze se provádí při konstantní entropii (izentropické). Po expanzi se plyn ochlazuje do kondenzátoru. Kondenzátor je jeden typ výměníku tepla s vodou jako chladicí kapalinou.

Ochlazený plyn se opět dostává ke kompresoru. Tento proces se bude nepřetržitě opakovat pro konstantní generování energie.

Cyklus plynové turbíny s regenerátorem

Regenerátor je jednou ze správných metod ke zvýšení účinnosti cyklu plynové turbíny.

Protiproudý výměník tepla (regenerátor) slouží k výměně tepla z výfukových plynů turbíny na stlačený vzduch opouštějící kompresor.

Tepelná energie cyklu plynové turbíny se zvyšuje díky opětovnému využití odpadního tepla. Dá se říci, že regenerace snižuje spotřebu paliva (snížením tepelného příkonu). Metoda regenerace může zvýšit tepelná účinnost plynové turbíny rostlina v rozmezí 35 až 40 %. Regenerátor způsobuje menší tlakovou ztrátu v systému. Výkon mírně poklesl v důsledku tlakové ztráty.

Ačkoli jsou vyžadovány náklady a údržba regeneračního cyklu, celkový přínos je pravděpodobnější. Ve srovnání s náklady na palivo je cyklus regenerační plynové turbíny velmi výhodný.

Praktický příklad plynové turbíny s uzavřeným cyklem

Plynová turbína s uzavřeným cyklem má potenciál dodávat rychlé a nepřetržité napájení pomocí následujících zdrojů tepla.

  • Fosilní palivo
  • Energie z biomasy
  • Sluneční energie (koncentrovaná sluneční energie)
  • Zdroj jaderné energie
  • Rekuperace odpadního tepla
  • Geotermální energie
  • Hybridní zdroj energie
  • Obnovitelné palivo

Cyklus plynové turbíny lze spojit s jakýmkoli výše uvedeným zdrojem tepla. Ostatní komponenty jako kompresor, turbína a kondenzátor v cyklu plynové turbíny zůstávají stejné. Zdroj tepla se může od výše uvedených příkladů lišit podle požadavku na výkon a energii. Široce používaným palivem pro plynovou turbínu je zemní plyn nebo LPG (zkapalněný ropný plyn). Tyto přírodní plyny jsou dobře známé pro použití díky svým vlastnostem spalování a čistotě. Turbína podobná 400 GE pracuje na palivovou naftu, ropu nebo těžké palivo.

Tato technologie se také zaměřuje na snížení emisí uhlíku. Turbína poháněná vodíkem byla vyvinuta za účelem snížení znečištění. Jak víme, vodík má obrovský potenciál pro budoucí energii. Tuto turbínu lze flexibilně využít ve stávajících i nových elektrárnách ke snížení emisí.

Mezichladění a ohřev v cyklu plynové turbíny

Intercooling a dohřívání je dodatečné uspořádání cyklu plynové turbíny.

Vzduch se ochlazuje mezi dvěma fázemi komprese v mezichlazení. Tento proces může snížit kompresní práci a výkon cyklu plynové turbíny. Při opětovném zahřívání se horké spaliny z turbíny znovu ohřívají, aby se expandovaly v jiné turbíně.

Ohřev je lepší než zvýšení práce turbíny. Ohřev a mezichladění jsou způsoby pro zlepšení specifického výkonu a tepelné účinnosti cyklu plynové turbíny.

Ohřívání
Ohřev v plynové turbíně
Coling
Intercooling v plynové turbíně

Nejčastější dotazy

Proč se v kompresorech používají mezichladiče?

Mezichladič je cennou součástí mezi fázemi kompresorů.

V různých stupních kompresoru může vysoká teplota plynu z prvního stupně snížit výkon druhého stupně kompresoru.

Mezichladič je instalován mezi dvěma stupni kompresoru. Horký vzduch z prvního stupně je ochlazen v mezichladiči a poté dodáván pro kompresi druhého stupně.

Vysoká teplota zabírá větší objem kompresoru díky větší mezimolekulární vzdálenosti. Funkce tohoto zařízení je snížit tuto hlasitost. Snížení objemu je výhodnější pro zvýšení tlaku.

Během mezichladění se vodní páry tvoří v důsledku ochlazování vzduchu. Je nutné oddělit vodní páry ze vzduchu. Je to také hlavní funkce mezichladiče pro přívod suchého vzduchu do druhého stupně.