Centrală termoelectrică cu ciclu combinat

O centrală termoelectrică cu ciclu combinat este o centrală termoelectrică în care există două cicluri termodinamice în serie, crescând astfel eficiența termodinamică în comparație cu ambele cicluri izolate și utilizând mai bine combustibilul.

Schema ciclului combinat.

Descriere

ilustrare în planul Ts al unui ciclu combinat

Primul ciclu are în general aerul ca fluid, care trece printr-un ciclu Brayton-Joule , format din două transformări adiabatice și două transformări izobarice și este egal cu ciclul prezent în centralele electrice cu turbină cu gaz cu un ciclu simplu. În general, acesta este un ciclu deschis și nu închis, deoarece fluidul de aer este ușor disponibil.

Al doilea ciclu are apa ca fluid, care trece printr-un ciclu Rankine caracterizat prin schimbarea stării : la început este în stare lichidă și în generatorul de abur de recuperare trece apoi la starea vaporilor de apă . Ciclul este deci compus din două transformări adiabatice și două izobarice (în corespondență cu schimbarea de stare, izobaricele sunt și izoterme). În general, acesta este un ciclu închis și nedeschis, deoarece apa purificată nu este ușor de găsit.

Funcționarea unei centrale electrice cu ciclu combinat poate fi interpretată fizic ca cuplarea a două centrale electrice mai simple: o centrală pe gaz și o centrală tradițională cu abur . Într-o instalație cu gaz, fluidul de funcționare (aerul) funcționează la temperaturi foarte ridicate, iar în secțiunea „evacuare” cu coșul spre exterior, produsele de ardere emise au încă un conținut termic considerabil și, prin urmare, sunt exploatabile în continuare. Într-o centrală electrică cu ciclu combinat, gazele de eșapament, după ce au trecut printr-o turbină cu gaz și, prin urmare, au produs lucrări mecanice , sunt transportate în interiorul unui schimbător de căldură și utilizate pentru a efectua faza de încălzire (și, prin urmare, evaporarea ) apei din ciclul de lucru. a unei centrale electrice cu abur clasice, care funcționează de obicei la temperaturi mai scăzute decât un ciclu de gaze. Aburul obținut din acest ciclu este apoi extins într-o turbină cu aburi ulterioară producând lucrări mecanice. Tocmai această diferență de temperaturi caracteristice între cele două cicluri termodinamice permite reutilizarea căldurii reziduale din ciclul gazelor ca căldură de evaporare în favoarea ciclului de abur .

Plantele de acest tip se numesc neincendiate , adică cu cazan de recuperare fără arzătoare auxiliare (post-arzător); în acest caz există o prevalență clară a puterii turbinei cu gaz față de cea a turbinei cu abur. Există varianta tras (cu postcombustie), în care gazele de evacuare a turbinei sunt folosite ca comburant în arzătoarele cazanelor, care generează abur cu caracteristici similare cu cele ale instalațiilor mari de abur.

Avantajul acestui tip de tehnologie este consumul mai mic de metan pentru aceeași energie produsă, întrucât numai faza de încălzire a ciclului gazului se realizează prin arderea gazului natural (sau a altor combustibili), în timp ce faza paralelă a evaporarea în ciclul de abur are loc prin recuperarea căldurii disponibile în gazele de eșapament ale centralei de gaze. Prin urmare, utilizarea unei cantități mai mici de combustibil crește eficiența sistemului și acesta este raportul dintre munca obținută și energia consumată. Pentru o centrală termoelectrică tradițională, randamentul este de aproximativ 40%, în timp ce într-o centrală cu ciclu combinat randamentul atinge vârfuri de 60%.

Repowering

Repowering-ul este o tehnică care face posibilă îmbunătățirea performanței instalațiilor de abur existente prin instalarea unei unități de turbină cu gaz prin reutilizarea unei părți a utilajelor deja în funcțiune.

Reaprovocarea apei de alimentare constă în preîncălzirea apei de alimentare a sistemului de abur cu recuperarea gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz folosind schimbătoarele regenerative și astfel suprimarea sângerării aburului în turbină. Această tehnică poate fi utilizată numai dacă turbina cu abur de joasă presiune și condensatorul pot funcționa la un debit mai mare datorită îndepărtării sângerărilor. Aceasta este o tehnică non-optimă din punct de vedere termodinamic, deoarece schimbul de căldură are loc la temperaturi foarte diferite. Eficiența crește cu aproximativ 2 puncte procentuale, cu toate acestea modificările sistemului sunt minime și fac din scurtimea și simplitatea instalării punctul lor forte.

La refolosirea recuperării căldurii, gazele de eșapament ale turbinei cu gaz sunt utilizate pentru a produce aburul care alimentează turbina într-un cazan de recuperare care înlocuiește complet generatorul de abur . Prin urmare, este o soluție neacoperită care poate fi utilizată numai dacă puterea turbogazului este crescută în mod adecvat decât cea a unității de abur, deci în principal pentru instalațiile termoelectrice mici existente (aproximativ 150 MW sau mai puțin). În fața unei creșteri foarte mari a puterii (aproximativ 200%), eficiența crește până când atinge valori de 50%, reprezentând astfel o soluție foarte eficientă din punct de vedere energetic, dar care necesită schimbări drastice ale sistemului.

O tehnică intermediară de refolosire a cazanului implică utilizarea gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz (cu un conținut de oxigen de aproximativ 15%) ca combustibil în arzătoarele sistemului de abur pentru a înlocui sau a completa aerul primar. Contribuția de entalpie a gazelor de eșapament este ridicată, reducând astfel debitul de combustibil necesar pentru aceeași capacitate a cazanului. Creșterea puterii este de aproximativ 40%, iar această soluție este cea mai performantă dintre cele trei ^[1] . Cu toate acestea, necesită modificări mai semnificative ale sistemului, care sunt în mod evident urmate de costuri mai mari de instalare și perioade de nefuncționare mai lungi.

Notă

Elemente conexe

• generator de aburi
• turbină cu abur

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere ale centralei termoelectrice cu ciclu combinat