қондырғыда жұмыстық дене ретінде отынның жану өнімдері мен қыздырылған ауа (газ турбинасында), бу (бу трубинасында) немесе бір турбинадағы бу-газ қоспасы пайдаланылады. Бу-газ турбиналы қондырғының газ турбиналы қондырғыларға қарағанда артықшылығы — жұмыстық дененің бастапқы температурасы жоғары, ал әкетілетін жылу температурасы төмен болады. Бу-газ турбиналы қондырғының бірнеше сұлбасы бар, олардың ішінде біріктірілген қондырғылар көп қолданылады. Оларда газ турбинасының жану камерасына барлық пайдаланылатын отынның (табиғи газ, мазут) тек 20%-і ғана жіберіледі. Газ турбинасы арқылы өткен, құрамында жануға қатыспаған оттегі бар жану өнімдері бу турбинасының оттығына келіп түсіп, онда басқа отынмен (сапасы төмен) бірге жанады. Газ турбинасына келіп түсетін газдың бастапқы температурасы жоғары болған сайын утилизатор-қазандармен жабдықталған сұлбалардың артықшылығы байқалады. Мұндай Бу-газ турбиналы қондырғыда бастапқы температурасы кезінде (пайдалы әсер коэффициенті шамамен 50%) отын шығыны 270 кВтсағ-қа азаяды.
3.3 Бу-газ қондырғысының артықшылығы
Бугазды қондырғы – ең үнемді қозғалтқыш, ол электр энергиясын өндіруге арналған. 3.1-суретте олардың дамуы бойынша БГҚ ПӘК-інің өзгерісі көрсетілген. 1 қисық сызықта теориялық деп аталатын ПӘК-і
болады, яғни максималды ПӘК-і және ол газ шығыры алдындағы температура деңгейіне жеткен кезде ғана алынады. ГТҚ бар бір контурлы БГҚ, оның бастапқы температурасы 10000С, абсолютты ПӘК-і 42% пайыз болуы мүмкін, ол теориялық БГҚ ПӘК-тің 63% ғана құрайды. Аралық аса қыздырғышы бар үшконтурлы БГҚ ПӘК-і қазіргі кезде 60% жетті, ол теориялық мүмкін болатын деңгейдің 82% құрайды. ПӘК-ін жоғарылатуға болатыны туралы мүмкіндік әлі де бар. Бірақ барлық мәселе, бұл жоғарылату қазіргі уақытта қанша құрайтынында.
Бу-газды қондырғы – экологиялық жағынан ең таза қозғалтқыш. Бірінші кезекте, оның ПӘК-і жоғары – себебі оның электер энергияға айналдыра алмаған отындағы барлық жылуы қоршаған ортаға шығарылады және оның жылулық ластануы басталады. Сондықтан БГҚ шығатын жылулық заттарын төмендету букүштікпен салыстырғанда сол дәрежеде болады, электр энергиясын өндіруге кететін отын шығысының төмендігі қандай болғандай.
Ары қарай БГҚ азот оксидінің (NOx) шығысы әлдеқайда төмен, ол ГТҚ газ жағылатындықтан емес, көптеген букүштік ЖЭС көмірде жұмыс істейді, сондықтан энетргетикалық қазандардың ошақтарында диффузионды жағу әдісі қолданылады, оның ауа артықтығы жоғары және жоғары температура кезінде отын-ауалық қоспаның ұзақ келуінен.
Бу-газды қондырғының қозғалтқышы оңтайлылықты, ол жағынан тек автономды ГТҚ салыстырыла алады. ӨЖҚ потенциалды жоғары оңтайлылығы оның сұлбасындағы ГТҚ болуынан және жүктемесінің өзгерісі бірнеше минуттарда болады. БГҚ осы потенциалды оңтайлылық мүмкіншіліктер байпасты құбырмен қамтамасыз етілуі қажет.
БГҚ терең жүктемелі үшін ол көпбілікті болуы қажет.
Букүштік және бугазды ЖЭС-ның бірдей қуаты кезінде БГҚ-ның салқындаған суды қолдануы екі есеге кем. Бұл БГҚ букүштік бөлігінің қуаты жалпы қуаттың 1/3 бөлігін құрайды, ал ГТҚ салқындаған суды қажет етпейді.
БГҚ қуатының орнатылған бірлігінің бағасы қолжетімді. Ол құрылыс бөлімінің аз өлшемділігіне, қиындатылған энергетикалық қазандықтың, қымбат түтін мұржасының, қоректік судың жаңғыртулы жылыту жүйесінің болмауына, анағұрлым қарапайым бу шығыры мен сондай техникалық сумен қамтамасыздандыру жүйесі қолданылуына байланысты.
БГҚ құрылымдық айналымы аз. Бірбілікті БГҚ-ны сатылы енгізуге болады. Бұл қаржыландыру мәселесін жеңілдетеді.
Бугазды қондырғының негізінде жетіспеушіліктері аз, сондықтан нақты жабдық пен отынға қойылған талаптар мен шектеулер туралы айтқан дұрыс. Айтып отырған қондырғы, табиғи газды пайдаланады. Күрделі сұрыптағы сұйық және қатты отынды пайдалану үшін отынды дайындаудың күрделі жүйесі және пайда болған газды тазалауды қажет етеді, ол ПӘК-і төмендеуіне алып келеді (42-44% дейін). Сонымен, энергетика үшін пайдаланылатын газдың мөлшері Ресейде салыстырмалы түрде 60% құрайды және оның жартысы ЖЭО-да экологиялық құраулар бойынша пайдаланылады және ол БГҚ құру үшін барлық мүмкіншіліктері бар.
Батыстың белгілі фирмаларымен ГТҚ-ның кең номенклатурасы құрылған (3 кестені қараңыз), ол іс жүзінде тапсырыс берушілердің барлық талаптарын орындаушы және бұл ГТҚ БГҚ-ны құру үшін арналған.
Сондықтан бу-газ қондырғысы жаңа заман энергетикасында қарқынды өсуде, бұл қондырғының кемшілігі жоқ деп те айтуға болады.Шет елдерде бу-газ қондырғысын қолданады.
4.1 Қазіргі заманғы газ турбиналы қондырғылары.
Қазіргі заманғы газ турбиналы қондырғы (ГТҚ) – бұл ауа сығымдағышының, газ турбинасы мен жану құтысының, сондай-ақ оның жұмысын қамтамасыз ететін қосымша жүйенің жиынтығы. Газ турбиналы қондырғы мен электр өндіргішінің жиынтығын газ турбиналы агрегат деп атайды.ГТҚ-лар бугазды қондырғылардан аса көп әртүрлілігімен ерекшеленеді. Мәселен көп қолданылатын және аса дамыған жай циклды газ турбиналы қондырғыны қарастырайық. Ауа атмосферадан айналатын және қозғалмайтын тордан құралған негізгі бөлігі бар роторлы шығырмашинасынан тұратын ауа сығымдағышының кірісіне түседі. Сығымдағыштан кейінгі қысымның рb сығымдағыш алдындағы қысымға рa қатынасын ауа сығымдағышының сығу дәрежесі деп аталады және әдетте ол
кк = pb/pa) деп белгіленеді. Сығымдағыш роторы газ турбинасына
жалғанған. Сығылған ауа ағыны бір, екі немесе одан да көп жану құтыларына беріледі. Көп жағдайда сығымдағыштан шығатын ауа ағыны екі ағынға бөлінеді. Бірінші ағын оттық құрылғыларына бағытталады, оларға сондай ақ отын (сұйық немесе газтәріздес) бағытталады. Отын жағылған кезде жоғары ыстықтықты жану өнімдері түзіледі. Газ турбинасының жабдықтарына арнайы жіберілетін ыстықтығы бар газды алу үшін жану өнімдеріне екінші ағынның суық ауасы салыстырмалы түрде қосылады.
рс (рс < рb жану құтысының сұйықағулық кедергісінен болатын) қысымымен жұмыстық газ турбинасының ағындық бөлігіне беріледі. Газ турбинасының жұмыс істеу принципі бугазды қондырғының жұмыс істеу принципінен ешқандай айырмашылығы жоқ (оның ерекшелігі газ шығыры бумен емес, жану өнімдерімен жұмыс істеуінде жатыр).
Газ турбинасындағы жұмыстық газ іс жүзінде атмосфералы қысымға pd дейін кеңейіп, шығу кеңітпесіне түседі, және одан шығып – немесе бірден түтін құбырына, немесе ГТҚ-ның шығар газдарының жылуын қолданатын қайсыбір жылуалмастырғышқа.
Газ турбинасында газдың кеңеюі салдарынан соңғысы қуат өндіреді. Оның көп бөлігі (шамамен жартысы) шығыр жетегіне кетеді, ал қалған бөлігі
– электрөндіргіштің жетегіне. Бұл таңбалауында көрсетілетін ГТҚ-ның пайдалы қуаты болып табылады. жай ГТҚ-ы бір сығымдағыштан, біркелкі шартпен жұмыс істейтін бір немесе бірнеше жану құтыларынан, бір газ турбинасынан құралады. Бұдан басқа күрделі циклді ГТҚ-ры бар.
Олар сығымдағыш, шығыр мен жану құтыларынан құралуы мүмкін. Жиірек осы типті ГТҚ-на 70-ші жылдары құралған ГТ-100-750 жатады. Ол екі білікті болып орындалған. Бір білігінде жоғары қысымды сығымдағыш ЖҚС және оны жалғанған жоғары қысымды шығыр ЖҚШ орналасқан; бұл білікте айнымалы айналу жиілігі бар. Екінші білікте төменгі қысымды шығыр ТҚШ, оған жалғанған төмен қысымды сығымдағыш пен электрөндіргіш ЭӨ орналасқан; сондықтан да бұл біліктің тұрақты айналу жиілігі 50 с-1 .
ГТҚ-сы шығар газдарының жоғары ыстықтығынан жоғары үнемділігімен ерекшеленбейді. Сүлбенің күрделенуі оның үнемділігін көтереді, бірақ та қаржысалынуының көтерілуін қажет етеді және пайдалануды қиындатады. Комплексті ауа тазалайтын құрылғыдан атмосфералық ауа шахтаға түседі, ал одан - ауа сығымдағыштың негізгі бөлігіне. Сығымдағышта ауаның сығылуы өтеді. к = 13—17 құрайды, сол себептен ГТҚ-ның трактісіндегі қысым 1,3—1,7 МПа-дан (13—17 ат) аспайды. Бұл ГТҚ-ның бу шығырынан тағы бір айырмашылығы болып табылады. өйткені бу қысымы ГТҚ-дағы газдың қысымынан 10 -15 есе көп.
Жұмыстық ортаның қысымы аз болса, тұрқы қабырғаларының қалыңдығы аз болады және оларды қыздыру жеңіл болады. Бұл ГТҚ-ны тездетеді, яғни тез іске қосу мен тез тоқтауға қабілетті жасайды. Егер бу шығырын қосуға оның күйінің бастапқы ыстықтығына байланысты 1 сағаттан бастап бірнеше сағат қажет етілсе, ГТҚ жұмысқа 10-15 мин кіреді.
Сығу кезінде сығымдағыштағы ауа қызады. Жалын құбыры қабырғасы мен жану құтысының тұрқысы арасындағы ауа оттық құрылғысына қарай қозғалады, оған тағы отын газы беріледі. Отын 1,3—1,7 МПа-ді жану құтысына берілетіндіктен газ ыстықтығы одан көп болуы керек. Жану құтысына жіберілетін отын шығысын реттеу мүмкіндігі үшін газ қысымы құтыдағы қысымнан екі есе көп болуы керек. егер осындай қысым алып келулік газ құбырында бар болса, онда газ жану құтысына газтарату пунктінен (ГТП) тікелей беріледі. Егер газ қысымы жеткіліксіз болса, ГТП мен құты арасына сығуды бітіретін газ сығымдағышын орнатады.
Отын газының шығыны шамамен сығымдағыштан түсетін ауа шығысының 1 – 15% -ын құрайды, сондықтан сығушы газ сығымдағышының жоғары үнемділігін түзу белгілі бір техникалық қиындықтарды көрсетеді.
Жалын құбырының ішінде жоғары ыстықтықты жану өнімдері түзіледі. Жану құтысының шығысында екіншілік ауаны араластырғаннан кейін ыстықтық төмендейді, бірақ типті қазіргі заманның ГТҚ-ында 1350 – 1400ºС дейін жетеді.
Жану құтсынан ыстық газдар газ турбинасының ағындық бөлігіне түседі. Газ турбинасынан кейін кеңістік не түтін мұржасымен, не сұйықағулық кедергісі үлкен емес жылуалмастырғышпен бірлесетіндіктен шығырда газ атмосфералық қысымға дейін кеңейеді.
Газ турбинасында газдың кеңейгенде оның білігінде қуат пайда болады. Бұл қуат біртіндеп ауа сығымдағышының жетегіне шығындалады, ал оның артығы – электр өндіргіш роторының жетегіне. ГТҚ-ның тағы бір сипатты ерекшелігі сығымдағыш газ шығыры көмегімен өсіп келе жатқан қуаттың жартысын қажет етуінен тұрады.
ГТҚ-нан кейін газ ыстықтығы өте жоғары және отын жағылғанда алынатын жылудың көп мөлшері түтін мұржасына кетеді. Сол себептен ГТҚ-
ның өзінің жұмысында оның п.ә.е. сондай үлкен емес: типті ГТҚ-ы үшін ол 35 – 36% құрайды, яғни БТҚ-ның п.ә.е.-не қарағанда өте аз.
Газ турбинасыан кейін кеңітпе – бірқалыпты кеңейетін канал орнатады. Мұндай ағыста газдың жылдам тегеуріні біртіндеп қысымға айналады. Бұл газ шығырынан кейін қысымды атмосфералыққа қарағанда төмендетеді. Бұл шығырдағы 1 кг газдың жұмысқабілеттігін жақсартады, сонымен қатар оның қуатын өсіреді.
Ауа сығымдағышы – бұл білігіне газ шығырынан қуат алып келінетін турбомашина: бұл қуат сығымдағыштың ағынды бөлігінен өтетін ауаға беріледі. Соның салдарынан ауа қысымы жану құтысындағы қысымға дейін көтеріледі.
4.2 Газ турбиналы жылу тәсілдеме қондырғылары
Газ турбиналы қондырғының (ГТҚ) жұмысы Карно циклымен өтеді. Отын сорғымен, ал ауа компрессормен жану камерасына жіберіледі. Жану
камерасынан шыққан жоғары қысымды және жоғары температуралы жану өнімдері газ турбинасында жұмыс атқарып, газ турбина роторын айналдырады сонымен электр генератор электр энергия өндіреді. Газ турбиналы қондырғылардың ең қарапайым сұлбасы 4.1-суретте көрсетілген.
4.1 Сурет - Газ турбиналы қондырғылардың (ГТҚ) ең қарапайым сұлбасы.
К-ауа компрессоры; ГТ-газ турбинасы; Г-электр генераторы; ПУоталдырғыш қондырғы (қозғалтқыш); Ф-ауа тазартқыш фильтр; КС-жану камерасы.
Газ турбиналы қондырғылардың бір неше түрлері болады – қарапайым, регенерациямен және екі валды, 4.2-сурет.
Қарапайым газ турбиналы қондырғыларларда жұмыс атқарған бірақ температурасы жоғары газдар газ турбинадан соң қоршаған ортаға тасталады. Сондықтан қарапайым газ турбиналы қондырғыларлардың тиімділігі төмен болады. Газ турбиналы қондырғыларлардың тиімділігін жоғарлату үшін регенерациясы бар әлде екі валды циклдар қолданылады.
Регенерациясы бар циклда турбинадан шыққан газдар ауа жылытқыштан өтіп жану құбылысқа берілетін ауаны жылытады, сонымен газ турбиналы қондырғының тиімділігі өседі. Екі валды газ турбиналы
қондырғыларда бір газ турбинадан шыққан газ екінші жану камерада қайтадан қыздырылып екінші газ турбинаға жіберіледі.
Регенерациясы бар және екі валды газ турбиналы қондырғылардың тиімділігі қарапайым газ турбиналы қондырғыларға қарағанда жоғары болады.
4.2 Сурет - Әр түрлі ГТҚ сұлбалары
а – қарапайым; б – регенерациямен; в – екі валды және екі жану камералы.
4.3 Сурет - Жабық циклды ГТҚ сұлбасы
АЖ-ауа жылытқыш; ГТ-газ турбинасы; Р-регенератор; АК-ауа компрессоры; ЭГ-электр генераторы; ОҚ-оталдырғыш қондырғы.
Газ турбиналы қондырғылар жағатын отын түрі өте сапалы болуы қажет, сондықтан газ әлде сұйық отын қолданылады. Қатты отын жағу үшін газ турбиналы қондырғыларды жабық циклды етіп жасауға болады. Бұл кезде жұмыс дене отыннан тек жылу алады, жану өнімдері (газ, күл) бөлек аластанады. Жұмыс атқарған дене қайта ошақтан жылу алып өтеді, сонымен цикл қайталанып отырады.
Қазіргі кезде бугаз турбиналы қондырғылар іске қосылды. Бұл кондырғыларда жоғары газқысымды бу генератор газ турбиналы циклына газ тәрізді жұмыс дене, ал онымен бірге бу турбиналы циклына бу тәрізді жұмыс дене өндіреді, 4.4-сурет.
4.4 Сурет - Бугаз турбиналы қондырғының сұлбасы
1 – ауа кірісі; 2 - компрессор; 3 – отын кірісі; 4 – жоғары газқысымды бу генератор (қазан); 5 – газ турбинасы; 6 - регенератор; 7 – газ жолы; 8 – бу жолы; 9 - бу турбинасы; 10 – конденсатор; 11 – қоректендіру насос; 12 - регенеративті жылытқыш; 13 – электргенератор.
Бугаз турбиналы қондырғының тағы бір түрі - бұл газ турбинадан шыққан түтін-газдың бу қазанның ошағына жіберіліп, жылуы бу турбинада пайдаға асуы, 4.5-сурет. Бу қазанға газ аластайтын бугаз турбиналы қондырғының (4.5-суретті қара) ерекшілігі - бу қазанда қатты отын түрін қолдануға болатыны.