White paper - Istotne czynniki i parametry pomiarowe dla turbin gazowych
oraz ich znaczenie dla optymalizacji wydajności i emisji.
Turbiny gazowe i obszary ich zastosowania w przemyśle
Ze względu na swoje szczególne osiągi w zakresie obciążeń szczytowych, turbiny gazowe okazały się kluczowymi i niezawodnymi komponentami w wielu zastosowaniach przemysłowych. Turbiny gazowe są szczególnie często wykorzystywane w energetyce i ogrzewnictwie, a także w przemyśle naftowym i gazowym. W przemysłowych dostawach energii turbiny gazowe zapewniają pokrycie maksymalnego zapotrzebowania i produkcję ciepła. Powszechnymi obszarami zastosowań są elektrownie z turbinami gazowymi, elektrownie kogeneracyjne i elektrociepłownie. Połączenie turbin gazowych i parowych zapewnia szczególnie wysoką wydajność energetyczną. W przemyśle naftowym i gazowym turbiny gazowe są wykorzystywane jako mechaniczne napędy pomp, sprężarek i generatorów w procesie wydobycia i przetwarzania surowców. Turbiny gazowe są zasilane paliwami ciekłymi i gazowymi, takimi jak gaz ziemny, benzyna, olej napędowy, olej opałowy lub ropa naftowa. Aby zoptymalizować proces wykorzystujący paliwo i spaliny w celu uzyskania maksymalnej wydajności, kluczowa jest złożona interakcja między parametrami spalin a ustawieniami procesu spalania w turbinie gazowej - podstawa optymalnej wydajności. Ważne jest, aby technik serwisowy rozumiał, jak działa proces spalania i jaki jest wpływ poszczególnych mierzonych zmiennych na wydajność i emisję zanieczyszczeń przez turbiny gazowe.
Działanie i efektywność turbin gazowych
Turbiny gazowe to silniki spalinowe, które składają się z trzech podzespołów: sprężarki wstępnej, centralnej komory spalania i turbiny właściwej (Rys. 2). W zależności od zastosowania i obszaru użytkowania turbiny gazowe różnią się konstrukcją, sprawnością i rozmiarem. Jednak zasada ich działania jest zawsze taka sama i opiera się na procesie cyklu termodynamicznego, określanego mianem efektu Joule’a-Thomsona (lub: zjawiskiem Joule’a-Thomsona). Powietrze jest sprężane przez łopatki co najmniej jednego stopnia sprężarki, a następnie miesza się z gazowym lub ciekłym paliwem w komorze spalania, ulega zapłonowi i spala.
Z tej mieszaniny sprężonego powietrza i gazów spalinowych wytwarzany jest gorący gaz, który może osiągać temperaturę +1000°C, który z kolei przemieszcza się do znajdującego się dalej komponentu turbiny i rozpręża się. Energia cieplna jest przekształcana w energię mechaniczną. Następnie w turbinie rozprężnej bogate w energię, gorące spaliny rozprężają się do wartości równej niemal ciśnieniu otoczenia, tracąc swoją prędkość. W procesie rozprężania spaliny przekazują moc do turbiny. Około 2/3 tej mocy jest potrzebne do napędzania sprężarki (wlot powietrza). Bezpośrednio sprzężony generator przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną. Około 1/3 mocy wyjściowej pozostaje dostępna po stronie niskiego ciśnienia dla drugiego napędu, na przykład do napędzania generatora, wirnika, sprężarki lub pompy, zanim gorący gaz zostanie skierowany do kotła odzysku ciepła w celu ogrzewania budynków.
Prawidłowa analiza stężenia gazów spalinowych
Stężenie uwalnianych spalin dostarcza ważnych informacji na temat wydajności spalania i możliwości jej zwiększenia. Wartości CO i NOx dostarczają informacji o aktualnym stanie systemu i zgodności z limitami emisji. Dopływ powietrza między bogatym i ubogim oraz skorelowana temperatura komory spalania wpływają na zachowanie emisji turbiny gazowej.
Wyzwania związane z uruchamianiem, obsługą i serwisowaniem turbin gazowych
Podczas pomiaru emisji z turbin gazowych wyzwaniem jest dokładny pomiar zarówno przy bardzo niskich, jak i wysokich stężeniach gazu. Optymalnie wyregulowane turbiny gazowe emitują tylko niskie wartości CO i NOx (<10 ppm) w prawidłowym punkcie pracy. Niemniej jednak, wysokie stężenia gazu mogą wystąpić, gdy instalacja jest uruchamiana na przykład w celach testowych. Zmniejszenie emisji NO2 i uniknięcie strat ciśnienia w komorze spalania są również ważnymi czynnikami dla wydajnej pracy turbiny gazowej.
Zarejestruj się, aby pobrać bezpłatną publikację.
