Istnieją dwa rodzaje cyklu otwartego i zamkniętego turbiny gazowej. Cykl termodynamiczny stosowany w turbinie gazowej to Cykl Braytona
Powietrze jest używane jako płyn roboczy w cyklu Braytona. Sprężarka zwiększa ciśnienie powietrza, a następnie pozwala mu się zapalić, rozpylając na nim paliwo. Wytworzony gaz wysokotemperaturowy jest dalej rozprężany w turbinie gazowej do wydajności netto.
Cykl Braytona składa się z czterech istotnych procesów podanych w poniższej tabeli:
| Proces 1-2 | Kompresja izentropowa (w kompresorze) |
| Proces 2-3 | Dodatek ciepła o stałym ciśnieniu (w komorze spalania) |
| Proces 3-4 | Ekspansja izentropowa (w turbinie) |
| Proces 4-1 | Odprowadzanie ciepła przy stałym ciśnieniu (wylot) |
W cyklu turbiny gazowej szeroko stosowanym cyklem jest turbina gazowa o obiegu zamkniętym. Istnieje kilka metod stosowanych w celu zwiększenia wydajności cyklu. Elektrownia z turbiną gazową może dawać szybką moc wyjściową w porównaniu z elektrowniami cieplnymi opartymi na węglu.
Elementy obiegu turbiny gazowej
Istnieją cztery główne elementy cyklu turbiny gazowej. Dodatkowe komponenty służą do zwiększenia wydajności
- 1. Kompresor
- 2. Komora spalania lub komora spalania
- 3. Turbina
- 4. Skraplacz
- 5. Regenerator wymiennik ciepła
- 6. Chłodnica powietrza doładowującego
- 7. Nagrzewnica
Funkcja każdego elementu jest predefiniowana w cyklu turbiny gazowej. W turbinie gazowej o obiegu otwartym powietrze atmosferyczne jest sprężane przez sprężarkę. Temperatura powietrza wzrasta na tyle, aby zapalić paliwo w komorze spalania. Po spaleniu do turbiny dostarczany jest gaz o wysokiej temperaturze. Łopatka turbiny obraca się z powodu rozprężania tego gazu. Wał turbiny obraca się ze stałą mocą.
Turbina gazowa o obiegu zamkniętym pracuje na zasadzie cyklu Braytona (cykl Joule'a). W cyklu turbiny gazowej stosuje się sprężarkę rotacyjną do izentropowego sprężania powietrza. To powietrze o wyższym ciśnieniu jest dostarczane do Combustora. W komorze spalania temperatura powietrza jest podnoszona przy stałym ciśnieniu. Dla turbin gazowych dostępne są dwa typy komór spalania.
1) Typ promieniowy lub pierścieniowy 2) Typ puszki
Ogrzane powietrze z komory spalania rozpręża się w turbinie do wytwarzania energii. Generator elektryczny jest używany z turbiną do przenoszenia energii mechanicznej w energię elektryczną.
Proces ekspansji odbywa się przy stałej entropii (izentropowej). Po rozprężeniu gaz jest schładzany do skraplacza. Kondensator to jeden rodzaj wymiennika ciepła z wodą jako chłodziwem.
Schłodzony gaz ponownie dociera do sprężarki. Proces ten będzie powtarzany w sposób ciągły, aby zapewnić stałe wytwarzanie energii.
Cykl turbiny gazowej z regeneratorem
Regenerator jest jedną z właściwych metod zwiększania wydajności cyklu turbiny gazowej.
Przeciwprądowy wymiennik ciepła (regenerator) służy do wymiany ciepła ze spalin z turbiny na sprężone powietrze opuszczające sprężarkę.
Energia cieplna obiegu turbiny gazowej jest zwiększona dzięki ponownemu wykorzystaniu ciepła odlotowego. Można powiedzieć, że regeneracja zmniejsza zapotrzebowanie na paliwo (poprzez zmniejszenie dopływu ciepła). Metoda regeneracji może zwiększyć sprawność cieplna turbiny gazowej roślin w przedziale od 35 do 40%. Regenerator powoduje niewielkie straty ciśnienia w układzie. Moc wyjściowa nieznacznie spadła z powodu utraty ciśnienia.
Chociaż wymagany jest koszt i utrzymanie cyklu regeneracji, ogólne korzyści są bardziej prawdopodobne. W porównaniu do kosztów paliwa, cykl regeneracji turbiny gazowej jest bardzo korzystny.
Praktyczny przykład turbiny gazowej o obiegu zamkniętym
Turbina gazowa o obiegu zamkniętym może zapewnić szybkie i ciągłe zasilanie energią poprzez wykorzystanie następujących źródeł ciepła.
- Paliwo kopalne
- Energii z biomasy
- Energia słoneczna (skoncentrowana energia słoneczna)
- Jądrowe źródło energii
- Odzysk ciepła
- Energia geotermalna
- Hybrydowe źródło energii
- Paliwo odnawialne
Cykl turbiny gazowej można połączyć z dowolnym wyżej wymienionym źródłem ogrzewania. Pozostałe komponenty, takie jak sprężarka, turbina i skraplacz w cyklu turbiny gazowej, pozostają takie same. Źródło ogrzewania można zmienić z powyższych przykładów zgodnie z zapotrzebowaniem na moc i energię. Powszechnie stosowanym paliwem do turbin gazowych jest gaz ziemny lub LPG (gaz płynny). Powszechnie wiadomo, że te gazy naturalne są wykorzystywane ze względu na ich właściwości spalania i czystości. Podobny do turbiny 400 GE pracuje na benzynie, ropie naftowej lub paliwie ciężkim.
Obecna technologia skupia się również na redukcji emisji dwutlenku węgla. Turbina zasilana wodorem została opracowana w celu zmniejszenia zanieczyszczeń. Jak wiemy, wodór ma ogromny potencjał dla przyszłej energii. Turbina ta jest elastyczna do wykorzystania w istniejących i nowych elektrowniach w celu zmniejszenia emisji.
Dochładzanie i dogrzewanie w cyklu turbiny gazowej
Intercooling i dogrzewanie to dodatkowy układ w cyklu turbiny gazowej.
Powietrze jest schładzane pomiędzy dwoma etapami sprężania w trybie chłodzenia pośredniego. Proces ten może zmniejszyć pracę sprężania i wydajność cyklu turbiny gazowej. Podczas ponownego podgrzewania gorące spaliny z turbiny są ponownie podgrzewane, aby rozprężać się w innej turbinie.
Dogrzewanie jest lepsze dla zwiększenia pracy turbiny. Dogrzewanie i chłodzenie międzystopniowe są metodą poprawy specyficznej mocy wyjściowej i sprawności cieplnej cyklu turbiny gazowej.
Najczęściej zadawane pytania
Dlaczego w sprężarkach zastosowano intercoolery?
Intercooler jest cennym elementem pomiędzy stopniami sprężarek.
Na różnych stopniach sprężarki wysoka temperatura gazu z pierwszego stopnia może obniżyć wydajność drugiego stopnia sprężarki.
Intercooler jest zainstalowany pomiędzy dwoma stopniami sprężarki. Gorące powietrze z pierwszego stopnia jest schładzane w intercoolerze, a następnie dostarczane do drugiego stopnia sprężania.
Wysoka temperatura zajmuje większą objętość sprężarki ze względu na większą odległość międzycząsteczkową. Funkcją tego urządzenia jest zmniejszenie tej głośności. Zmniejszenie objętości jest korzystniejsze przy wzroście ciśnienia.
Podczas chłodzenia międzystopniowego w wyniku chłodzenia powietrza tworzą się pary wodne. Wymagane jest odseparowanie tej pary wodnej od powietrza. Jest to również główna funkcja intercoolera dostarczająca suche powietrze do drugiego stopnia.
Nazywam się Deepak Kumar Jani i robię doktorat w dziedzinie energii mechanicznej i odnawialnej. Mam pięcioletnie doświadczenie w nauczaniu i dwuletnie doświadczenie badawcze. Moje zainteresowania obejmują inżynierię cieplną, inżynierię samochodową, pomiary mechaniczne, rysunek techniczny, mechanikę płynów itp. Złożyłem patent na „Hybrydyzację zielonej energii do produkcji energii”. Opublikowałem 17 artykułów naukowych i dwie książki.
Cieszę się, że jestem częścią Lambdageeks i chciałbym w prosty sposób zaprezentować czytelnikom część mojej wiedzy specjalistycznej.
Poza pracą naukową i badaniami lubię wędrować po przyrodzie, fotografować przyrodę i budować świadomość na jej temat wśród ludzi.
Zapoznaj się także z moim kanałem na YouTubie dotyczącym „Zaproszenia z natury”