1
6. ELEKTROWNIE GAZOWE
Blok elektrowni gazowej
Elementy bloku elektrowni
Zalety, wady
1
6. ELEKTROWNIE GAZOWE
Blok elektrowni gazowej
Elementy bloku elektrowni
Zalety, wady
2
Układy pracy otwarty i zamknięty
3
Otwarty obieg powietrza i spalin
Schemat turbiny gazowej z przykładowymi
temperaturami w charakterystycznych punktach
układu; S - sprężarka, KS - komora spalania, T -
turbina, ω - prędkość kątowa wału, M - moment
obrotowy na wale
4
Przemiany obiegu
G
P
e
TW
P
P
P
n
G
P
m
TG
KS
SP
1
2
3
4
a)
b)
0
S
T
T
T
1
3
3
4
4
1
2
2
p
2
S
S
p
1
5
Sprawność obiegu
W obiegu rzeczywistym
przemiany nie są idealne, stąd
punkty 2 i 4, zamiast 2s i 4s, a to
oznacza, że rzeczywisty przyrost
temperatury w sprężarce
wynoszący
T
2
- T
1
> T
2s
- T
1
,
a rzeczywisty spadek
temperatury w turbinie T
3
- T
4
<
T
3
- T
4s
,
różnice te wynikają ze
sprawności wewnętrznej
sprężarki
s
i turbiny
t
:
1
2
1
2
T
T
T
T
s
s
s
t
T
T
T
T
4
3
4
3
S
b)
0
T
T
T
1
3
3
4
4
1
2
2
p
2
S
S
p
1
6
Sprawność obiegu
Sprawność
teoretycznego
obiegu
Braytona:
1
2
1
1
3
4
1
1
1
1
p
p
T
T
s
tB
g
d
z
i
e
:
–
s
t
o
p
i
e
ń
s
p
r
ę
ż
a
n
i
a
:
1
4
3
1
2
,
s
T
T
p
p
,
–
w
y
k
ł
a
d
n
i
k
a
d
i
a
b
a
t
y
:
v
p
c
c
,
c
p
–
c
i
e
p
ł
o
w
ł
a
ś
c
i
w
e
g
a
z
u
p
r
z
y
s
t
a
ł
y
m
c
i
ś
n
i
e
n
i
u
,
c
v
–
c
i
e
p
ł
o
w
ł
a
ś
c
i
w
e
g
a
z
u
p
r
z
y
s
t
a
ł
e
j
o
b
j
ę
t
o
ś
c
i
.
b)
0
T
T
T
1
3
3
4
4
1
2
2
p
2
S
S
p
1
7
Sprawność energetyczna
Sprawność energetyczna obiegu jest stosunkiem ciepła
przetworzonego na pracę do ciepła doprowadzonego do
układu.
)
(
)
(
)
(
2
3
1
2
4
3
T
T
c
T
T
c
T
T
c
pk
ps
pt
og
Ogólnie sprawność prostego obiegu gazowego nie przekracza ~ 30
%.
8
Regeneracyjny podgrzew powietrza
G
P
e
TW
P
P
P
n
G
P
m
KS
SP
1
2
3
4
b)
0
S
T
T
T
1
3
3
1
2
2
p
2
S
6
WR
TG
5
6
4s
4
r
a)
5
4
9
Sprawność obiegu z regeneracyjnym
podgrzewem
Sprawność takiego
obiegu
)
T
T
(
c
)
T
T
(
c
)
T
T
(
c
5
3
pk
1
2
ps
4
3
pt
og
0
S
T
T
T
1
3
3
1
2
2
p
2
S
5
6
4s
4
r
jest wyższa niż obiegu bez
regeneracyjnego
podgrzewu
powietrza bowiem T
3
- T
5
< T
3
-
T
2.
10
Zwiększanie sprawności
Dalsze zwiększanie sprawności polega na
stosowaniu obiegów z :
miedzystopniowym chłodzeniem
powietrza,
miedzystopniowym podgrzewaniem
spalin i
regeneracyjnym podgrzewaniem
powietrza.
11
Zwiększanie sprawności
Obieg z miedzystopniowym chłodzeniem
powietrza,
Schemat turbiny gazowej z międzystopniowym chłodzeniem
sprężanego powietrza; S1 - sprężarka niskoprężna, S2 - sprężarka
wysokoprężna, KS - komora spalania, T - turbina, G - generator
elektryczny, CH - chłodnica powietrza
12
Układ z przegrzewem spalin
Schemat turbiny gazowej z międzystopniowym przegrzewem rozprężanych
spalin; S - sprężarka, KS1, KS2 - pierwsza i druga komora spalania, T1, T2 -
część wysoko- i niskoprężna turbiny, G - generator elektryczny
• międzystopniowe podgrzewanie
spalin
13
układ Chenga
14
Szeregowy
układ gazowo-
parowy
w
praktyce
są
spotykane dwa układy:
A/szeregowy
B/ równoległy
Schemat szeregowego układu gazowo-parowego: S - sprężarka, KS1 -
komora spalania, T1, T2 - turbiny części gazowej i parowej, G1, G2 -
generator elektryczny części gazowej i parowej, S - skraplacz, PW - pompa
wodna, KO - kocioł odzysknicowy
15
obieg równoległy
16
Sprawność obiegów skojarzonych
1. Sprawność obiegu gazowego otwartego zależnie od temperatury
na wlocie do turbiny T
3
i wylocie z turbiny T
4
dla T
3
= 900
o
C
max
= 32%, dla T
3
= 1200
o
C
max
= 38%
Wzrost T
4
powoduje szybki spadek sprawności
0,20
0,40
0,35
0,30
0,25
300 350
400
450
500
550
= 1 1 0
0 C
1 0 0
0 C
=
=
9
0
0 C
T = 1 2 0 0 C
O
O
O
O
3
0
T
4
C
a)
0,40
0,35
0,50
0,55
300
400
450
500
550
350
T = 1 2
0 0 C
3
= 1 0 0 0 C
=900 C
= 1 1 0 0 C
O
O
O
O
0
0,45
T
4
C
b)
b)
0
T
T
T
1
3
3
4
4
1
2
2
p
2
S
S
p
1
17
sprawność
2. Sprawność układu skojarzonego jest wyższa (rys.b):
dla T
3
= 900
o
C
= 43%,
dla T
3
= 1200
o
C
= 52%.
Wzrost T
4
nie powoduje spadku sprawności, bo wprawdzie maleje
sprawność obiegu gazowego, ale wzrasta sprawność układu
parowego.
0,20
0,40
0,35
0,30
0,25
300 350
400
450
500
550
= 1 1 0
0 C
1 0 0
0 C
=
=
9
0
0 C
T = 1 2 0 0 C
O
O
O
O
3
0
T
4
C
a)
0,40
0,35
0,50
0,55
300
400
450
500
550
350
T = 1 2
0 0 C
3
= 1 0 0 0 C
=900 C
= 1 1 0 0 C
O
O
O
O
0
0,45
T
4
C
b)
18
sprawność
W elektrowniach z kotłami odzysknicowymi stosunek
mocy generatorów wynosi
P
TP
/P
TG
~0,5/0,6, co przy osiągalnej obecnie mocy turbin
gazowych
P
TGmax
= 150 – 200 MW daje moc układu parowego P
TP
~90 – 120 MW,
czyli łączna moc bloku gazowo-parowego P
TG
+ P
TP
=
240 – 320 MW.
19
Sprawność całkowita elektrociepłowni
gazowo-parowej
S
praw
n
ość u
kładu
skojarzon
eg
o gazow
o-parow
ego m
ożn
a zapisać jako
B
p
el
ECbrutto
Q
Q
P
g
d
zie: P
el
=
P
TG
+
P
TP
– su
m
a m
ocy elektryczn
ej g
en
eratorów
n
ap
ęd
zan
ych
tu
rb
in
ą g
azow
ą i parow
ą [M
W
],
p
Q – m
oc ciepln
a (stru
m
ień
en
erg
ii) od
daw
an
a n
a w
yjściu
z tu
rbin
y i z u
pu
stu
[M
J/s],
B
Q – m
oc ciepln
a (stru
m
ień
en
erg
ii) d
ostarczon
a w
p
aliw
ie [M
J/s].
W
skaźn
ik skojarzen
ia to stosu
n
ek en
erg
ii elektryczn
ej w
ytw
orzon
ej w
obieg
u
d
o en
erg
ii ciep
ln
ej
odp
row
ad
zon
ej d
o od
biorn
ików
z w
ylotu
lu
b
u
p
u
stu
tu
rb
in
y.
p
p
Q
A
g
d
zie:
p
A – en
erg
ia w
ytw
orzon
a p
rzez stru
m
ień
p
ary p
rzeciw
prężn
ej lu
b
u
p
u
stow
ej (kW
h
)
p
Q – en
erg
ia ciepln
a od
p
row
ad
zan
a z tu
rb
in
y d
o od
b
iorn
ika w
tym
sam
ym
czasie G
J
W
artość w
sp
ółczyn
n
ika skoja
rzen
ia zaw
iera się w
g
ra
n
icach
=
30
– 1
0
0 kW
h
/G
J.
20
Oddziaływanie na środowisko
21
22
Porównanie emisji CO
2
w poszczególnych
rodzajach elektrowni
23