Турбинная входная воздушная охлаждение

Авиационное охлаждение турбины - это группа технологий и методов, состоящих из охлаждения впускного воздуха газовой турбины . Прямым следствием охлаждения воздуха турбины является увеличение выходной мощности. Это также может повысить энергоэффективность системы. ^{[ 1 ]} Эта технология широко используется в горячих климатах с высокими температурами окружающей среды, которые обычно совпадают с периодом спроса на пиков. ^{[ 2 ]}

Принципы

Газовые турбины принимают фильтрованный, свежий окружающий воздух и сжимают его на стадии компрессора. Сжатый воздух смешивается с топливом в камере сгорания и зажжен. Это создает высокотемпературный и высокий поток выхлопных газов, который входит в турбину и производит выход работы с валом, который обычно используется для поворота электрического генератора, а также для питания стадии компрессора.

Поскольку газовая турбина представляет собой машину для постоянного объема, объем воздуха , введенный в камеру сгорания после стадии сжатия, зафиксирована для заданной скорости вала (об / мин). Таким образом, массовый поток воздуха находится напрямую связан с плотностью воздуха и введенным объемом.

{m}={\rho }{V}

,

где $m$ Месса, $\rho$ плотность и ${V}$ объем газа. Как объем ${V}$ фиксирован, только плотность $\rho$ воздуха может быть изменен, чтобы изменить воздушную массу. Плотность воздуха зависит от относительной влажности , высоты , падения давления и температуры.

\rho _{\,\mathrm {humid~air} }={\frac {p_{d}}{R_{d}T}}+{\frac {p_{v}}{R_{v}T}}={\frac {p_{d}M_{d}+p_{v}M_{v}}{RT}}\,

^{[ 3 ]}

где:

\rho _{\,\mathrm {humid~air} }=

Плотность влажного воздуха (кг/м³)

p_{d}=

Частичное давление сухого воздуха (Пенсильвания)

R_{d}=

Конкретная константа газа для сухого воздуха, 287,058 J/(кг · К)

T=

Температура (k)

p_{v}=

Давление водяного пара (Пенсильвания)

R_{v}=

Конкретная константа газа для водяного пара, 461,495 J/(кг · К)

M_{d}=

Молярная масса сухого воздуха, 0,028964 (кг/моль)

M_{v}=

Молярная масса водяного пара, 0,018016 (кг/моль)

R=

Универсальная константа газа , 8,314 J/(K · моль)

Производительность газовой турбины, ее эффективность ( скорость тепла ) и генерируемая мощность сильно зависят от климатических условий, которые могут снизить рейтинги выходной мощности до 40%. ^{[ 4 ]} Управлять турбиной в условиях ISO ^{[ 5 ]} И восстановить производительность, было продвинуто несколько систем впускного воздушного охлаждения.

Прикладные технологии

Различные технологии доступны на рынке. Каждая конкретная технология имеет свои преимущества и неудобства в соответствии с различными факторами, такими как условия окружающей среды, инвестиционные затраты и время окупаемости, увеличение мощности и пропускная способность охлаждения.

Запотевание

Входной воздушный туман состоит из опрыскивания мелкополученной воды (туман) в воздушный поток впускного воздуха газового турбинного двигателя. Капли воды быстро испаряются, что охлаждает воздух и увеличивает выходную мощность турбины.

Деминерализованная вода, как правило, под давлением до 2000 фунтов на квадратный дюйм (138 бар), затем вводится в воздуходувший воздуходумный проток через массив соплатуальных туманов из нержавеющей стали. Деминерализованная вода используется, чтобы предотвратить загрязнение лопастей компрессора, которое будет происходить, если вода с содержанием минералов испарилась в воздушном потоке. Системы туманы обычно производят спрей для воды, причем около 90% потока воды в каплях диаметром 20 микрон или меньше. ^{[ 6 ]}

Входной туман используется в коммерческом использовании с конца 1980 -х годов и является популярной технологией модернизации. По состоянию на 2015 год по всему миру было установлено более 1000 впускных туманных систем. ^{[ 7 ]} Входные туманные системы: «Простые, простые в установке и эксплуатации» и менее дороги, чем другие системы увеличения энергии, такие как испарительные кулеры и чиллеры. ^{[ 8 ]}

Входной туман-это наименее дорогой вариант воздушного охлаждения в находе газовой турбины и имеет низкие эксплуатационные расходы, особенно когда кто-то учитывает тот факт, что системы туманов навязывают только незначительное падение давления на воздушном потоке на входе по сравнению с испаряющими охладителями среды. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Говоряние тумана обычно расположены в воздуховоде входного воздуха, находящегося вниз по течению от конечных воздушных фильтров, но другие места могут быть желательными в зависимости от конструкции входного воздуховода и предполагаемого использования системы тумана. ^{[ 11 ]}

В жаркий день в пустынном климате можно охлаждать на 40 ° F (22,2 ° C), в то время как у влажного климатического охлаждения потенциал охлаждения может быть всего 10 ° F (5,6 ° C) или меньше Полем Тем не менее, в влажном климате есть много успешных инсталляций, проживающих в наступлении, таких как Таиланд, Малайзия и американские государства Персидского залива. ^{[ 12 ]}

Входной туалет уменьшает выбросы оксидов азота (NOx), потому что дополнительные водяные пары гасит горячие точки в сгоне газовой турбины. ^{[ 13 ]}

Влажное сжатие

Системы туманы могут использоваться для получения большей мощности, чем можно получить только путем испарительного охлаждения. Это достигается путем распыления большего тумана, чем требуется для полного насыщения входного воздуха. Избыточные капли тумана переносятся в компрессор газовой турбины, где они испаряются и дают эффект промежуточного охлаждения, что приводит к дальнейшему повышению мощности. Этот метод был впервые использован на экспериментальной газовой турбине в Норвегии в 1903 году. Сегодня в эксплуатации существует много успешных систем. ^{[ 14 ]}

Несколько производителей газовых турбин предлагают как запотевание, так и системы влажного сжатия. Системы также доступны от сторонних производителей.

Испарительное охлаждение

Испарительный охладитель представляет собой смачиваемый жесткий средний, где вода распределяется по всему заголовку и где воздух проходит через влажную пористую поверхность. Часть воды испаряется, поглощая разумное тепло от воздуха и увеличивая его относительную влажность. Температура сухости воздуха снижается, но температура влажной выбросы не влияет. ^{[ 15 ]} Подобно системе запотевания, теоретическим пределом является температура влажной лампы, но производительность испарительного кулера обычно составляет около 80%. Потребление воды меньше, чем потребление охлаждения загрязнения.

Пары сжатие чиллер

В технологии механического сжатия чиллеров охлаждающая жидкость циркулируется через теплообменник охлаждающего катушки, который вставляется в домик фильтра, вниз по течению от стадии фильтрации. Вниз по течению от катушки установлен ловушка для сбора влаги и капли воды. Механический чиллер может увеличить выход и производительность турбины лучше, чем технологии смачиваемых, из -за того, что впускной воздух может быть охлажден ниже температуры влажной луковицы, безразлично к погодным условиям. ^{[ 16 ]} Оборудование для сжатия чиллеров имеет более высокое потребление электроэнергии, чем испарительные системы. Первоначальные капитальные затраты также выше, однако повышение мощности турбины и эффективность максимизируется, а дополнительная стоимость амортизируется из-за увеличения выходной мощности.

Большинство таких систем включают в себя более одного блока чиллера, и конфигурация чиллеров может иметь большое значение для паразитического энергопотребления системы. Серия конфигурации контрфалоу может уменьшить работу компрессора, необходимую для каждого чиллера, улучшая общую систему чиллера на целых 8%. ^{[ 17 ]}

Другие варианты, такие как паровое сжатие, также используются в промышленности. ^{[ 18 ]}

Vapour-absortion Chiller

В технологии паров-поглощения чиллеров тепловая энергия используется для получения охлаждения вместо механической энергии. Источник тепла, как правило, является оставшимся пар, идущим из комбинированного цикла, и он обходит для управления системой охлаждения. По сравнению с механическими чиллерами, абифрованные чиллеры имеют низкий коэффициент производительности , однако следует учитывать, что этот чиллер обычно использует отработанное тепло, что снижает эксплуатационную стоимость. ^{[ 19 ]}

Комбинация с хранением тепловой энергии

Термический резервуар для хранения энергии -это естественно стратифицированный тепловой аккумулятор, который позволяет хранить охлажденную воду, произведенную в непиковое время, использовать эту энергию позже в течение рокового времени, чтобы охладить впускной воздух турбины и увеличить его выходную мощность. Резервуар для хранения тепловой энергии снижает эксплуатационную стоимость и пропускную способность завода хладагента. ^{[ 20 ]} Одним из преимуществ является производство охлажденной воды, когда спрос является низким, используя избыточное производство электроэнергии, что обычно совпадает с ночью, когда температура окружающей среды низкая, а чиллеры имеют лучшую производительность. Другим преимуществом является снижение мощности охлаждения и эксплуатационных затрат по сравнению с онлайн-системой охлаждения, которая дает задержки в течение периодов низкого спроса.

Преимущества

В районах, где есть охлаждение спроса, ежедневные летние периоды в пиковом пике совпадают с самыми высокими атмосферными температурами, что может снизить эффективность и газовые турбины питания. С помощью технологий механического сжатия пара можно использовать охлаждение в течение этих периодов, так что производительность и выходная мощность турбины могут быть меньше повлияли на условия окружающей среды

Еще одно преимущество-более низкая стоимость на дополнительную киловатт в напускном охлаждении по сравнению с недавно установленной газовой турбиной Киловатт ^{[ Цитация необходима ]}Полем Более того, киловатт в дополнительном охлаждении использует меньше топлива, чем новая турбинная киловатт из-за более низкой теплоэффективной (более высокой эффективности) охлажденной турбины. Другие преимущества могут включать в себя увеличение массового потока пара в комбинированном цикле , сокращение выбросов турбины (Sox, no _x , co ₂ ), ^{[ 21 ]} и увеличение соотношения объема мощности к установке.

Расчет преимуществ турбинного воздушного охлаждения требует исследования для определения периодов окупаемости, принимая во внимание несколько аспектов, таких как условия окружающей среды, стоимость воды, почасовые значения спроса на электричество, стоимость топлива. ^{[ 22 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ «Ассоциация охлаждения турбинитно -моря» .
^ Али аль-Алави и Сайед Ислам. «Оценка спроса на электроэнергию для систем электропередачи удаленной площади, включая модели опреснения воды и управления спросом» (PDF) . Центр возобновляемых источников энергии и устойчивых технологий Австралия.
^ Уравнения - плотность воздуха и высота плотности
^ Гей «Входное воздушное охлаждение» (PDF) .
^ Джон Зактруба; Ламар Стонецифер (8 февраля 2009 г.). «Что такое оценка газовых турбин ISO» .
^ C. Meher-Homji, T. Mee, 2000. «Увеличение мощности газовой турбины путем затуманивания входного воздуха». Материалы 28 -го Симпозиума Турбомашины (2000), Техас A & M. Turbolab
^ Powergen». Ноябрь 2013 г. S. Savic, B. Hemminger, T. mee «Высокое применение турбин Alstom для газовых турбин Alstom», « Труды
^ «Входные варианты охлаждения» Turbomachinery International, май 2010 г. Параметры охлаждения входов
^ «Туман или не туман: какой ответ?» цикл журнал, третий квартал 2008 года. Объединенный
^ S. Savic, M. Stevens, 2014 .
^ М. Шейкер, Т. Ми. «Конструктивные соображения систем затуманения и влажного сжатия как функция конфигураций впускных каналов газовой турбины». Труды ASME Turbo Expo. Июнь 2015
^ Т. Ми. «Входной турбинный турбин для влажных условий». Сингапурский инженер, май 2015, с. 30. Сингапурский инженер
^ T MEE, 1999. «Снижение выбросов NOX газовой турбины путем входного воздуха» 18 -й ежегодной конференции энергетических систем, Иран. Иранданеш
^ применение затуманения для газовых турбинсов Alstom. S. Savic, B. Hemminger, T. Mee, Высокое
^ RS Johnson, Sr., PE (5–9 июня 1988 г.). Теория и эксплуатация испарительных кулеров для промышленных газовых турбин . Амстердам: Конгресс и экспозиция газовой турбины и аэроволи. {{cite book}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Камал Н.А., Зухайр А.М. (2006). Улучшение вывода газовой турбины через воздушное охлаждение впускного отверстия . Судан англ. Соц J., 52 (4-6): 7-14.
^ Грин, Стивен (май 2015). «Достижение оптимальной экономической выгоды от охлаждения воздушного входа» (PDF) . Силовая инженерия : 42–47.
^ Ян Спансвик (сентябрь 2003 г.). «Паровой компрессор» (PDF) . Ashrae Journal.
^ Министерство энергетики США (январь 2012 г.). «Низкокачественные отходы отходов к питанию чиллеров поглощения» (PDF) .
^ «TES Tank: как это работает» .
^ PowerGenu. «Охлаждение турбины: энергетическое решение, которое лучше для окружающей среды, налогоплательщиков и владельцев растений» (PDF) .
^ Уильям Э. Стюарт -младший (сентябрь 2008 г.). «Турбинное впускное охлаждение воздуха» (PDF) . Ashrae Journal.

Внешние ссылки

[1] «Ассоциация охлаждения турбинитно -моря» .

[2] Али аль-Алави и Сайед Ислам. «Оценка спроса на электроэнергию для систем электропередачи удаленной площади, включая модели опреснения воды и управления спросом» (PDF) . Центр возобновляемых источников энергии и устойчивых технологий Австралия.

[wahiduddin-3] Уравнения - плотность воздуха и высота плотности

[4] Гей «Входное воздушное охлаждение» (PDF) .

[5] Джон Зактруба; Ламар Стонецифер (8 февраля 2009 г.). «Что такое оценка газовых турбин ISO» .

[6] C. Meher-Homji, T. Mee, 2000. «Увеличение мощности газовой турбины путем затуманивания входного воздуха». Материалы 28 -го Симпозиума Турбомашины (2000), Техас A & M. Turbolab

[7] Powergen». Ноябрь 2013 г. S. Savic, B. Hemminger, T. mee «Высокое применение турбин Alstom для газовых турбин Alstom», « Труды

[8] «Входные варианты охлаждения» Turbomachinery International, май 2010 г. Параметры охлаждения входов

[9] «Туман или не туман: какой ответ?» цикл журнал, третий квартал 2008 года. Объединенный

[10] S. Savic, M. Stevens, 2014 .

[11] М. Шейкер, Т. Ми. «Конструктивные соображения систем затуманения и влажного сжатия как функция конфигураций впускных каналов газовой турбины». Труды ASME Turbo Expo. Июнь 2015

[12] Т. Ми. «Входной турбинный турбин для влажных условий». Сингапурский инженер, май 2015, с. 30. Сингапурский инженер

[13] T MEE, 1999. «Снижение выбросов NOX газовой турбины путем входного воздуха» 18 -й ежегодной конференции энергетических систем, Иран. Иранданеш

[14] применение затуманения для газовых турбинсов Alstom. S. Savic, B. Hemminger, T. Mee, Высокое

[15] RS Johnson, Sr., PE (5–9 июня 1988 г.). Теория и эксплуатация испарительных кулеров для промышленных газовых турбин . Амстердам: Конгресс и экспозиция газовой турбины и аэроволи. {{cite book}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[16] Камал Н.А., Зухайр А.М. (2006). Улучшение вывода газовой турбины через воздушное охлаждение впускного отверстия . Судан англ. Соц J., 52 (4-6): 7-14.

[JCIPEI-17] Грин, Стивен (май 2015). «Достижение оптимальной экономической выгоды от охлаждения воздушного входа» (PDF) . Силовая инженерия : 42–47.

[18] Ян Спансвик (сентябрь 2003 г.). «Паровой компрессор» (PDF) . Ashrae Journal.

[19] Министерство энергетики США (январь 2012 г.). «Низкокачественные отходы отходов к питанию чиллеров поглощения» (PDF) .

[20] «TES Tank: как это работает» .

[Powergenu-21] PowerGenu. «Охлаждение турбины: энергетическое решение, которое лучше для окружающей среды, налогоплательщиков и владельцев растений» (PDF) .

[stewart-22] Уильям Э. Стюарт -младший (сентябрь 2008 г.). «Турбинное впускное охлаждение воздуха» (PDF) . Ashrae Journal.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]