กังหันก๊าซผลิตพลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

กังหันก๊าซผลิตไฟฟ้าโดยอัดอากาศ ผสมอากาศกับเชื้อเพลิง แล้วเผาไหม้ส่วนผสมเพื่อสร้างก๊าซอุณหภูมิสูง ซึ่งขับเคลื่อนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในโรงงานอุตสาหกรรม กระบวนการนี้จ่ายไฟฟ้าได้อย่างเชื่อถือได้ และยังสามารถจ่ายความร้อนที่เป็นประโยชน์ต่อการผลิตได้ด้วย

การทำความเข้าใจการทำงานของแต่ละขั้นตอนช่วยให้วิศวกรโรงงานและผู้จัดการด้านพลังงานประเมินประสิทธิภาพ ข้อกำหนดการเดินเครื่อง และบทบาทของกังหันก๊าซในระบบผลิตไฟฟ้าแบบบูรณาการได้

กังหันก๊าซผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร

กังหันก๊าซเปลี่ยนพลังงานเคมีในเชื้อเพลิงให้เป็นกำลังกลที่เพลา จากนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเปลี่ยนกำลังกลดังกล่าวเป็นไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ในโรงงานหรือจ่ายเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า

กระบวนการนี้ดำเนินต่อเนื่องตราบใดที่เครื่องยังทำงาน อากาศจะเข้าสู่เครื่อง ผ่านขั้นตอนการอัดและการเผาไหม้ แล้วขยายตัวผ่านใบพัดกังหันก่อนระบายออกเป็นไอเสียร้อน

ต่างจากกังหันไอน้ำซึ่งต้องใช้ไอน้ำจากแหล่งความร้อนแยกต่างหาก กังหันก๊าซผลิตก๊าซทำงานขึ้นโดยตรงภายในระบบเผาไหม้

1. การรับอากาศและการอัด

อากาศโดยรอบจะเข้าสู่ระบบรับอากาศ ซึ่งมีตัวกรองช่วยกำจัดอนุภาคในอากาศที่อาจทำให้คอมเพรสเซอร์สกปรกหรือเสียหาย จากนั้นคอมเพรสเซอร์จะเพิ่มแรงดันอากาศ

การอัดต้องใช้กำลังกล 상당หนึ่ง ส่วนหนึ่งของกำลังที่เพลาของกังหันผลิตได้จะขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ส่วนกำลังที่เหลือซึ่งนำไปใช้ได้จะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อื่น

อุณหภูมิอากาศมีความสำคัญ เนื่องจากอากาศร้อนมีความหนาแน่นต่ำกว่า ในวันที่อากาศอุ่น กังหันโดยทั่วไปจะดูดอากาศเข้ามาโดยมีมวลน้อยลง ซึ่งอาจทำให้กำลังที่ผลิตได้ลดลง

2. การผสมเชื้อเพลิงและการเผาไหม้

อากาศที่มีแรงดันจะไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ซึ่งมีการจ่ายเชื้อเพลิงและเผาไหม้ ก๊าซอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นจะให้พลังงานที่จำเป็นต่อการหมุนกังหัน

ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้กันทั่วไป แม้ว่าเครื่องจักรบางรุ่นจะใช้เชื้อเพลิงเหลวหรือเชื้อเพลิงผสมชนิดอื่นที่ได้รับอนุมัติได้ ความสามารถในการใช้เชื้อเพลิงจริงขึ้นอยู่กับการออกแบบกังหันและระบบเผาไหม้

ระบบควบคุมการเผาไหม้จะกำกับการจ่ายเชื้อเพลิงและอุณหภูมิขณะเดินเครื่อง ข้อกำหนดด้านการปล่อยมลพิษยังมีผลต่อการเลือกห้องเผาไหม้ และอาจจำเป็นต้องมีระบบบำบัดไอเสียเพิ่มเติมภายในพื้นที่โรงงาน

3. การขยายตัวผ่านกังหัน

ก๊าซร้อนจะขยายตัวผ่านแถวของใบกำกับนิ่งและใบพัดหมุน เมื่อก๊าซไหลผ่าน พลังงานจะถ่ายเทไปยังโรเตอร์และทำให้เพลาหมุน

การจัดวางเครื่องจักรอาจทำให้กังหันขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านเพลาร่วมกัน หรือใช้กังหันกำลังแยกต่างหากเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปแบบของเครื่อง

วัสดุใบพัด ระบบระบายความร้อน และขีดจำกัดการเดินเครื่องมีความสำคัญ เนื่องจากส่วนประกอบของกังหันต้องทนต่ออุณหภูมิสูงและความเค้นทางกลตลอดอายุการใช้งาน

4. การผลิตไฟฟ้าและไอเสีย

เพลาที่หมุนจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นอุปกรณ์ไฟฟ้าจะปรับสภาพ ป้องกัน และจ่ายกระจายไฟฟ้าไปยังโหลดของโรงงาน

ไอเสียที่ออกจากกังหันยังคงมีอุณหภูมิสูง โรงงานสามารถระบายไอเสียผ่านปล่อง หรือกู้คืนความร้อนบางส่วนเพื่อนำไปผลิตไอน้ำและใช้ในกระบวนการอื่นได้

ความร้อนจากไอเสียถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างไร

ในระบบผลิตไฟฟ้าแบบวัฏจักรเดี่ยว กังหันจะผลิตไฟฟ้าโดยไม่ใช้ไอเสียเพื่อผลิตพลังงานเพิ่มเติม รูปแบบนี้มีความซับซ้อนไม่มากและรองรับการเดินเครื่องที่ยืดหยุ่นได้

ในโรงไฟฟ้าแบบวัฏจักรร่วม ไอเสียจะไหลผ่านเครื่องกำเนิดไอน้ำกู้คืนความร้อน ไอน้ำที่ได้จะขับเคลื่อนกังหันไอน้ำซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือชุดเพลาอีกชุดหนึ่ง

โดยทั่วไป ระบบวัฏจักรร่วมผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นจากปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้เท่ากัน แต่ต้องเพิ่มอุปกรณ์ ข้อกำหนดด้านระบบน้ำ และความซับซ้อนในการเดินเครื่อง ความเหมาะสมขึ้นอยู่กับโหลดและสภาพพื้นที่ติดตั้ง

ระบบผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วม หรือที่เรียกว่า CHP จะนำความร้อนที่กู้คืนได้ไปใช้ในกระบวนการที่เป็นประโยชน์ เช่น ผลิตไอน้ำ ทำน้ำร้อน หรือจ่ายความร้อนสำหรับการอบแห้งในอุตสาหกรรม

CHP ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมได้เมื่อโรงงานต้องการทั้งไฟฟ้าและความร้อนอย่างสม่ำเสมอ ความคุ้มค่าขึ้นอยู่กับการนำความร้อนที่กู้คืนได้ไปใช้ให้สอดคล้องกับความต้องการจริงของกระบวนการ

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและการใช้เชื้อเพลิงโดยรวมเป็นตัวชี้วัดที่แตกต่างกัน ตัวเลขประสิทธิภาพของ CHP อาจรวมความร้อนที่ใช้ประโยชน์ได้ควบคู่กับไฟฟ้า จึงไม่ควรนำไปเปรียบเทียบโดยตรงกับประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว

กังหันก๊าซมีบทบาทอย่างไรในโรงงานอุตสาหกรรม

กังหันก๊าซสามารถเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าหลัก ช่วยเสริมการซื้อไฟฟ้าจากโครงข่าย หรือจ่ายไฟให้โรงงานอุตสาหกรรมเฉพาะแห่งได้ รูปแบบการเดินเครื่องขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของพื้นที่ติดตั้ง

การติดตั้งบางแห่งเดินเครื่องต่อเนื่องใกล้เคียงกับโหลดที่ออกแบบไว้ ส่วนบางแห่งเดินเครื่องในช่วงที่มีความต้องการสูง เมื่อราคาไฟฟ้าจากโครงข่ายไม่เอื้ออำนวย หรือเมื่อกระบวนการผลิตต้องการกำลังไฟฟ้าเพิ่มเติม

กังหันก๊าซยังสามารถขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์หรืออุปกรณ์หมุนอื่นได้โดยตรง ในรูปแบบนี้ กำลังจากเพลาจะนำไปใช้กับกระบวนการโดยไม่ต้องแปลงเป็นไฟฟ้าก่อน

สำหรับโรงงานที่กำลังพิจารณาผลิตไฟฟ้า ณ สถานที่ติดตั้ง ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดไม่จำเป็นต้องเป็นกังหันขนาดใหญ่ที่สุด แต่ควรเป็นรูปแบบที่สอดคล้องกับความต้องการไฟฟ้า ความต้องการความร้อน และชั่วโมงการเดินเครื่อง

อะไรเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพและกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้

ตัวเลขสมรรถนะที่เผยแพร่เป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์ แต่โรงงานควรประเมินกำลังผลิตภายใต้สภาพการใช้งานของตนเอง ปัจจัยหลายประการอาจทำให้กำลังไฟฟ้าที่จ่ายได้และการใช้เชื้อเพลิงเปลี่ยนแปลงไป

• สภาพแวดล้อม: อุณหภูมิ ระดับความสูง และความชื้นส่งผลต่ออากาศขาเข้าและสมรรถนะของกังหัน อุณหภูมิสูงและพื้นที่สูงมักทำให้กำลังผลิตที่มีอยู่ลดลง
• โหลดขณะเดินเครื่อง: ประสิทธิภาพอาจลดลงเมื่อเดินเครื่องที่โหลดบางส่วน ควรตรวจสอบรูปแบบความต้องการที่คาดการณ์ไว้ แทนการสมมติว่าเครื่องจะเดินเครื่องที่กำลังพิกัดตลอดเวลา
• คุณลักษณะของเชื้อเพลิง: ค่าความร้อน แรงดัน องค์ประกอบ และความเสถียรของการจ่ายเชื้อเพลิงส่งผลต่อข้อกำหนดของอุปกรณ์และปริมาณการใช้เชื้อเพลิง ควรตรวจสอบว่าเชื้อเพลิงที่เสนอเป็นไปตามข้อกำหนดของผู้ผลิตหรือไม่
• โหลดของระบบสนับสนุน: ปั๊ม อุปกรณ์ระบายความร้อน ระบบระบายอากาศ และระบบสนับสนุนอื่น ๆ ใช้ไฟฟ้า ดังนั้นกำลังผลิตสุทธิของโรงงานจึงต่ำกว่ากำลังผลิตรวมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• สภาพอุปกรณ์: การอุดตันของคอมเพรสเซอร์ การสึกหรอของส่วนประกอบ และซีลที่เสื่อมสภาพอาจทำให้สมรรถนะลดลง การวางแผนบำรุงรักษาควรคำนึงถึงการตรวจสอบ การทำความสะอาด และการเปลี่ยนส่วนประกอบ

เมื่อเปรียบเทียบทางเลือกต่าง ๆ ควรขอให้ผู้จำหน่ายรับประกันสมรรถนะภายใต้สภาพพื้นที่ติดตั้งที่ระบุ ตรวจสอบว่าตัวเลขเป็นกำลังผลิตรวมหรือสุทธิ และรวมโหลดของระบบสนับสนุนใดบ้าง

สำหรับ CHP ควรเปรียบเทียบความร้อนที่กู้คืนได้กับอุณหภูมิ แรงดัน และช่วงเวลาที่กระบวนการต้องการ ความร้อนที่ไม่สามารถนำไปใช้ได้ในช่วงเวลาที่มีอยู่ย่อมมีประโยชน์ในทางปฏิบัติจำกัด

ผู้ปฏิบัติงานควรทราบอะไรเกี่ยวกับความเชื่อถือได้และการบำรุงรักษา

การเดินเครื่องที่เชื่อถือได้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวกังหันเพียงอย่างเดียว การจ่ายเชื้อเพลิง การกรองอากาศขาเข้า ระบบควบคุม ระบบป้องกันทางไฟฟ้า และการจัดการระบบระบายความร้อน ล้วนส่งผลต่อความพร้อมใช้งานของการติดตั้ง

ผู้ปฏิบัติงานจะตรวจติดตามอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน แรงดัน และตัวชี้วัดอื่น ๆ เพื่อค้นหาความเปลี่ยนแปลงของสภาพเครื่องจักร การติดตามแนวโน้มของค่าที่อ่านได้เหล่านี้ช่วยให้ทีมบำรุงรักษาตรวจสอบปัญหาได้ก่อนที่จะลุกลาม

กำหนดการบำรุงรักษาขึ้นอยู่กับรุ่นเครื่อง ชั่วโมงการทำงาน จำนวนครั้งที่เริ่มเดินเครื่อง ชนิดเชื้อเพลิง และรูปแบบการใช้งาน การเริ่มและหยุดเครื่องบ่อยครั้งอาจส่งผลต่อช่วงเวลาการตรวจสอบแตกต่างจากการเดินเครื่องอย่างต่อเนื่อง

ก่อนเลือกอุปกรณ์ ควรตรวจสอบความพร้อมของอะไหล่ การสนับสนุนด้านบริการ และข้อกำหนดเกี่ยวกับการหยุดเครื่องตามแผน ราคาซื้อเริ่มต้นที่ต่ำกว่าอาจไม่คุ้มกับการหยุดทำงานที่ยาวนานขึ้นหรือต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สูงขึ้น

ควรพิจารณาข้อจำกัดด้านการปล่อยมลพิษ ข้อกำหนดเรื่องเสียง และภาระหน้าที่ในการขอใบอนุญาตตั้งแต่เนิ่น ๆ ด้วย ข้อกำหนดเหล่านี้อาจส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์ ต้นทุนโครงการ และระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบเดินเครื่องโรงงาน

อุปกรณ์อื่นใดที่อาจเกี่ยวข้อง

โครงการพลังงานอุตสาหกรรมมักเกี่ยวข้องกับชุดอุปกรณ์หลายประเภท SINO-QNP จัดหาเครื่องจักรเทอร์โบ ซึ่งรวมถึงกังหันก๊าซ กังหันไอน้ำ คอมเพรสเซอร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พร้อมบริการด้านวิศวกรรมและโครงการ

สำหรับงานสูบแยกต่างหาก กลุ่มผลิตภัณฑ์ปั๊มโคลนของบริษัทประกอบด้วยรุ่น NF และ PZ ซึ่งออกแบบและผลิตตามมาตรฐาน API

ปั๊มเหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซลหรือมอเตอร์ได้ โดยเป็นอุปกรณ์แยกจากกระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยกังหันก๊าซ และควรเลือกให้เหมาะกับงานสูบที่ต้องการ

โรงงานควรประเมินทางเลือกต่าง ๆ อย่างไร

เริ่มจากจัดทำรูปแบบความต้องการไฟฟ้าและความร้อนรายชั่วโมง จากนั้นระบุชั่วโมงการเดินเครื่องที่คาดการณ์ไว้ เชื้อเพลิงที่มี ระบบเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า และความต้องการกำลังผลิตสำรอง

เปรียบเทียบรูปแบบวัฏจักรเดี่ยว วัฏจักรร่วม และ CHP โดยพิจารณากำลังผลิตสุทธิภายใต้สภาพพื้นที่ติดตั้ง ต้นทุนเชื้อเพลิง ค่าบำรุงรักษา เงินลงทุน และมูลค่าของความร้อนที่นำไปใช้ได้ตลอดอายุโครงการ

กังหันก๊าซผลิตไฟฟ้าโดยเปลี่ยนพลังงานจากเชื้อเพลิงเป็นกำลังที่เพลา ขณะที่ไอเสียสามารถนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าเพิ่มเติมหรือให้ความร้อนในอุตสาหกรรมได้ รูปแบบที่เหมาะสมที่สุดขึ้นอยู่กับความต้องการจริงของโรงงาน