Kes kirjeldas esmakordselt gaasiturbiini tööpõhimõtet. GTU tööpõhimõte. Mis võib olla paigalduse ressurss enne kapitaalremonti

Uut tüüpi gaasiturbiinide väljatöötamine, kasvav nõudlus gaasi järele võrreldes teiste kütuseliikidega, tööstustarbijate suuremahulised plaanid oma võimsuste loomiseks põhjustavad kasvavat huvi gaasiturbiinide ehitamise vastu.

R Väikese põlvkonna turul on suured arenguväljavaated. Eksperdid ennustavad nõudluse kasvu hajutatud energia järele 8%-lt (praegu) 20%-le (aastaks 2020). See suundumus on seletatav suhteliselt madala elektritariifiga (2–3 korda madalam tsentraliseeritud võrgu elektritariifist). Lisaks on Delovaja Rossija üldnõukogu liikme, Uuralite väikesemahulise elektritootmise assotsiatsiooni presidendi, MKS-i ettevõtete grupi direktori Maxim Zagornovi sõnul väiketootmine võrgust usaldusväärsem: välisvõrgu avarii korral elektrivarustus ei katke. Detsentraliseeritud energia lisaeelis on kasutuselevõtu kiirus: 8-10 kuud, võrrelduna võrguliinide loomise ja ühendamise 2-3 aastaga.

Delovaja Rossija energeetikakomisjoni kaasesimees Deniss Tšerepanov väidab, et tulevik kuulub tema enda põlvkonnale. Riigiduuma energeetikakomisjoni esimese aseesimehe Sergei Yesjakovi sõnul on energia-tarbija ahela hajutatud energia puhul otsustavaks lüliks tarbija, mitte energiasektor. Oma elektrienergia tootmisel deklareerib tarbija vajalikud võimsused, konfiguratsioonid ja isegi kütuseliigid, säästes samal ajal saadud energia kilovati hinda. Muuhulgas leiavad eksperdid, et täiendavat kokkuhoidu annab elektrijaam koostootmisrežiimil töötamisega: ärakasutatud soojusenergia läheb kütteks. Siis lüheneb oluliselt tootva elektrijaama tasuvusaeg.

Kõige aktiivsemalt arenev jaotatud energia valdkond on väikese võimsusega gaasiturbiinelektrijaamade ehitamine. Gaasiturbiiniga elektrijaamad on ette nähtud kasutamiseks mis tahes kliimatingimustes tööstus- ja kodumajapidamiste peamise või varuallikana elektri- ja soojusenergiaallikana. Selliste elektrijaamade kasutamine kaugemates piirkondades võimaldab teil saada märkimisväärset kokkuhoidu, kaotades pikkade elektriliinide ehitamise ja käitamise kulud ning keskpiirkondades - suurendada nii üksikute ettevõtete ja organisatsioonide kui ka territooriumide elektri- ja soojusvarustuse usaldusväärsust. tervikuna. Mõelge mõnele gaasiturbiinile ja gaasiturbiiniüksusele, mida tuntud tootjad pakuvad Venemaa turul gaasiturbiinelektrijaamade ehitamiseks.

General Electric

GE tuuleturbiinilahendused on väga töökindlad ja sobivad kasutamiseks paljudes tööstusharudes, alates naftast ja gaasist kuni kommunaalteenusteni. Eelkõige kasutatakse väiketootmises aktiivselt LM2500 perekonna GE gaasiturbiine, mille võimsus on 21–33 MW ja kasutegur kuni 39%. LM2500 kasutatakse mehaanilise ajamina ja elektrigeneraatori ajamina, need töötavad elektrijaamades lihtsas kombineeritud tsüklis, koostootmisrežiimis, avamereplatvormidel ja torustikes.

Viimase 40 aasta jooksul on selle seeria GE turbiinid olnud oma klassi enimmüüdud turbiinid. Kokku on maailmas paigaldatud üle 2000 selle mudeli turbiini, mille kogutööaeg on üle 75 miljoni tunni.

LM2500 turbiinide põhiomadused: kerge ja kompaktne disain kiireks paigaldamiseks ja lihtsaks hoolduseks; täisvõimsuse saavutamine käivitamise hetkest 10 minutiga; kõrge efektiivsus (lihtsa tsükliga), töökindlus ja kättesaadavus oma klassis; võimalus kasutada kahe kütusega põlemiskambreid destillaadi ja maagaasi jaoks; petrooleumi, propaani, koksiahju gaasi, etanooli ja LNG kütusena kasutamise võimalus; madal NOx heitkogus, kasutades DLE või SAC põlemiskambreid; usaldusväärsuse tegur - üle 99%; valmisolekutegur - üle 98%; NOx emissioon – 15 ppm (DLE modifikatsioon).

Et pakkuda klientidele usaldusväärset tuge kogu tootmisseadmete elutsükli jooksul, avas GE Kalugas spetsialiseeritud energiatehnoloogia keskuse. See pakub klientidele kaasaegseid lahendusi gaasiturbiinide hoolduseks, kontrolliks ja remondiks. Ettevõttes on juurutatud ISO 9001-le vastav kvaliteedijuhtimissüsteem.

Kawasaki rasketööstus

Jaapani ettevõte Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) on mitmekülgne inseneriettevõte. Selle tootmisprogrammis on oluline koht gaasiturbiinidel.

1943. aastal lõi Kawasaki Jaapani esimese gaasiturbiinmootori ja on nüüd üks maailma tunnustatud liidreid väikese ja keskmise võimsusega gaasiturbiinide tootmises, omades võrdlusandmeid enam kui 11 000 paigaldise jaoks.

Seades prioriteediks keskkonnasõbralikkuse ja efektiivsuse, on ettevõte saavutanud suurt edu gaasiturbiinitehnoloogiate arendamisel ning tegeleb aktiivselt paljulubavate arendustega, sealhulgas uute energiaallikate kui fossiilkütuste alternatiivi vallas.

Omades häid kogemusi krüogeensete tehnoloogiate, vedelgaaside tootmise, ladustamise ja transpordi tehnoloogiate vallas, teeb Kawasaki aktiivset teadus- ja arendustööd vesiniku kui kütuse valdkonnas.

Eelkõige on ettevõttel juba olemas turbiinide prototüübid, mis kasutavad metaankütuse lisandina vesinikku. Tulevikus on oodata turbiine, mille puhul palju energiasäästlikumalt ja absoluutselt keskkonnasäästlikumalt asendab süsivesinikke vesinik.

GTU Kawasaki GPB seeria mõeldud baaskoormuse tööks, sealhulgas nii paralleelse kui isoleeritud võrgu interaktsiooni skeemid, samas kui võimsusvahemik põhineb masinatel 1,7–30 MW.

Mudelivalikus on turbiine, mis kasutavad kahjulike heitmete summutamiseks auru sissepritse ja ettevõtte inseneride poolt modifitseeritud DLE-tehnoloogiat.

Elektritõhusus olenevalt tootmistsüklist ja võimsusest vastavalt 26,9% GPB17 ja GPB17D (M1A-17 ja M1A-17D turbiinid) 40,1% GPB300D (L30A turbiin). Elektrivõimsus - 1700 kuni 30 120 kW; soojusvõimsus - 13 400 kuni 8970 kJ / kWh; heitgaasi temperatuur - 521 kuni 470 ° C; heitgaaside tarbimine - 29,1 kuni 319,4 tuhat m3 / h; NOx (15% O2 juures) – 9/15 ppm gaasiturbiinidel M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm turbiinil M7A-02D ja 15 ppm turbiinidel L20A ja L30A.

Tõhususe poolest on Kawasaki gaasiturbiinid, igaüks oma klassis, kas maailmas esikohal või ühed liidritest. Elektriseadmete üldine soojuslik kasutegur koostootmiskonfiguratsioonides ulatub 86-87%. Ettevõte toodab mitmeid automaatse ümberlülitusega kahekütuselise (maagaasi ja vedelkütuse) GTU-sid. Praegu on Venemaa tarbijate seas enim nõutud kolm gaasiturbiini mudelit - GPB17D, GPB80D ja GPB180D.

Kawasaki gaasiturbiine eristab: kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga; kompaktne disain, mis on eriti atraktiivne olemasolevate tootmisrajatiste seadmete asendamisel; hoolduse lihtsus tänu korpuse poolitatud konstruktsioonile, eemaldatavatele põletitele, optimaalselt paiknevatele kontrollavadele jne, mis lihtsustab kontrolli ja hooldust, sh kasutaja personali poolt;

Keskkonnasõbralikkus ja ökonoomsus. Kawasaki turbiinide põlemiskambrid on konstrueeritud kasutades kõige kaasaegsemaid tehnikaid, et optimeerida põlemisprotsessi ja saavutada turbiini parim kasutegur, samuti vähendada heitgaasides leiduvaid NOx ja muid kahjulikke aineid. Keskkonnasäästlikkust parandab ka täiustatud kuivheite vähendamise tehnoloogia (DLE) kasutamine;

Võimalus kasutada laia valikut kütuseid. Kasutada võib maagaasi, petrooleumi, diislikütust, A-tüüpi kergeid kütteõlisid, aga ka nendega seotud naftagaasi;

Usaldusväärne müügijärgne teenindus. Kõrgetasemeline teenindus, sealhulgas tasuta võrguseiresüsteem (TechnoNet) koos aruannete ja prognoosidega, kõrgelt kvalifitseeritud töötajate tehniline tugi, samuti gaasiturbiinmootori vahetamine kapitaalremondi ajal (GTU seisakuid vähendatakse 2-ni). 3 nädalat) jne .d.

2011. aasta septembris tutvustas Kawasaki nüüdisaegset põlemiskambrisüsteemi, mis alandab gaasiturbiinmootori M7A-03 NOx heitkoguseid alla 10 ppm, mis on isegi madalam, kui kehtivad eeskirjad nõuavad. Üks ettevõtte disainilahendusi on luua uusi seadmeid, mis vastavad mitte ainult kaasaegsetele, vaid ka tulevastele rangematele keskkonnanõuetele.

Väga tõhus 5 MW GPB50D gaasiturbiin koos Kawasaki M5A-01D turbiiniga kasutab uusimaid tõestatud tehnoloogiaid. Jaama kõrge kasutegur muudab selle optimaalseks elektri- ja koostootmiseks. Samuti on GPB50D kompaktne disain eriti kasulik olemasolevate tehaste uuendamisel. Elektriline kasutegur 31,9% on 5 MW jaamade seas maailma parim.

M1A-17D turbiinil on originaalse põlemiskambri disaini ja kuivheite summutamise (DLE) kasutamise tõttu suurepärane keskkonnasäästlikkus (NOx)< 15 ppm) и эффективности.

Klassi madalaima turbiini üliväike kaal (1470 kg) on ​​tingitud komposiitmaterjalide ja keraamika laialdasest kasutamisest, millest valmistatakse näiteks tiiviku labad. Keraamika on kõrgendatud temperatuuridel töötamisel vastupidavam, vähem altid saastumisele kui metallid. Gaasiturbiini elektriline kasutegur on ligi 27%.

Venemaal on praeguseks Kawasaki Heavy Industries, Ltd. viinud koostöös Venemaa ettevõtetega ellu mitmeid edukaid projekte:

Mini-TPP "Central" Vladivostokis

JSC Far Eastern Energy Management Company (JSC DVEUK) tellimusel tarniti TPP Tsentralnayale 5 GTUd GPB70D (M7A-02D). Jaam pakub elektrit ja soojust tarbijatele Russki saare arenduse keskosas ja Kaug-Ida föderaalülikooli ülikoolilinnakus. Tsentralnaya TPP on esimene Kawasaki turbiinidega elektrirajatis Venemaal.

Mini-CHP "Okeanaarium" Vladivostokis

Selle projekti viis läbi ka JSC "DVEUK" saarel asuva teadus- ja hariduskompleksi "Primorsky Oceanarium" toiteallikaks. Tarniti kaks GPB70D gaasiturbiini.

GTU toodetud Kawasaki poolt Gazpromi PJSC-s

Kawasaki Venemaa partner MPP Energotekhnika LLC, mis põhineb M1A-17D gaasiturbiinil, toodab Korvette 1,7K konteinerelektrijaama, mis on mõeldud paigaldamiseks avatud aladele, mille välistemperatuur on vahemikus -60 kuni + 40 °С.

Koostöölepingu raames töötati välja ja monteeriti MPP Energotechnika tootmisruumides kokku viis EGTEPS KORVET-1.7K. Ettevõtete vastutusvaldkonnad selles projektis jagunesid järgmiselt: Kawasaki tarnib M1A-17D gaasiturbiinmootorit ja turbiini juhtimissüsteeme, Siemens AG tarnib kõrgepingegeneraatorit. MPP Energotekhnika LLC toodab plokkkonteinerit, väljalaske- ja õhu sisselaskeseadet, jõuallika juhtimissüsteemi (sh ergutussüsteem SHUVGM), elektriseadmeid - pea- ja abiseadmeid, komplekteerib kõiki süsteeme, komplekteerib ja tarnib terviklikku elektrijaama ning müüb ka APCS.

EGTES Korvet-1.7K on läbinud osakondadevahelised testid ja seda soovitatakse kasutada PJSC Gazprom rajatistes. Gaasiturbiini jõuallika töötas välja MPP Energotechnika LLC vastavalt PJSC Gazpromi lähteülesannetele PJSC Gazpromi ja Jaapani loodusvarade ja energiaagentuuri teadusliku ja tehnilise koostöö programmi raames.

Turbiin CCGT jaoks 10 MW NRU MPEI juures

Kawasaki Heavy Industries Ltd. on valmistanud ja tarninud Moskvas asuvale riiklikule uurimisülikoolile MPEI täieliku gaasiturbiinitehase GPB80D nimivõimsusega 7,8 MW. CHP MPEI on praktiline väljaõpe ja tööstuslikul skaalal elektrit ja soojust tootmine varustab neid Moskva Energeetikainstituudiga ja varustab neid Moskva tehnovõrkudega.

Projektide geograafia laiendamine

Kawasaki, juhtides tähelepanu kohaliku energia arendamise eelistele hajutatud tootmise suunas, tegi ettepaneku hakata ellu viima minimaalse võimsusega gaasiturbiine kasutavaid projekte.

Mitsubishi Hitachi toitesüsteemid

H-25 turbiinide mudelivalik on esitatud võimsusvahemikus 28-41 MW. MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.) teostab Jaapanis Hitachis asuvas tehases turbiinide tootmise täielikku paketti, sealhulgas uurimis- ja arendustegevust ning kaugseirekeskust. Selle moodustamine langeb 2014. aasta veebruarisse masinaehituse tunnustatud liidrite Mitsubishi Heavy Industries Ltd tootmissektorite ühinemise tõttu. ja Hitachi Ltd.

H-25 mudeleid kasutatakse laialdaselt üle maailma nii lihtsa tsükliga töötamiseks tänu kõrgele efektiivsusele (34-37%) kui ka kombineeritud tsüklis konfiguratsioonis 1x1 ja 2x1 51-53% efektiivsusega. Omades kõrgeid heitgaaside temperatuurinäitajaid, on GTU end edukalt tõestanud ka koostootmisrežiimis töötades, mille kogukasutegur on üle 80%.

Paljude aastate kogemus laia võimsusega gaasiturbiinide tootmisel ja ühevõllilise tööstusliku turbiini läbimõeldud konstruktsioon eristavad N-25 suure töökindlusega, mille seadmete käideldavuse koefitsient on üle 99%. Mudeli kogu tööaeg ületas 2016. aasta teisel poolel 6,3 miljonit tundi. Kaasaegne gaasiturbiin on valmistatud horisontaalse aksiaalse jaotusega, mis tagab selle hooldamise lihtsuse, aga ka võimaluse vahetada kuumatee osi kl. tegevuskoht.

Vastuvoolutoru-rõngakujuline põlemiskamber tagab stabiilse põlemise erinevatel kütuseliikidel, nagu maagaas, diislikütus, vedelgaas, suitsugaasid, koksiahjugaas jne. gaasi-õhu segu (DLN) eelsegamine. Gaasiturbiinmootor H-25 on 17-astmeline aksiaalkompressor, mis on ühendatud kolmeastmelise aktiivturbiiniga.

Näide N-25 GTU töökindlast tööst Venemaa väikestes tootmisrajatistes on koostootmisüksuse osana töötamine Tatarstani Vabariigis Mendelejevskis asuva Ammoniy JSC tehase enda vajadusteks. Koostootmisplokk annab tootmiskohale 24 MW elektrit ja 50 t/h auru (390°C / 43 kg/cm3). 2017. aasta novembris viidi objektil edukalt läbi esimene turbiini põlemissüsteemi ülevaatus, mis kinnitas masinaosade ja sõlmede usaldusväärset tööd kõrgel temperatuuril.

Nafta- ja gaasisektoris kasutati ettevõtte Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. Sakhalin II maismaatöötlemisrajatise (OPF) käitamiseks N-25 GTU-sid. OPF asub 600 km Južno-Sahhalinskist põhja pool avamere gaasijuhtme maabumisalal ja on üks ettevõtte tähtsamaid rajatisi, mis vastutab gaasi ja kondensaadi ettevalmistamise eest järgnevaks torujuhtme edastamiseks naftaekspordi terminali ja veeldatud maagaasi tehasesse. Tehnoloogiakompleksi kuulub neli N-25 gaasiturbiini, mis on olnud kommertskasutuses alates 2008. aastast. N-25 GTU baasil töötav koostootmisplokk on maksimaalselt integreeritud OPF integreeritud toitesüsteemi, eelkõige heitgaasidest tulenev soojus. turbiini kasutatakse toornafta soojendamiseks nafta rafineerimise vajadusteks.

Siemensi tööstuslikud gaasiturbiinide generaatorikomplektid (edaspidi GTU) aitavad toime tulla dünaamiliselt areneva hajutatud tootmise turu raskustega. Gaasiturbiinid ühiku nimivõimsusega 4 kuni 66 MW vastavad täielikult tööstusliku kombineeritud energia tootmise kõrgetele nõuetele jaama efektiivsuse (kuni 90%), töökindluse, teeninduse paindlikkuse ja keskkonnaohutuse osas, tagades madala eluea. tsüklikulud ja kõrge investeeringutasuvus. Siemensil on enam kui 100-aastane kogemus tööstuslike gaasiturbiinide ja nendel põhinevate soojuselektrijaamade ehitamisel.

Siemensi GTU-sid võimsusega 4–66 MW kasutavad väikesed kommunaalettevõtted, sõltumatud elektritootjad (nt tööstusettevõtted) ning nafta- ja gaasitööstus. Tehnoloogiate kasutamine elektri hajutatud tootmiseks koos soojusenergia kombineeritud tootmisega võimaldab keelduda investeerimast paljudesse kilomeetritesse elektriliinidesse, minimeerides vahemaad energiaallika ja seda tarbiva rajatise vahel, ning saavutada märkimisväärset kulude kokkuhoidu. tööstusettevõtete ja infrastruktuurirajatiste kütmine soojustagastusega. Standardse Siemensi GTU-l põhineva Mini-TPP saab ehitada kõikjal, kus on juurdepääs kütuseallikale või selle kiirele tarnimisele.

SGT-300 on tööstuslik gaasiturbiin nimivõimsusega 7,9 MW (vt tabel 1), mis ühendab endas lihtsa ja töökindla disaini uusima tehnoloogiaga.

Tabel 1. SGT-300 spetsifikatsioonid mehaanilise ajami ja elektritootmise jaoks

1) Elektriline 2) Võllile paigaldatud

Riis. 1. SGT-300 gaasigeneraatori ehitus

Tööstuslikuks elektritootmiseks kasutatakse SGT-300 gaasiturbiini ühevõllilist versiooni (vt joonis 1). See on ideaalne soojuse ja elektri koostootmiseks (CHP). Gaasiturbiin SGT-300 on tööstuslik gaasiturbiin, mis on algselt mõeldud tootmiseks ja millel on tegutsevate organisatsioonide jaoks järgmised eelised:

Elektriline kasutegur - 31%, mis on keskmiselt 2-3% kõrgem kui väiksema võimsusega gaasiturbiinide kasutegur, tänu kõrgemale kasuteguri väärtusele saavutatakse majanduslik efekt küttegaasi säästmisel;

Gaasigeneraator on varustatud madala emissiooniga kuivpõlemiskambriga, mis kasutab DLE-tehnoloogiat, mis võimaldab saavutada NOx ja CO heitkoguste tasemeid, mis on enam kui 2,5 korda madalamad kui normatiivdokumentidega kehtestatud;

GTP-l on tänu ühevõllilisele konstruktsioonile head dünaamilised omadused ja see tagab generaatori stabiilse töö välise ühendatud võrgu koormuse kõikumiste korral;

Gaasiturbiini tööstuslik disain tagab pika kapitaalremondi eluea ja on optimaalne töökohas tehtavate hooldustööde korraldamisel;

SGT-300 baasil põhineva lahenduse kasutamisel väheneb oluliselt hoone jalajälg, aga ka investeerimiskulud, sh kogu tehast hõlmavate mehaaniliste ja elektriseadmete soetamine, nende paigaldus ja kasutuselevõtt (joonis 2).

Riis. 2. SGT-300 ploki kaalu- ja suurusomadused

SGT-300 paigaldatud masinapargi kogu tööaeg on üle 6 miljoni tunni, juhtiva GTU tööajaga 151 tuhat tundi Kättesaadavus/kättesaadavus - 97,3%, töökindluse suhe - 98,2%.

OPRA (Holland) on juhtiv gaasiturbiinidel põhinevate energiasüsteemide tarnija. OPRA arendab, toodab ja turustab tipptasemel umbes 2 MW gaasiturbiinmootoreid. Ettevõtte põhitegevuseks on elektri tootmine nafta- ja gaasitööstusele.

Usaldusväärne OPRA OP16 mootor tagab suurema jõudluse madalamate kuludega ja pikema elueaga kui ükski teine ​​selle klassi turbiin. Mootor töötab mitut tüüpi vedel- ja gaaskütustel. Põlemiskambris on modifitseeritud saasteainete sisaldus heitgaasis. OPRA OP16 1,5–2,0 MW elektrijaam on karmides töötingimustes usaldusväärne abiline.

OPRA gaasiturbiinid on ideaalsed seadmed elektritootmiseks võrguvälistes elektri- ja väikesemahulistes koostootmissüsteemides. Turbiini konstruktsioon on olnud väljatöötamisel üle kümne aasta. Tulemuseks on lihtne, töökindel ja tõhus gaasiturbiinmootor, sealhulgas madala heitgaasiga mudel.

OP16 keemilise energia elektrienergiaks muundamise tehnoloogia eripäraks on COFAR patenteeritud kütusesegu ettevalmistamise ja etteande juhtimissüsteem, mis tagab põlemisrežiimid minimaalse lämmastiku ja süsinikoksiidi moodustumisega ning minimaalselt põlemata kütusejääke. Originaalsed on ka radiaalturbiini patenteeritud geomeetria ja vahetatava kasseti üldiselt konsoolkonstruktsioon, sealhulgas võll, laagrid, tsentrifugaalkompressor ja turbiin.

OPRA ja MES Engineeringu spetsialistid töötasid välja ainulaadse ühtse jäätmetöötluse tehnilise kompleksi loomise kontseptsiooni. Kogu Venemaal aastas toodetavast 55–60 miljonist tonnist MSW-st langeb viiendik - 11,7 miljonit tonni - pealinna piirkonda (3,8 miljonit tonni - Moskva piirkond, 7,9 miljonit tonni - Moskva). Samal ajal viiakse Moskvast väljapoole Moskva ringteed 6,6 miljonit tonni olmejäätmeid. Seega ladestub Moskva piirkonda üle 10 miljoni tonni prügi. Alates 2013. aastast on Moskva oblasti 39 prügilast suletud 22. Nende asemele peaks tulema 13 jäätmesorteerimiskompleksi, mis võetakse kasutusele aastatel 2018-2019, ning nelja jäätmepõletustehasega. Sama olukord on enamikus teistes piirkondades. Suurte jäätmekäitlustehaste ehitamine ei ole aga alati tulus, seega on jäätmete töötlemise probleem väga aktuaalne.

Ühtse tehnilise kompleksi väljatöötatud kontseptsioon ühendab kõrge töökindluse ja efektiivsusega täielikult radiaalsed OPRA tehased MES gaasistamis-/pürolüüsisüsteemiga, mis võimaldab tõhusalt muundada erinevat tüüpi jäätmeid (sh MSW, õlisete, saastunud maa, bioloogilised ja meditsiinilised jäätmed). jäätmed, puidutöötlemise jäätmed, liiprid jne) suurepäraseks kütuseks soojuse ja elektri tootmiseks. Pikaajalise koostöö tulemusena on projekteeritud ja juurutamisel standardiseeritud jäätmekäitluskompleks võimsusega 48 tonni/ööp. (joonis 3).

Riis. 3. Tavalise jäätmekäitluskompleksi võimsusega 48 tonni/ööpäevas üldplaneering.

Kompleksi kuuluvad MES gaasistamisplokk koos jäätmehoidla platsiga, kaks OPRA gaasiturbiini elektrilise koguvõimsusega 3,7 MW ja soojusvõimsusega 9 MW ning erinevad abi- ja kaitsesüsteemid.

Sellise kompleksi rakendamine võimaldab 2 hektari suurusel alal saada autonoomse energia- ja soojusvarustuse võimaluse erinevatele tööstus- ja kommunaalrajatistele, lahendades samal ajal erinevat tüüpi olmejäätmete ringlussevõtu probleemi.

Erinevused arendatud komplekssete ja olemasolevate tehnoloogiate vahel tulenevad pakutavate tehnoloogiate ainulaadsest kombinatsioonist. Väikesed (2 t/h) tarbitud jäätmemahud koos platsi väikese vajaliku pindalaga võimaldavad paigutada selle kompleksi otse väikeasulate, tööstusettevõtete jms lähedusse, säästes oluliselt raha jäätmete pideval vedamisel nende juurde. kõrvaldamiskohad. Kompleksi täielik autonoomia võimaldab teil seda peaaegu kõikjale rakendada. Väljatöötatud tüüpprojekti, moodulkonstruktsioonide ja seadmete maksimaalse tehasevalmidusastme kasutamine võimaldab minimeerida ehitusaja 1-1,5 aastani. Uute tehnoloogiate kasutamine tagab kompleksi kõrgeima keskkonnasõbralikkuse. MES gaasistamisseade toodab samaaegselt kütuse gaasilisi ja vedelaid fraktsioone ning OPRA GTU kahekütuselise olemuse tõttu kasutatakse neid samaaegselt, mis suurendab kütuse paindlikkust ja toiteallika töökindlust. OPRA GTU madalad nõudmised kütuse kvaliteedile suurendavad kogu süsteemi töökindlust. MES plokk võimaldab kasutada kuni 85% niiskusesisaldusega jäätmeid, mistõttu jäätmete kuivatamine ei ole vajalik, mis tõstab kogu kompleksi efektiivsust. OPRA GTU heitgaaside kõrge temperatuur võimaldab tagada usaldusväärse soojusvarustuse kuuma vee või auruga (12 baaril kuni 11 tonni auru tunnis). Projekt on standardne ja skaleeritav, mis võimaldab ära anda mis tahes koguses jäätmeid.

Arvutused näitavad, et elektritootmise maksumus jääb vahemikku 0,01-0,03 eurot 1 kWh kohta, mis näitab projekti kõrget majanduslikku efektiivsust. Nii kinnitas OPRA ettevõte taaskord oma keskendumist kasutatavate kütuste valiku laiendamisele ja kütusepaindlikkuse suurendamisele ning keskendumist oma arenduses "roheliste" tehnoloogiate maksimaalsele kasutamisele.

Turbiin on igasugune pöörlev seade, mis kasutab töö tegemiseks liikuva töövedeliku (vedeliku) energiat. Tüüpilised turbiinivedelikud on: tuul, vesi, aur ja heelium. Tuuleveskid ja hüdroelektrijaamad on aastakümneid kasutanud turbiine elektrigeneraatorite pööramiseks ning energia tootmiseks tööstusele ja elamumajandusele. Lihtsad turbiinid on tuntud palju kauem, esimesed neist ilmusid Vana-Kreekas.

Elektritootmise ajalukku ilmusid aga mitte nii kaua aega tagasi gaasiturbiinid ise. Esimene praktiline gaasiturbiin hakkas elektrit tootma Šveitsis Neuchatelis 1939. aastal. Selle töötas välja Brown Boveri Company. Esimene lennukit toidav gaasiturbiin töötas samuti 1939. aastal Saksamaal, kasutades Hans P. von Ohaini projekteeritud gaasiturbiini. Inglismaal 1930. aastatel viis Frank Whittle'i gaasiturbiini leiutamine ja konstruktsioon 1941. aastal esimese turbiinmootoriga lennuni.

Joonis 1. Lennuki turbiini (a) ja maapealse gaasiturbiini (b) skeem

Mõiste "gaasiturbiin" on kergesti eksitav, sest paljude jaoks tähendab see turbiinmootorit, mis kasutab kütusena gaasi. Tegelikult on gaasiturbiinil (joonisel 1 skemaatiliselt näidatud) kompressor, mis varustab ja surub kokku gaasi (tavaliselt õhku); põlemiskambrisse, kus kütuse põlemisel soojendatakse surugaasi ja turbiini ennast, mis ammutab energiat kuumade surugaaside voolust. Sellest energiast piisab kompressori toiteks ja see jääb kasulikeks rakendusteks. Gaasiturbiin on sisepõlemismootor (ICE), mis kasutab kasuliku töö tegemiseks kütuse pidevat põlemist. Selle poolest erineb turbiin karburaator- või diisel-sisepõlemismootoritest, kus põlemisprotsess on katkendlik.

Kuna gaasiturbiinide kasutamist hakati 1939. aastal samaaegselt kasutama nii energeetikas kui ka lennunduses, kasutatakse lennunduse ja maismaal asuvate gaasiturbiinide kohta erinevaid nimetusi. Lennunduse gaasiturbiine nimetatakse turboreaktiiv- või reaktiivmootoriteks ja teisi gaasiturbiine gaasiturbiinmootoriteks. Inglise keeles on nendele üldiselt sama tüüpi mootoritele isegi rohkem nimetusi.

Gaasiturbiinide kasutamine

Lennuki turboreaktiivmootoris juhib turbiinist saadav energia kompressorit, mis tõmbab õhku mootorisse. Turbiinist väljuv kuum gaas väljutatakse väljalaskeotsaku kaudu atmosfääri, mis tekitab tõukejõu. Joonisel fig. 1a on kujutatud turboreaktiivmootori skeem.

Joonis 2. Lennuki turboreaktiivmootori skemaatiline kujutis.

Tüüpiline turboreaktiivmootor on näidatud joonisel fig. 2. Sellised mootorid loovad tõukejõu 45 kgf kuni 45 000 kgf tühimassiga 13 kg kuni 9 000 kg. Väikseimad mootorid juhivad tiibrakette, suurimad - tohutuid lennukeid. Gaasiturbiin joonisel fig. 2 on suure läbimõõduga kompressoriga turboventilaator. Tõukejõu tekitab nii kompressori poolt sisseimetud õhk kui ka turbiini enda kaudu läbiv õhk. Mootor on suur ja suudab madalal stardikiirusel tekitada suurt tõukejõudu, mistõttu on see kommertslennukitele kõige sobivam. Turboreaktiivmootoril ei ole ventilaatorit ja see loob tõukejõu õhuga, mis läbib täielikult gaasitee. Turboreaktiivmootoritel on väikesed eesmised mõõtmed ja nad toodavad kõige suuremat tõukejõudu suurtel kiirustel, mistõttu on need kõige sobivamad hävituslennukites kasutamiseks.

Mittelennundusgaasiturbiinides kasutatakse osa turbiini energiast kompressori käitamiseks. Ülejäänud energia – "kasulik energia" eemaldatakse turbiini võllilt energiakasutusseadmega nagu elektrigeneraator või laeva propeller.

Tüüpiline maapealne gaasiturbiin on näidatud joonisel fig. 3. Sellised paigaldised võivad toota energiat 0,05 MW kuni 240 MW. Joonisel fig. 3 on lennukist tuletatud, kuid kergem gaasiturbiin. Raskemad agregaadid on loodud spetsiaalselt maapealseks kasutamiseks ja neid nimetatakse tööstuslikeks turbiinideks. Kuigi lennukitest toodetud turbiine kasutatakse üha enam primaarenergia generaatoritena, kasutatakse neid endiselt kõige sagedamini maagaasi pumpamiseks, laevade toiteks ja täiendavate elektrigeneraatoritena tippnõudluse perioodidel. Gaasiturbiini generaatorid võivad kiiresti sisse lülituda, andes energiat siis, kui seda kõige rohkem vaja on.

Joonis 3. Lihtsaim üheastmeline maismaal töötav gaasiturbiin. Näiteks energeetikas. 1 - kompressor, 2 - põlemiskamber, 3 - turbiin.

Gaasiturbiini kõige olulisemad eelised on:

1. See suudab suhteliselt väikese suuruse ja kaaluga toota palju võimsust.
2. Gaasiturbiin töötab konstantsel pöörlemisrežiimil, erinevalt kolbmootoritest, mis töötavad pidevalt muutuva koormusega. Seetõttu peavad turbiinid kaua vastu ja vajavad suhteliselt vähe hooldust.
3. Kuigi gaasiturbiini käivitamisel kasutatakse abiseadmeid, näiteks elektrimootoreid või mõnda muud gaasiturbiini, võtab käivitamine minuteid. Võrdluseks mõõdetakse auruturbiini käivitusaega tundides.
4. Gaasiturbiin võib kasutada erinevaid kütuseid. Suured maismaaturbiinid kasutavad tavaliselt maagaasi, samas kui lennukiturbiinid kasutavad pigem kergeid destillaate (petrooleumi). Kasutada võib ka diislikütust või spetsiaalselt töödeldud kütteõli. Samuti on võimalik kasutada pürolüüsi, gaasistamise ja nafta rafineerimise protsessis tekkivaid põlevaid gaase ning biogaasi.
5. Tavaliselt kasutavad gaasiturbiinid töövedelikuna atmosfääriõhku. Elektrienergia tootmisel ei vaja gaasiturbiin jahutusvedelikku (näiteks vett).

Varem oli gaasiturbiinide üks peamisi puudusi nende madal kasutegur võrreldes teiste sisepõlemismootorite või elektrijaamade auruturbiinidega. Kuid viimase 50 aasta jooksul on nende konstruktsiooni täiustused suurendanud soojusefektiivsust 1939. aasta 18%-lt Neuchateli gaasiturbiinil praeguse kasutegurini 40% lihtsa tsükliga töös ja ligikaudu 55% kombineeritud tsüklis (sellest lähemalt allpool). . Tulevikus tõuseb gaasiturbiinide kasutegur veelgi, eeldatavasti tõuseb kasutegur lihttsüklis 45-47% ja kombineeritud tsüklis kuni 60%. Need eeldatavad kasutegurid on oluliselt kõrgemad kui teistel levinud mootoritel, näiteks auruturbiinidel.

Gaasiturbiini tsüklid

Jadaskeem näitab, mis juhtub õhu sisenemisel, gaasitee läbimisel ja väljumisel gaasiturbiinist. Tavaliselt näitab tsüklogramm õhuhulga ja süsteemi rõhu vahelist seost. Joonisel fig. 4a on kujutatud Braytoni tsükkel, mis näitab gaasiturbiini läbiva fikseeritud ruumala õhu omaduste muutumist selle töö ajal. Selle tsüklogrammi võtmepiirkonnad on näidatud ka gaasiturbiini skemaatilisel kujutisel joonisel fig. 4b.

Joonis 4a. Braytoni tsüklidiagramm töövedeliku P-V koordinaatides, mis näitab töö (W) ja soojuse (Q) voogusid.

Joonis 4b. Gaasiturbiini skemaatiline illustratsioon, mis näitab Braytoni tsükli diagrammi punkte.

Õhk surutakse kokku punktist 1 punkti 2. Gaasi rõhk suureneb, samal ajal kui gaasi maht väheneb. Seejärel kuumutatakse õhku konstantsel rõhul punktist 2 punkti 3. Seda soojust toodab kütus, mis juhitakse põlemiskambrisse ja põleb pidevalt.

Kuum suruõhk punktist 3 hakkab paisuma punktide 3 ja 4 vahel. Rõhk ja temperatuur sellel intervallil langevad ning gaasi maht suureneb. Mootoris joonisel fig. 4b kujutab seda gaasi vool punktist 3 läbi turbiini punkti 4. See toodab energiat, mida saab seejärel kasutada. Joonisel fig. 1a, suunatakse vool punktist 3" punkti 4 läbi väljunddüüsi ja tekitab tõukejõu. "Kasulikku tööd" joonisel fig 4a näitab kõver 3'-4. See on energia, mis on võimeline liikuma ajami veovõlli maapealne turbiin või õhusõiduki mootorile tõukejõu tekitamine Brightoni tsükkel lõpeb joonisel 4 protsessiga, mille käigus õhu maht ja temperatuur vähenevad soojuse vabanemisel atmosfääri.

Joonis 5. Suletud ahela süsteem.

Enamik gaasiturbiine töötab avatud tsükli režiimis. Avatud vooluringis võetakse õhk atmosfäärist (punkt 1 joonistel 4a ja 4b) ja väljastatakse punktis 4 tagasi atmosfääri, nii et kuum gaas jahutatakse atmosfääris pärast selle mootorist väljalaskmist. Suletud tsüklis töötavas gaasiturbiinis kasutatakse töövedelikku (vedelikku või gaasi) pidevalt heitgaaside jahutamiseks (punktis 4) soojusvahetis (skemaatiliselt näidatud joonisel 5) ja suunatakse kompressori sisselaskeavasse. . Kuna kasutatakse suletud ruumala piiratud gaasikogusega, ei ole suletud tsükliga turbiin sisepõlemismootor. Suletud tsükliga süsteemis ei saa põlemist säilitada ja tavaline põlemiskamber asendatakse sekundaarse soojusvahetiga, mis soojendab suruõhku enne turbiini sisenemist. Soojust annab väline allikas, näiteks tuumareaktor, söeküttel töötav keevkihtahi või muu soojusallikas. Tehti ettepanek kasutada suletud tsükliga gaasiturbiine Marsi lendudel ja muudel pikaajalistel kosmoselendudel.

Gaasiturbiini, mis on projekteeritud ja mida kasutatakse vastavalt Brysoni tsüklile (joonis 4), nimetatakse lihttsükliga gaasiturbiiniks. Enamik õhusõidukite gaasiturbiine töötab lihtsal tsüklil, et hoida mootori kaal ja esiosa mõõtmed võimalikult väikesed. Küll aga muutub maa- või merekasutuseks võimalikuks lisada lihttsükliturbiinile lisavarustust, et tõsta mootori efektiivsust ja/või võimsust. Kasutatakse kolme tüüpi modifikatsioone: regenereerimine, vahejahutus ja topeltküte.

Taastumine näeb ette soojusvaheti (rekuperaatori) paigaldamise heitgaaside teele (punkt 4 joonisel 4b). Suruõhk punktist 2 joonisel fig. 4b soojendatakse soojusvahetil enne põlemiskambrisse sisenemist heitgaasidega (joonis 6a).

Kui regenereerimine on hästi teostatud, see tähendab, et soojusvaheti kasutegur on kõrge ja rõhulang selles on väike, on efektiivsus suurem kui lihtsa turbiinitsükli korral. Arvestada tuleks aga ka regeneraatori maksumusega. Regeneraatoreid kasutati gaasiturbiinmootorites Abrams M1 tankides – operatsiooni Desert Storm peamises lahingutankis – ja sõidukite eksperimentaalsetes gaasiturbiinmootorites. Regeneratsiooniga gaasiturbiinid tõstavad efektiivsust 5-6% ja nende kasutegur on isegi suurem osakoormusel töötades.

Vahejahutus hõlmab ka soojusvahetite kasutamist. Vahejahuti (intercooler) jahutab gaasi selle kokkusurumise ajal. Näiteks kui kompressor koosneb kahest kõrg- ja madalrõhumoodulist, tuleks nende vahele paigaldada vahejahuti, mis jahutab gaasivoolu ja vähendab kõrgsurvekompressoris kokkusurumiseks vajalikku tööd (joonis 6b). Jahutusaineks võib olla atmosfääriõhk (nn õhujahutid) või vesi (nt merevesi laeva turbiinis). On lihtne näidata, et hästi konstrueeritud vahejahutiga gaasiturbiini võimsus suureneb.

kahekordne küte kasutatakse turbiinides ja see on viis turbiini väljundvõimsuse suurendamiseks ilma kompressori tööd muutmata või turbiini töötemperatuuri tõstmata. Kui gaasiturbiinil on kaks moodulit, kõrg- ja madalrõhkkond, siis kasutatakse kõrg- ja madalrõhuturbiini vahelise gaasivoolu uuesti soojendamiseks ülekuumendi (tavaliselt teist põletit) (joonis 6c). See võib suurendada väljundvõimsust 1-3%. Topeltküte õhusõidukite turbiinides saavutatakse järelpõleti lisamisega turbiini otsikule. See suurendab veojõudu, kuid suurendab oluliselt kütusekulu.

Kombineeritud tsükliga gaasiturbiiniga elektrijaama lühendatakse sageli kui CCGT. Kombineeritud tsükkel tähendab elektrijaama, milles gaasiturbiini ja auruturbiini kasutatakse koos suurema kasuteguri saavutamiseks kui eraldi kasutades. Gaasiturbiin käitab elektrigeneraatorit. Turbiini heitgaase kasutatakse auru tootmiseks soojusvahetis, see aur ajab auruturbiini, mis toodab ka elektrit. Kui kütteks kasutatakse auru, nimetatakse jaama koostootmiselektrijaamaks. Teisisõnu, Venemaal kasutatakse tavaliselt lühendit CHP (Heat and Power Plant). Kuid koostootmisjaamades ei tööta reeglina gaasiturbiinid, vaid tavalised auruturbiinid. Ja kasutatud auru kasutatakse kütteks, nii et koostootmine ja koostootmine ei ole sünonüümid. Joonisel fig. 7 on koostootmiselektrijaama lihtsustatud diagramm, millel on kujutatud kahte järjestikku paigaldatud soojusmasinat. Ülemine mootor on gaasiturbiin. See edastab energia alumisele mootorile - auruturbiinile. Seejärel edastab auruturbiin soojuse kondensaatorisse.

Joonis 7. Kombineeritud tsükliga elektrijaama skeem.

Kombineeritud tsükli \(\nu_(cc) \) efektiivsust saab esitada üsna lihtsa avaldisega: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) Teisisõnu, see on iga etapi efektiivsuse summa, millest on lahutatud nende töö. See võrrand näitab, miks koostootmine on nii tõhus. Oletame, et \(\nu_B = 40%\) on Braytoni tsükliga gaasiturbiini efektiivsuse mõistlik ülempiir. Mõistlik hinnang Rankine'i tsüklil töötava auruturbiini kasuteguri kohta koostootmise teises etapis on \(\nu_R = 30% \). Asendades need väärtused võrrandisse, saame: \(\nu_(cc) = 0,40 + 0,30 - 0,40 \times 0,3 = 0,70 - 0,12 = 0,58 \). See tähendab, et sellise süsteemi efektiivsus on 58%.

See on koostootmiselektrijaama efektiivsuse ülempiir. Praktiline efektiivsus on madalam, kuna etappide vahel kaob vältimatu energiakadu. Praktiliselt viimastel aastatel kasutusele võetud koostootmissüsteemides on saavutatud kasutegur 52-58%.

Gaasiturbiini komponendid

Gaasiturbiini töö on kõige parem jaotada kolmeks alamsüsteemiks: kompressor, põlemiskamber ja turbiin, nagu on näidatud joonisel fig. 1. Järgmisena vaatame lühidalt üle kõik need alamsüsteemid.

Kompressorid ja turbiinid

Kompressor on turbiiniga ühendatud ühise võlliga, et turbiin saaks kompressorit pöörata. Ühe võlliga gaasiturbiinil on üks võll, mis ühendab turbiini ja kompressorit. Kahevõlliline gaasiturbiin (joonis 6b ja 6c) on kahe koonilise võlliga. Pikem on ühendatud madalrõhukompressori ja madalrõhuturbiiniga. See pöörleb lühema õõnesvõlli sees, mis ühendab kõrgsurvekompressori kõrgsurveturbiiniga. Turbiini ja kõrgsurvekompressorit ühendav võll pöörleb kiiremini kui turbiini ja madalrõhukompressori võll. Kolmevõllilisel gaasiturbiinil on kolmas võll, mis ühendab turbiini ja keskmise rõhuga kompressorit.

Gaasiturbiinid võivad olla tsentrifugaalsed või aksiaalsed või kombineeritud. Tsentrifugaalkompressor, milles suruõhk väljub ümber masina välisperimeetri, on töökindel, tavaliselt maksab vähem, kuid on piiratud survesuhtega 6-7:1. Neid kasutati laialdaselt varem ja kasutatakse ka tänapäeval. väikestes gaasiturbiinides.

Tõhusamates ja produktiivsemates aksiaalkompressorites väljub suruõhk piki mehhanismi telge. See on kõige levinum gaasikompressori tüüp (vt jooniseid 2 ja 3). Tsentrifugaalkompressorid koosnevad suurest hulgast identsetest sektsioonidest. Iga sektsioon sisaldab pöörlevat turbiinilabadega ratast ja fikseeritud labadega ratast (staatorid). Sektsioonid on paigutatud nii, et suruõhk läbib järjestikku iga sektsiooni, andes igaühele osa oma energiast.

Turbiinidel on lihtsam konstruktsioon kui kompressoril, kuna gaasivoolu kokkusurumine on keerulisem kui selle tagasipaisutamine. Aksiaalsed turbiinid nagu näidatud joonisel fig. 2 ja 3 on vähem sektsioone kui tsentrifugaalkompressor. On väikeseid gaasiturbiine, mis kasutavad tsentrifugaalturbiine (radiaalse gaasi sissepritsega), kuid kõige levinumad on aksiaalsed turbiinid.

Turbiini projekteerimine ja valmistamine on keeruline, kuna see nõuab kuumas gaasivoos olevate komponentide eluea pikendamist. Disaini töökindluse probleem on kõige kriitilisem turbiini esimeses etapis, kus temperatuur on kõrgeim. Turbiinilabade valmistamisel kasutatakse spetsiaalseid materjale ja keerukat jahutussüsteemi, mis sulavad temperatuuril 980-1040 kraadi Celsiuse järgi gaasijoas, mille temperatuur ulatub 1650 kraadini Celsiuse järgi.

Põlemiskamber

Põlemiskambri edukas konstruktsioon peab vastama paljudele nõuetele ja selle õige konstruktsioon on olnud väljakutse Whittle'i ja von Ohini turbiinide ajast peale. Iga põlemiskambrile esitatava nõude suhteline tähtsus sõltub turbiini rakendusest ja loomulikult on mõned nõuded omavahel vastuolus. Põlemiskambri projekteerimisel on kompromissid vältimatud. Suurem osa disaininõuetest on seotud mootori hinna, efektiivsuse ja keskkonnasõbralikkusega. Siin on loetelu põhinõuetest põlemiskambrile:

1. Kõrge kütuse põlemise efektiivsus kõikides töötingimustes.
2. Madal kütuse alapõletus ja süsinikmonooksiidi (süsinikmonooksiidi) emissioon, madal lämmastikoksiidi emissioon suurel koormusel ja nähtavate suitsuheitmete puudumine (keskkonnasaaste minimeerimine).
3. Väike rõhulang, kui gaas läbib põlemiskambrit. 3-4% rõhukadu on tüüpiline rõhulangus.
4. Põlemine peab olema stabiilne kõikidel töörežiimidel.
5. Põlemine peab olema stabiilne väga madalatel temperatuuridel ja madalal rõhul suurel kõrgusel (lennukimootorite puhul).
6. Põlemine peaks olema ühtlane, ilma pulsatsioonide ja häireteta.
7. Temperatuur peab olema stabiilne.
8. Pikk kasutusiga (tuhandeid tunde), eriti tööstuslike turbiinide puhul.
9. Võimalus kasutada erinevat tüüpi kütust. Maaturbiinides kasutatakse tavaliselt maagaasi või diislikütust. Lennunduse petrooleumiturbiinidele.
10. Põlemiskambri pikkus ja läbimõõt peavad vastama mootorisõlme suurusele.
11. Põlemiskambri omamise kogukulu peaks olema minimaalne (siia kuuluvad algkulud, kasutus- ja hoolduskulud).
12. Õhusõidukite mootorite põlemiskambril peab olema minimaalne kaal.

Põlemiskamber koosneb vähemalt kolmest põhiosast: kest, leegitoru ja kütuse sissepritsesüsteem. Kest peab taluma töörõhku ja võib olla osa gaasiturbiini konstruktsioonist. Kest sulgeb suhteliselt õhukese seinaga leegitoru, milles toimub põlemine ja kütuse sissepritsesüsteem.

Võrreldes muud tüüpi mootoritega, nagu diisel- ja kolbmootoriga autode mootorid, toodavad gaasiturbiinid võimsusühiku kohta kõige vähem õhusaasteaineid. Gaasiturbiinide heitkogustest valmistavad suurimat muret põlemata kütus, süsinikmonooksiid (süsinikoksiid), lämmastikoksiidid (NOx) ja suits. Kuigi õhusõidukite turbiinide panus kogu saasteainete heitkogusesse on alla 1%, kahekordistusid otse troposfääri eralduvad heitmed 40–60 põhjalaiuskraadi vahel, põhjustades osoonikontsentratsiooni 20% tõusu. Stratosfääris, kus ülehelikiirusega lennukid lendavad, põhjustavad NOx-heitmed osoonikihi kahanemist. Mõlemad mõjud kahjustavad keskkonda, seega peab 21. sajandil toimuma lämmastikoksiidide (NOx) vähendamine lennukimootorite heitkogustes.

See on üsna lühike artikkel, mis püüab valemitele tuginemata käsitleda kõiki turbiinirakenduste aspekte lennundusest energeetikani. Teemaga paremaks tutvumiseks võin soovitada raamatut "Gaasiturbiin raudteetranspordis" http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html. Kui jätta vahele peatükid, mis puudutavad turbiinide kasutamise spetsiifikat raudteel, on raamat siiski väga arusaadav, kuid palju detailsem.

Turbiin on mootor, milles kokkusurutava vedeliku potentsiaalne energia muudetakse labaaparaadis kineetiliseks energiaks ja viimane tiivikutes mehaaniliseks tööks, mis edastatakse pidevalt pöörlevale võllile.

Auruturbiinid esindavad oma konstruktsioonilt pidevalt töötavat soojusmasinat. Töötamise ajal siseneb ülekuumenenud või küllastunud veeaur vooluteele ja sunnib selle paisumise tõttu rootori pöörlema. Pöörlemine toimub tera aparaadile mõjuva auruvoolu tulemusena.

Auruturbiin on osa auruturbiini konstruktsioonist, mis on mõeldud energia tootmiseks. Samuti on olemas paigaldised, mis lisaks elektrile suudavad toota soojusenergiat – aurulabadest läbi käinud aur siseneb võrgu veesoojenditesse. Seda tüüpi turbiini nimetatakse tööstuslikuks koostootmiseks või koostootmistüübiks. Esimesel juhul on turbiinis tööstuslikuks otstarbeks ette nähtud auru eemaldamine. Koos generaatoriga on auruturbiin turbiiniseade.

Auruturbiinide tüübid

Turbiinid jagunevad olenevalt auru liikumise suunast radiaal- ja aksiaalturbiinideks. Auruvool radiaalturbiinides on suunatud teljega risti. Auruturbiinid võivad olla ühe-, kahe- ja kolmekorpilised. Auruturbiin on varustatud mitmesuguste tehniliste seadmetega, mis takistavad välisõhu tungimist korpusesse. Need on mitmesugused tihendid, mis on varustatud väikeses koguses veeauruga.

Võlli esiosas asub ohutusregulaator, mis on ette nähtud auruvarustuse väljalülitamiseks, kui turbiini kiirus suureneb.

Nimiväärtuste põhiparameetrite karakteristikud

· Turbiini nimivõimsus- maksimaalne võimsus, mida turbiin peab pikka aega arendama elektrigeneraatori klemmides, põhiparameetrite normaalväärtustega või siis, kui need muutuvad tööstus- ja riigistandarditega määratud piirides. Kontrollitud aurutõmbeturbiin suudab arendada võimsust üle oma nimivõimsuse, kui see on kooskõlas selle osade tugevustingimustega.

· Turbiini majanduslik võimsus- võimsus, mille juures turbiin töötab suurima efektiivsusega. Sõltuvalt elava auru parameetritest ja turbiini otstarbest võib nimivõimsus olla võrdne majandusliku võimsusega või rohkem 10-25%.

· Regeneratiivse toitevee soojendamise nimitemperatuur- toitevee temperatuur viimasest küttekehast allavoolu vee suunas.

· Jahutusvee nimitemperatuur- jahutusvee temperatuur kondensaatori sisselaskeava juures.

gaasiturbiin(fr. turbiin lat. turbo keeris, pöörlemine) on pidev soojusmasin, mille labaaparaadis muudetakse kokkusurutud ja kuumutatud gaasi energia võllil tehtavaks mehaaniliseks tööks. See koosneb rootorist (ketastele kinnitatud labad) ja staatorist (korpusesse kinnitatud juhtlabad).

Kõrge temperatuuri ja rõhuga gaas siseneb turbiini düüsiaparaadi kaudu düüsiosa taga olevasse madalrõhualasse, paisudes ja kiirendades samaaegselt. Lisaks siseneb gaasivool turbiini labadesse, andes neile osa oma kineetilisest energiast ja andes labadele pöördemomendi. Rootori labad edastavad pöördemomendi läbi turbiini ketaste võllile. Gaasiturbiini kasulikud omadused: gaasiturbiin näiteks ajab sellega samal võllil asuvat generaatorit, mis on gaasiturbiini kasulik töö.

Gaasiturbiine kasutatakse gaasiturbiinmootorite (kasutatakse transpordiks) ja gaasiturbiinseadmete (kasutatakse soojuselektrijaamades statsionaarsete GTU-de, CCGT-de osana) osana. Gaasiturbiine kirjeldab Braytoni termodünaamiline tsükkel, mille käigus õhk surutakse esmalt adiabaatiliselt kokku, seejärel põletatakse konstantsel rõhul ja seejärel paisutakse adiabaatiliselt tagasi algrõhuni.

Gaasiturbiinide tüübid

- Lennuki- ja reaktiivmootorid

- Abijõuseade

- Tööstuslikud gaasiturbiinid elektri tootmiseks

- Turbovõlli mootorid

- Radiaalsed gaasiturbiinid

- Mikroturbiinid

Mehaaniliselt võivad gaasiturbiinid olla tunduvalt lihtsamad kui kolb-sisepõlemismootorid. Lihtturbiinidel võib olla üks liikuv osa: võll/kompressor/turbiin/alternatiivne rootor (vt ülaltoodud pilti), välja arvatud kütusesüsteem.

Keerulisematel turbiinidel (need, mida kasutatakse tänapäevastes reaktiivmootorites) võib olla mitu võlli (pooli), sadu turbiinilabasid, liikuvad staatorilabad ja ulatuslik keerukate torustike, põlemiskambrite ja soojusvahetite süsteem.

Üldreeglina on nii, et mida väiksem on mootor, seda suurem on võlli(te) kiirus, mis on vajalik labade maksimaalse lineaarkiiruse säilitamiseks. Turbiini labade maksimaalne kiirus määrab maksimaalse rõhu, mida on võimalik saavutada, mille tulemuseks on maksimaalne võimsus, olenemata mootori suurusest. Reaktiivmootor pöörleb umbes 10 000 pööret minutis ja mikroturbiin umbes 100 000 pööret minutis.

Artiklis kirjeldatakse, kuidas arvutatakse kõige lihtsama gaasiturbiini kasutegur, on toodud erinevate gaasiturbiinide ja kombineeritud tsükliga seadmete tabelid, et võrrelda nende kasutegurit ja muid omadusi.

Gaasiturbiinide ja auru-gaasi tehnoloogiate tööstusliku kasutamise vallas on Venemaa maailma arenenud riikidest kõvasti maha jäänud.

Maailma liidrid suure võimsusega gaasi- ja kombineeritud tsükliga elektrijaamade tootmises: GE, Siemens Wistinghouse, ABB - saavutasid gaasiturbiinijaamade ühikuvõimsuse väärtused 280-320 MW ja kasutegur üle 40%, kusjuures aurujõulise pealisehitise kasutamine kombineeritud tsüklis (nimetatakse ka binaarseks) - võimsused 430-480 MW efektiivsusega kuni 60%. Kui teil on küsimusi CCGT töökindluse kohta - lugege artiklit.

Need muljetavaldavad arvud on eeskujuks Venemaa energeetikatööstuse arengusuundade kindlaksmääramisel.

Kuidas määratakse gaasiturbiini kasutegur?

Siin on paar lihtsat valemit, mis näitavad, milline on gaasiturbiinijaama efektiivsus:

Turbiini sisemine võimsus:

• Nt = Gex * Lt, kus Lt on turbiini töö, Gex on heitgaaside voolukiirus;

GTU sisemine võimsus:

• Ni gtu \u003d Nt - Nk, kus Nk on õhukompressori sisemine võimsus;

GTU efektiivne võimsus:

• Nef \u003d Ni gtu * Tõhususe mehhaan, tõhususe mehhaan - efektiivsus, mis on seotud laagrite mehaaniliste kadudega, võib võtta 0,99

Elektrienergia:

• Nel \u003d Ne * kasutegur, nt kui kasutegur on elektrigeneraatori kadudega seotud kasutegur, saame võtta 0,985

Kütuse saadaolev soojus:

• Qsp = Gtop * Qrn, kus Gref - kütusekulu, Qrn - kütuse madalaim töökütteväärtus

Gaasiturbiini tehase absoluutne elektriline kasutegur:

• Tõhusus \u003d Nel / Q dist

CCGT efektiivsus on kõrgem kui GTU efektiivsus kuna kombineeritud tsükliga jaam kasutab gaasiturbiini heitgaaside soojust. Gaasiturbiini taha on paigaldatud heitsoojuskatel, milles gaasiturbiini heitgaaside soojus kantakse üle töövedelikule (toitevette), tekkiv aur suunatakse auruturbiini elektri ja soojuse tootmiseks.

Loe ka: Kuidas valida CCGT jaama jaoks gaasiturbiini tehast

CCGT efektiivsust väljendatakse tavaliselt suhtega:

• PGU kasutegur \u003d GTU kasutegur * B + (1-GTU kasutegur * B) * PSU kasutegur

B on tsükli binaarsusaste

Efficiency PSU – auruelektrijaama kasutegur

• B = Qks/(Qks+Qku)

Qks on gaasiturbiini põlemiskambris põletatud kütuse soojus

Qku - heitsoojuskatlas põletatud lisakütuse soojus

Samal ajal märgitakse, et kui Qku = 0, siis B = 1, st installimine on täielikult binaarne.

Binaarsuse astme mõju CCGT efektiivsusele

Esitame järjestikku tabelid gaasiturbiinide kasutegurite karakteristikutega ja nende järel nende gaasimootoritega CCGT näitajad ning võrdleme eraldi gaasiturbiini ja CCGT kasutegurit.

Kaasaegsete võimsate gaasiturbiinide omadused

ABB gaasiturbiinid

Kombineeritud tsükliga tehased ABB gaasiturbiinidega

GE gaasiturbiinid

Loe ka: Miks ehitada kombineeritud tsükliga soojuselektrijaamu? Millised on kombineeritud tsükliga jaamade eelised.

Kombineeritud tsükliga tehased GE gaasiturbiinidega

Siemensi gaasiturbiinid

Kombineeritud tsükliga tehased Siemensi gaasiturbiinidega

Westinghouse-Mitsubishi-Fiat gaasiturbiinid

Pideva toimega soojusturbiin, milles kokkusurutud ja kuumutatud gaasi (tavaliselt kütuse põlemissaaduste) soojusenergia muundatakse võlli mehaaniliseks pöörlemistööks; on gaasiturbiinmootori konstruktsioonielement.

Surugaasi kuumutamine toimub reeglina põlemiskambris. Kütmist on võimalik läbi viia ka tuumareaktoris jne. Gaasiturbiinid ilmusid esmakordselt 19. sajandi lõpus. gaasiturbiinmootorina ja konstruktsiooni poolest lähenesid nad auruturbiinile. Struktuuriliselt on gaasiturbiin järjestatud düüsiseadme fikseeritud labade ja tiiviku pöörlevate velgede jada, mis selle tulemusena moodustavad vooluosa. Turbiiniaste on tiivikuga kombineeritud düüsiseade. Lava koosneb staatorist, mis sisaldab statsionaarseid osi (korpus, düüsi labad, kaitsekatte rõngad) ja rootorist, mis on pöörlevate osade komplekt (näiteks rootori labad, kettad, võll).

Gaasiturbiini klassifitseerimine toimub paljude konstruktsioonitunnuste järgi: gaasivoolu suuna, astmete arvu, soojuserinevuse kasutamise meetodi ja tiiviku gaasi tarnimise meetodi järgi. Gaasivoolu suunas võib gaasiturbiine eristada aksiaalseid (kõige levinumaid) ja radiaalseid, samuti diagonaalseid ja tangentsiaalseid. Aksiaalsetes gaasiturbiinides transporditakse voolu meridionaalses sektsioonis peamiselt mööda turbiini kogu telge; radiaalturbiinides on see vastupidi teljega risti. Radiaalsed turbiinid jagunevad tsentripetaalseteks ja tsentrifugaalseteks. Diagonaalturbiinis voolab gaas turbiini pöörlemistelje suhtes mingi nurga all. Tangentsiaalse turbiini tiivikul puuduvad labad, selliseid turbiine kasutatakse väga madalatel gaasivoolukiirustel, tavaliselt mõõteriistades. Gaasiturbiinid on ühe-, kahe- ja mitmeastmelised.

Etappide arvu määravad paljud tegurid: turbiini otstarve, selle konstruktsiooniskeem, koguvõimsus ja ühe astme võrra arendatud, samuti käivitatav rõhulang. Olemasoleva soojuserinevuse kasutamise meetodi järgi eristatakse kiirusastmetega turbiine, milles tiivikus pöörleb ainult vool, ilma rõhumuutuseta (aktiivturbiinid) ja rõhuastmetega turbiine, milles rõhk väheneb nii düüsiseadmetel ja rootori labadel (joaturbiinid). Osalistes gaasiturbiinides juhitakse gaasi tiivikule piki düüsiseadme ümbermõõtu või kogu selle ümbermõõtu.

Mitmeastmelises turbiinis koosneb energia muundamise protsess mitmest järjestikusest protsessist üksikutes etappides. Kokkusurutud ja kuumutatud gaas juhitakse algkiirusel düüsiaparaadi labadevahelistesse kanalitesse, kus paisumise käigus muudetakse osa saadaolevast soojuslangusest väljavoolujoa kineetiliseks energiaks. Tööratta labadevahelistes kanalites toimub gaasi edasine paisumine ja soojustilga muundamine kasulikuks tööks. Rootori labadele mõjuv gaasivool tekitab turbiini peavõllile pöördemomendi. Sel juhul gaasi absoluutne kiirus väheneb. Mida madalam on see kiirus, seda suurem osa gaasi energiast muundatakse turbiini võlli mehaaniliseks tööks.

Kasutegur iseloomustab gaasiturbiinide efektiivsust, mis on võllilt eemaldatud töö ja turbiini ees oleva gaasienergia suhe. Kaasaegsete mitmeastmeliste turbiinide efektiivne kasutegur on üsna kõrge ja ulatub 92-94%.

Gaasiturbiini tööpõhimõte on järgmine: gaas juhitakse põlemiskambrisse kompressoriga, segatakse õhuga, moodustatakse kütusesegu ja süüdatakse. Saadud kõrge temperatuuriga (900-1200 °C) põlemissaadused läbivad mitu turbiini võllile paigaldatud labade rida ja panevad turbiini pöörlema. Saadud võlli mehaaniline energia edastatakse käigukasti kaudu generaatorisse, mis toodab elektrit.

Soojusenergia turbiinist väljuvad gaasid sisenevad soojusvahetisse. Samuti saab turbiini mehaanilist energiat elektri tootmise asemel kasutada erinevate pumpade, kompressorite jms käitamiseks. Kõige sagedamini kasutatav gaasiturbiinide kütus on maagaas, kuigi see ei saa välistada ka teist tüüpi gaaskütuste kasutamise võimalust. . Kuid samal ajal on gaasiturbiinid väga kapriissed ja seavad selle valmistamise kvaliteedile kõrgeid nõudmisi (vajalikud on teatud mehaanilised lisad, niiskus).

Turbiinist väljuvate gaaside temperatuur on 450-550 °С. Soojusenergia ja elektrienergia kvantitatiivne suhe gaasiturbiinides on vahemikus 1,5: 1 kuni 2,5: 1, mis võimaldab ehitada koostootmissüsteeme, mis erinevad jahutusvedeliku tüübist:

1) kuumade heitgaaside otsene (otsene) kasutamine;
2) madala või keskmise rõhuga auru (8-18 kg/cm2) tootmine väliskatlas;
3) sooja vee tootmine (parem, kui vajalik temperatuur ületab 140 °C);
4) kõrgsurveauru tootmine.

Suure panuse gaasiturbiinide arendamisse andsid Nõukogude teadlased B. S. Stechkin, G. S. Žiritski, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholštševikov, I. I. Kirillov jt. Statsionaarsete ja mobiilsete gaasiturbiinijaamade gaasiturbiinide loomiseni jõuti välisfirmad (Šveitsi Brown-Boveri, milles töötas kuulus Slovakkia teadlane A. Stodola ja Sulzer, Ameerika General Electric jne).

Tulevikus sõltub gaasiturbiinide areng võimalusest tõsta gaasi temperatuuri turbiini ees. Selle põhjuseks on uute kuumakindlate materjalide ja usaldusväärsete jahutussüsteemide loomine rootori labadele, mille voolutee on oluliselt paranenud jne.

Tänu laialdasele üleminekule 1990. aastatel. Maagaasi kui peamise elektritootmise kütusena on gaasiturbiinid hõivanud olulise turusegmendi. Hoolimata asjaolust, et seadmete maksimaalne efektiivsus saavutatakse võimsustel alates 5 MW ja kõrgemal (kuni 300 MW), toodavad mõned tootjad mudeleid vahemikus 1-5 MW.

Gaasiturbiine kasutatakse lennunduses ja elektrijaamades.

• Eelmine: GAASI ANALÜÜSER
• Järgnev: GAASI MOOTOR