Tko je prvi opisao princip rada plinske turbine. Princip rada GTU-a. Što može biti resurs instalacije prije remonta

Razvoj novih tipova plinskih turbina, sve veća potražnja za plinom u odnosu na druge vrste goriva, veliki planovi industrijskih potrošača za stvaranje vlastitih kapaciteta izazivaju sve veći interes za izgradnju plinskih turbina.

R Tržište malih generacija ima velike izglede za razvoj. Stručnjaci predviđaju povećanje potražnje za distribuiranom energijom sa 8% (trenutačno) na 20% (do 2020.). Ovaj trend se objašnjava relativno niskom tarifom za električnu energiju (2-3 puta nižom od tarife za električnu energiju iz centralizirane mreže). Osim toga, prema Maximu Zagornovu, članu glavnog vijeća Delovaya Rossiya, predsjedniku Udruge male proizvodnje električne energije Urala, direktoru grupe tvrtki MKS, mala proizvodnja je pouzdanija od mreže: u u slučaju nesreće na vanjskoj mreži ne prestaje isporuka električne energije. Dodatna prednost decentralizirane energije je brzina puštanja u rad: 8-10 mjeseci, za razliku od 2-3 godine za izradu i spajanje mrežnih vodova.

Denis Čerepanov, supredsjednik odbora Delovaya Rossiya za energetiku, tvrdi da budućnost pripada vlastitoj generaciji. Prema Sergeju Yesyakovu, prvom zamjeniku predsjednika Odbora za energetiku Državne dume, u slučaju distribuirane energije u lancu energije i potrošača, odlučujuća je karika potrošač, a ne energetski sektor. Vlastitom proizvodnjom električne energije potrošač deklarira potrebne kapacitete, konfiguracije, pa čak i vrstu goriva, štedeći pritom na cijeni primljenog kilovata energije. Između ostalog, stručnjaci smatraju da se dodatne uštede mogu postići ako elektrana radi u kogeneracijskom načinu rada: iskorištena toplinska energija koristit će se za grijanje. Tada će se razdoblje povrata proizvodne elektrane značajno smanjiti.

Područje distribuirane energije koje se najaktivnije razvija je izgradnja plinskih turbinskih elektrana niskog kapaciteta. Plinskoturbinske elektrane su dizajnirane za rad u svim klimatskim uvjetima kao glavni ili rezervni izvor električne i toplinske energije za industrijske i kućanske objekte. Korištenje takvih elektrana u udaljenim područjima omogućuje vam značajne uštede eliminiranjem troškova izgradnje i rada dugih dalekovoda, au središnjim područjima - povećanje pouzdanosti opskrbe električnom i toplinskom energijom pojedinačnih poduzeća i organizacija i teritorija. u cjelini. Razmotrite neke plinske turbine i plinske turbinske jedinice koje nude poznati proizvođači za izgradnju plinskih turbinskih elektrana na ruskom tržištu.

General Electric

GE-ova rješenja za vjetroturbine vrlo su pouzdana i prikladna za primjenu u širokom rasponu industrija, od nafte i plina do komunalnih usluga. Konkretno, GE plinske turbinske jedinice iz obitelji LM2500 s kapacitetom od 21 do 33 MW i učinkovitošću do 39% aktivno se koriste u maloj proizvodnji. LM2500 se koristi kao mehanički pogon i pogon generatora energije, rade u elektranama u jednostavnom, kombiniranom ciklusu, kogeneracijskom načinu rada, na morskim platformama i cjevovodima.

U posljednjih 40 godina, GE turbine ove serije bile su najprodavanije turbine u svojoj klasi. Ukupno je u svijetu instalirano više od 2000 turbina ovog modela s ukupnim radnim vremenom većim od 75 milijuna sati.

Ključne značajke turbina LM2500: lagan i kompaktan dizajn za brzu instalaciju i jednostavno održavanje; dostizanje pune snage od trenutka lansiranja za 10 minuta; visoka učinkovitost (u jednostavnom ciklusu), pouzdanost i dostupnost u svojoj klasi; mogućnost korištenja komora za izgaranje s dva goriva za destilat i prirodni plin; mogućnost korištenja kerozina, propana, koksnog plina, etanola i LNG-a kao goriva; niske emisije NOx pomoću DLE ili SAC komora za izgaranje; faktor pouzdanosti - više od 99%; faktor spremnosti - više od 98%; Emisije NOx - 15 ppm (DLE modifikacija).

Kako bi korisnicima pružio pouzdanu podršku tijekom cijelog životnog ciklusa proizvodne opreme, GE je otvorio specijalizirani energetski tehnološki centar u Kalugi. Kupcima nudi najsuvremenija rješenja za održavanje, pregled i popravak plinskih turbina. Tvrtka ima implementiran sustav upravljanja kvalitetom u skladu s ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

Japanska tvrtka Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) je raznolika inženjerska tvrtka. Važno mjesto u njegovom proizvodnom programu zauzimaju plinske turbine.

Godine 1943. Kawasaki je stvorio prvi japanski plinskoturbinski motor i danas je jedan od svjetski priznatih lidera u proizvodnji plinskih turbina male i srednje snage, akumulirajući reference za više od 11.000 instalacija.

Uz ekološku prihvatljivost i učinkovitost kao prioritet, tvrtka je postigla veliki uspjeh u razvoju tehnologija plinskih turbina i aktivno slijedi obećavajući razvoj, uključujući i na području novih izvora energije kao alternative fosilnim gorivima.

S dobrim iskustvom u kriogenim tehnologijama, tehnologijama za proizvodnju, skladištenje i transport ukapljenih plinova, Kawasaki aktivno istražuje i razvija se u području korištenja vodika kao goriva.

Konkretno, tvrtka već ima prototipove turbina koje koriste vodik kao dodatak metanskom gorivu. U budućnosti se očekuju turbine za koje će, znatno energetski učinkovitiji i apsolutno ekološki prihvatljiviji, vodik zamijeniti ugljikovodike.

GTU Kawasaki GPB serija dizajnirani su za rad osnovnog opterećenja, uključujući paralelne i izolirane sheme mrežnih interakcija, dok se raspon snage temelji na strojevima od 1,7 do 30 MW.

U ponudi modela nalaze se turbine koje koriste ubrizgavanje pare za suzbijanje štetnih emisija i koriste DLE tehnologiju modificiranu od strane inženjera tvrtke.

Električna učinkovitost, ovisno o ciklusu proizvodnje i snazi, od 26,9% za GPB17 i GPB17D (turbine M1A-17 i M1A-17D) do 40,1% za GPB300D (L30A turbina). Električna snaga - od 1700 do 30 120 kW; toplinska snaga - od 13.400 do 8970 kJ / kWh; temperatura ispušnih plinova - od 521 do 470 ° C; potrošnja ispušnih plinova - od 29,1 do 319,4 tisuća m3 / h; NOx (pri 15% O2) - 9/15 ppm za plinske turbine M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm za turbinu M7A-02D i 15 ppm za turbine L20A i L30A.

Što se tiče učinkovitosti, Kawasaki plinske turbine, svaka u svojoj klasi, ili su svjetski lider ili jedan od vodećih. Ukupna toplinska učinkovitost energetskih jedinica u kogeneracijskim konfiguracijama doseže 86-87%. Tvrtka proizvodi niz GTU-ova u verzijama s dvostrukim gorivom (prirodni plin i tekuće gorivo) s automatskim prebacivanjem. Trenutno su među ruskim potrošačima najtraženija tri modela plinskih turbina - GPB17D, GPB80D i GPB180D.

Kawasaki plinske turbine odlikuju se: visoka pouzdanost i dug radni vijek; kompaktan dizajn, što je posebno atraktivno kod zamjene opreme postojećih proizvodnih objekata; jednostavnost održavanja zbog podijeljenog dizajna tijela, uklonjivih plamenika, optimalno lociranih inspekcijskih otvora itd., što pojednostavljuje pregled i održavanje, uključujući i osoblje korisnika;

Ekološka prihvatljivost i ekonomičnost. Komore za izgaranje Kawasaki turbina dizajnirane su korištenjem najnaprednijih tehnika za optimizaciju procesa izgaranja i postizanje najbolje učinkovitosti turbine, kao i smanjenje NOx i drugih štetnih tvari u ispušnim plinovima. Ekološki učinak također je poboljšan korištenjem napredne tehnologije suhih emisija (DLE);

Mogućnost korištenja širokog spektra goriva. Mogu se koristiti prirodni plin, kerozin, dizel gorivo, laka loživa ulja tipa A, kao i prateći naftni plin;

Pouzdan servis nakon prodaje. Visoka razina usluge, uključujući besplatni online nadzorni sustav (TechnoNet) s izvješćima i prognozama, tehničku podršku od strane visokokvalificiranog osoblja, kao i zamjenu plinskoturbinskog motora tijekom velikog remonta (vrijeme zastoja GTU smanjeno je na 2- 3 tjedna), itd. .d.

U rujnu 2011. Kawasaki je predstavio najsuvremeniji sustav komore za izgaranje koji je smanjio emisije NOx na manje od 10 ppm za plinskoturbinski motor M7A-03, čak niže nego što to zahtijevaju trenutni propisi. Jedan od pristupa dizajna tvrtke je stvaranje nove opreme koja ne samo da zadovoljava suvremene, već i buduće, strože zahtjeve ekološke učinkovitosti.

Visoko učinkovita plinska turbina od 5 MW GPB50D s turbinom Kawasaki M5A-01D koristi najnovije provjerene tehnologije. Visoka učinkovitost postrojenja čini ga optimalnim za električnu energiju i kogeneraciju. Također, kompaktan dizajn GPB50D je osobito povoljan kod nadogradnje postojećih postrojenja. Nazivna električna učinkovitost od 31,9% najbolja je na svijetu među elektranama od 5 MW.

Turbina M1A-17D, korištenjem originalnog dizajna komore za izgaranje sa suhim suzbijanjem emisija (DLE), ima izvrsne ekološke performanse (NOx< 15 ppm) и эффективности.

Izuzetno mala težina turbine (1470 kg), najniža u klasi, posljedica je raširene uporabe kompozitnih materijala i keramike od kojih su, primjerice, izrađene lopatice radnog kola. Keramika je otpornija na rad na povišenim temperaturama, manje sklona kontaminaciji od metala. Plinska turbina ima električnu učinkovitost blizu 27%.

U Rusiji je do sada Kawasaki Heavy Industries, Ltd. realizirao niz uspješnih projekata u suradnji s ruskim tvrtkama:

Mini-TPP "Central" u Vladivostoku

Po nalogu JSC Far Eastern Energy Management Company (JSC DVEUK), 5 GTU-a GPB70D (M7A-02D) isporučeno je u TE Tsentralnaya. Stanica osigurava struju i toplinu potrošačima u središnjem dijelu razvoja otoka Russky i kampusu Dalekoistočnog federalnog sveučilišta. TE Centralnaya je prvi energetski objekt u Rusiji s Kawasaki turbinama.

Mini-CHP "Oceanarium" u Vladivostoku

Ovaj projekt je također izveo JSC "DVEUK" za napajanje znanstvenog i obrazovnog kompleksa "Primorsky Oceanarium" koji se nalazi na otoku. Isporučene su dvije plinske turbine GPB70D.

GTU proizvođača Kawasaki u Gazprom PJSC

Kawasakijev ruski partner, MPP Energotehnika LLC, baziran na plinskoj turbini M1A-17D, proizvodi kontejnersku elektranu Korvette 1,7K za instalaciju na otvorenim prostorima s rasponom temperature okoline od -60 do +40 °S.

U okviru sporazuma o suradnji razvijeno je i montirano pet EGTEPS KORVET-1.7K u proizvodnim pogonima MPP Energotehnike. Područja odgovornosti tvrtki u ovom projektu raspoređena su na sljedeći način: Kawasaki isporučuje plinskoturbinski motor M1A-17D i sustave upravljanja turbinom, Siemens AG isporučuje visokonaponski generator. MPP Energotehnika doo proizvodi blok kontejner, ispušni i usisni uređaj, upravljački sustav pogonske jedinice (uključujući uzbudni sustav SHUVGm), električnu opremu - glavnu i pomoćnu, kompletira sve sustave, sastavlja i opskrbljuje kompletnu elektranu, a također prodaje APCS.

EGTES Korvet-1.7K prošao je međuodjelska ispitivanja i preporučuje se za korištenje u pogonima PJSC Gazprom. Plinski turbinski agregat razvio je LLC MPP Energotechnika prema projektnom zadatku PJSC Gazprom u okviru Programa znanstvene i tehničke suradnje PJSC Gazprom i Japanske agencije za prirodne resurse i energiju.

Turbina za CCGT 10 MW na NRU MPEI

Kawasaki Heavy Industries Ltd., proizveo je i isporučio kompletno plinsko turbinsko postrojenje GPB80D nominalne snage 7,8 MW za Nacionalno istraživačko sveučilište "MPEI" smješteno u Moskvi. CHP MPEI je praktična obuka i, proizvodeći električnu i toplinsku energiju u industrijskim razmjerima, osigurava im sam Moskovski energetski institut i opskrbljuje ih komunalnim mrežama Moskve.

Proširenje geografije projekata

Kawasaki je, skrećući pozornost na prednosti razvoja lokalne energije u smjeru distribuirane proizvodnje, predložio početak realizacije projekata pomoću plinskih turbina minimalnog kapaciteta.

Mitsubishi Hitachi Power Systems

Raspon modela turbina H-25 predstavljen je u rasponu snage 28-41 MW. MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.) u tvornici u Hitachiju u Japanu provodi kompletan paket proizvodnje turbina, uključujući istraživanje i razvoj te centar za daljinsko praćenje. Njegovo formiranje pada u veljači 2014. zbog spajanja proizvodnih sektora priznatih lidera u strojarstvu Mitsubishi Heavy Industries Ltd. i Hitachi doo.

Modeli H-25 naširoko se koriste u cijelom svijetu kako za jednostavan ciklus rada zbog visoke učinkovitosti (34-37%), tako i za kombinirani ciklus u 1x1 i 2x1 konfiguraciji s 51-53% učinkovitosti. S visokim temperaturnim indikatorima ispušnih plinova, GTU se također uspješno dokazao u radu u kogeneracijskom načinu rada s ukupnom učinkovitošću postrojenja većom od 80%.

Dugogodišnje iskustvo u proizvodnji plinskih turbina za širok raspon kapaciteta i promišljen dizajn industrijske turbine s jednom osovinom izdvajaju N-25 s visokom pouzdanošću s faktorom dostupnosti opreme većim od 99%. Ukupno vrijeme rada modela premašilo je 6,3 milijuna sati u drugoj polovici 2016. Moderna plinska turbina izrađena je s horizontalnim aksijalnim razdjelom, što osigurava njezino jednostavno održavanje, kao i mogućnost zamjene dijelova vrućeg puta na mjesto djelovanja.

Protustrujna cjevasto-prstenasta komora za izgaranje osigurava stabilno izgaranje na razne vrste goriva, kao što su prirodni plin, dizelsko gorivo, ukapljeni naftni plin, dimni plinovi, koksni plin, itd. prethodno miješanje mješavine plina i zraka (DLN). Plinskoturbinski motor H-25 je 17-stupanjski aksijalni kompresor spojen na trostupanjsku aktivnu turbinu.

Primjer pouzdanog rada N-25 GTU u malim proizvodnim postrojenjima u Rusiji je rad u sklopu kogeneracijske jedinice za vlastite potrebe tvornice JSC Ammonii u Mendeljejevsku, Republika Tatarstan. Kogeneracijska jedinica osigurava proizvodnom mjestu 24 MW električne energije i 50 t/h pare (390°C / 43 kg/cm3). U studenom 2017. na gradilištu je uspješno obavljen prvi pregled turbinskog sustava izgaranja, koji je potvrdio pouzdan rad komponenti i sklopova stroja na visokim temperaturama.

U sektoru nafte i plina, N-25 GTU-ovi su korišteni za upravljanje kopnenim postrojenjem za preradu Sakhalin II (OPF) tvrtke Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. OPF se nalazi 600 km sjeverno od Južno-Sahalinska u kopnenom području morskog plinovoda i jedan je od najvažnijih objekata tvrtke odgovornih za pripremu plina i kondenzata za naknadni transport cjevovodom do terminala za izvoz nafte i LNG postrojenja. Tehnološki kompleks uključuje četiri plinske turbine N-25, koje su u komercijalnom pogonu od 2008. godine. Kogeneracijska jedinica bazirana na N-25 GTU maksimalno je integrirana u integrirani elektroenergetski sustav OPF-a, a posebno toplina iz ispušnih plinova turbina služi za zagrijavanje sirove nafte za potrebe prerade nafte .

Siemens industrijski plinski turbinski generatorski setovi (u daljnjem tekstu GTU) pomoći će u suočavanju s poteškoćama dinamičnog razvoja tržišta distribuirane proizvodnje. Plinske turbine jedinične nazivne snage od 4 do 66 MW u potpunosti ispunjavaju visoke zahtjeve u području industrijske kombinirane proizvodnje energije, u smislu učinkovitosti postrojenja (do 90%), operativne pouzdanosti, fleksibilnosti usluge i sigurnosti okoliša, osiguravajući nizak vijek trajanja. troškovi ciklusa i visok povrat ulaganja. Siemens ima više od 100 godina iskustva u izgradnji industrijskih plinskih turbina i termoelektrana na njihovoj osnovi.

Siemens GTU-e u rasponu od 4 do 66 MW koriste mala komunalna poduzeća, neovisni proizvođači električne energije (npr. industrijska postrojenja) i industrija nafte i plina. Korištenje tehnologija za distribuiranu proizvodnju električne energije s kombiniranom proizvodnjom toplinske energije omogućuje odbijanje ulaganja u više kilometara dalekovoda, minimiziranje udaljenosti između izvora energije i objekta koji ga troši, te postizanje ozbiljnih ušteda troškova pokrivanjem grijanje industrijskih poduzeća i infrastrukturnih objekata povratom topline. Standardni Mini-TPP baziran na Siemens GTU može se izgraditi bilo gdje gdje postoji pristup izvoru goriva ili njegova brza opskrba.

SGT-300 je industrijska plinska turbina s nazivnom električnom snagom od 7,9 MW (vidi tablicu 1), koja kombinira jednostavan, pouzdan dizajn s najnovijom tehnologijom.

Tablica 1. Specifikacije SGT-300 za mehanički pogon i proizvodnju energije

1) Električni 2) Montiran na osovinu

Riža. 1. Struktura plinskog generatora SGT-300

Za industrijsku proizvodnju električne energije koristi se jednoosovinska verzija plinske turbine SGT-300 (vidi sliku 1). Idealan je za kombiniranu proizvodnju topline i električne energije (CHP). Plinska turbina SGT-300 je industrijska plinska turbina, izvorno dizajnirana za proizvodnju i ima sljedeće operativne prednosti za operativne organizacije:

Električna učinkovitost - 31%, što je u prosjeku 2-3% više od učinkovitosti plinskih turbina manje snage, zbog veće vrijednosti učinkovitosti postiže se ekonomski učinak na uštedu loživog plina;

Plinski generator je opremljen niskoemisionom suhom komorom za izgaranje korištenjem DLE tehnologije, što omogućuje postizanje razina emisija NOx i CO koje su više od 2,5 puta niže od onih utvrđenih regulatornim dokumentima;

GTP ima dobre dinamičke karakteristike zbog svoje jednoosovinske konstrukcije i osigurava stabilan rad generatora u slučaju fluktuacija opterećenja vanjske spojene mreže;

Industrijski dizajn plinske turbine osigurava dugi vijek trajanja remonta i optimalan je u smislu organizacije servisnih radova koji se izvode na mjestu rada;

Značajno smanjenje otiska zgrade, kao i investicijskih troškova, uključujući kupnju mehaničke i električne opreme za cijelo postrojenje, njezinu instalaciju i puštanje u rad, kada se koristi rješenje bazirano na SGT-300 (Sl. 2).

Riža. 2. Karakteristike težine i veličine bloka SGT-300

Ukupno vrijeme rada instalirane flote SGT-300 je više od 6 milijuna sati, s radnim vremenom vodećeg GTU-a 151 tisuću sati Omjer raspoloživosti/raspoloživosti - 97,3%, omjer pouzdanosti - 98,2%.

OPRA (Nizozemska) vodeći je dobavljač energetskih sustava baziranih na plinskim turbinama. OPRA razvija, proizvodi i plasira na tržište najsuvremenije plinskoturbinske motore snage oko 2 MW. Ključna djelatnost tvrtke je proizvodnja električne energije za industriju nafte i plina.

Pouzdan OPRA OP16 motor pruža veće performanse uz nižu cijenu i duži vijek od bilo koje druge turbine u svojoj klasi. Motor radi na nekoliko vrsta tekućih i plinovitih goriva. Postoji modifikacija komore za izgaranje sa smanjenim sadržajem onečišćujućih tvari u ispušnim plinovima. Elektrana OPRA OP16 1,5-2,0 MW bit će pouzdan pomoćnik u teškim uvjetima rada.

OPRA plinske turbine savršena su oprema za proizvodnju električne energije u izvanmrežnim električnim i malim kogeneracijskim sustavima. Dizajn turbine se razvijao više od deset godina. Rezultat je jednostavan, pouzdan i učinkovit plinskoturbinski motor, uključujući model niske emisije.

Posebnost tehnologije pretvorbe kemijske energije u električnu u OP16 je COFAR patentirani sustav kontrole pripreme i opskrbe mješavine goriva, koji osigurava režime izgaranja s minimalnim stvaranjem dušikovih i ugljičnih oksida, kao i minimumom neizgorjelih ostataka goriva. Patentirana geometrija radijalne turbine i općenito konzolni dizajn zamjenjivog uloška, ​​uključujući osovinu, ležajeve, centrifugalni kompresor i turbinu, također su originalni.

Stručnjaci OPRA i MES Engineeringa razvili su koncept stvaranja jedinstvenog jedinstvenog tehničkog kompleksa za obradu otpada. Od 55-60 milijuna tona cjelokupnog komunalnog otpada proizvedenog u Rusiji godišnje, petina - 11,7 milijuna tona - otpada na regiju glavnog grada (3,8 milijuna tona - Moskovska regija, 7,9 milijuna tona - Moskva). Istovremeno, 6,6 milijuna tona kućnog otpada odvozi se iz Moskve izvan moskovske obilaznice. Tako se više od 10 milijuna tona smeća taloži u Moskovskoj regiji. Od 2013. godine od 39 odlagališta u Moskovskoj regiji zatvoreno je 22. Trebalo bi ih zamijeniti 13 kompleksa za razvrstavanje otpada, koji će biti pušteni u rad 2018.-2019., kao i četiri postrojenja za spaljivanje otpada. Ista situacija se događa i u većini drugih regija. Međutim, izgradnja velikih postrojenja za preradu otpada nije uvijek isplativa, pa je problem prerade otpada vrlo aktualan.

Razvijeni koncept jedinstvenog tehničkog kompleksa kombinira potpuno radijalna OPRA postrojenja s visokom pouzdanošću i učinkovitošću sa MES sustavom rasplinjavanja/pirolize, koji omogućuje učinkovitu pretvorbu različitih vrsta otpada (uključujući komunalni otpad, naftni mulj, kontaminirano zemljište, biološke i medicinske otpad, otpad od obrade drva, pragovi itd.) u izvrsno gorivo za proizvodnju toplinske i električne energije. Kao rezultat dugogodišnje suradnje, projektiran je i u tijeku je standardizirani kompleks za preradu otpada kapaciteta 48 tona/dan. (slika 3).

Riža. 3. Generalni izgled standardnog kompleksa za preradu otpada kapaciteta 48 tona/dan.

Kompleks uključuje postrojenje za plinofikaciju MES-a sa skladištem otpada, dvije plinske turbine OPRA ukupne električne snage 3,7 MW i toplinske snage 9 MW, te razne pomoćne i zaštitne sustave.

Implementacija ovakvog kompleksa omogućuje da se na površini od 2 hektara dobije mogućnost za autonomnu opskrbu energijom i toplinom raznih industrijskih i komunalnih objekata, uz rješavanje pitanja recikliranja raznih vrsta otpada iz kućanstva.

Razlike između razvijenih složenih i postojećih tehnologija proizlaze iz jedinstvene kombinacije predloženih tehnologija. Male (2 t / h) količine potrošenog otpada, zajedno s malom potrebnom površinom ​​​​​Omogućuju postavljanje ovog kompleksa neposredno u blizini malih naselja, industrijskih poduzeća itd., značajno štedeći novac na stalnoj odvoz otpada na njihova odlagališta. Potpuna autonomija kompleksa omogućuje vam da ga rasporedite gotovo bilo gdje. Korištenje razvijenog standardnog projekta, modularnih konstrukcija i maksimalnog stupnja tvorničke spremnosti opreme omogućuje minimiziranje vremena izgradnje na 1-1,5 godina. Korištenje novih tehnologija osigurava najveću ekološku prihvatljivost kompleksa. MES jedinica za rasplinjavanje istovremeno proizvodi plinske i tekuće frakcije goriva, a zbog dualgorivnosti OPRA GTU-a, one se koriste istovremeno, što povećava fleksibilnost goriva i pouzdanost napajanja. Niski zahtjevi OPRA GTU u pogledu kvalitete goriva povećavaju pouzdanost cijelog sustava. MES jedinica omogućuje korištenje otpada s udjelom vlage do 85%, stoga nije potrebno sušenje otpada, što povećava učinkovitost cijelog kompleksa. Visoka temperatura ispušnih plinova OPRA GTU omogućuje pouzdanu opskrbu toplinom toplom vodom ili parom (do 11 tona pare na sat pri 12 bara). Projekt je standardan i skalabilan, što omogućuje odlaganje bilo koje količine otpada.

Izračuni pokazuju da će trošak proizvodnje električne energije biti od 0,01 do 0,03 eura po 1 kWh, što pokazuje visoku ekonomsku učinkovitost projekta. Time je tvrtka OPRA još jednom potvrdila svoju usmjerenost na proširenje asortimana korištenih goriva i povećanje fleksibilnosti goriva, kao i fokusiranje na maksimalno korištenje „zelenih“ tehnologija u svom razvoju.

Turbina je svaki rotirajući uređaj koji koristi energiju pokretne radne tekućine (fluid) za proizvodnju rada. Tipične turbinske tekućine su: vjetar, voda, para i helij. Vjetrenjače i hidroelektrane desetljećima koriste turbine za okretanje električnih generatora i proizvodnju energije za industriju i stanovanje. Jednostavne turbine poznate su mnogo duže, a prve od njih pojavile su se u staroj Grčkoj.

U povijesti proizvodnje električne energije, međutim, same plinske turbine pojavile su se ne tako davno. Prva praktična plinska turbina počela je proizvoditi električnu energiju u Neuchatelu u Švicarskoj 1939. godine. Razvila ga je tvrtka Brown Boveri. Prva plinska turbina koja je pokretala zrakoplov također je radila 1939. godine u Njemačkoj, koristeći plinsku turbinu koju je dizajnirao Hans P. von Ohain. U Engleskoj 1930-ih, izum i dizajn plinske turbine Franka Whittlea doveo je do prvog leta na turbinski pogon 1941. godine.

Slika 1. Shema zrakoplovne turbine (a) i plinske turbine za zemaljsku uporabu (b)

Izraz "plinska turbina" lako dovodi u zabludu jer za mnoge znači turbinski motor koji koristi plin kao gorivo. Zapravo, plinska turbina (šematski prikazana na slici 1) ima kompresor koji opskrbljuje i komprimira plin (obično zrak); komora za izgaranje, gdje izgaranje goriva zagrijava komprimirani plin i samu turbinu, koja izvlači energiju iz toka vrućih, komprimiranih plinova. Ova energija je dovoljna za napajanje kompresora i ostaje za korisne primjene. Plinska turbina je motor s unutarnjim izgaranjem (ICE) koji koristi kontinuirano izgaranje goriva za proizvodnju korisnog rada. Po tome se turbina razlikuje od karburatorskih ili dizel motora s unutarnjim izgaranjem, gdje je proces izgaranja isprekidan.

Budući da je primjena plinskih turbina počela 1939. istovremeno u elektroenergetici i u zrakoplovstvu, koriste se različiti nazivi za zrakoplovne i kopnene plinske turbine. Zračne plinske turbine nazivaju se turbomlazni ili mlazni motori, a ostale plinske turbine nazivaju se plinskoturbinski motori. Na engleskom postoji još više naziva za ove, općenito, motore istog tipa.

Korištenje plinskih turbina

U turbomlaznom zrakoplovu energija iz turbine pokreće kompresor koji uvlači zrak u motor. Vrući plin koji napušta turbinu izbacuje se u atmosferu kroz ispušnu mlaznicu, što stvara potisak. Na sl. 1a prikazan je dijagram turbomlaznog motora.

Slika 2. Shematski prikaz turbomlaznog motora zrakoplova.

Tipičan turbomlazni motor prikazan je na sl. 2. Takvi motori stvaraju potisak od 45 kgf do 45.000 kgf s vlastitom težinom od 13 kg do 9.000 kg. Najmanji motori pokreću krstareće rakete, najveći - goleme letjelice. Plinska turbina na sl. 2 je turboventilatorski motor s kompresorom velikog promjera. Potisak stvara i zrak koji usisava kompresor i zrak koji prolazi kroz samu turbinu. Motor je velik i sposoban generirati veliki potisak pri malim brzinama polijetanja, što ga čini najprikladnijim za komercijalne zrakoplove. Turbomlazni motor nema ventilator i stvara potisak zrakom koji u potpunosti prolazi kroz plinski put. Turbomlazni avioni imaju male prednje dimenzije i proizvode najveći potisak pri velikim brzinama, što ih čini najprikladnijima za korištenje u borbenim zrakoplovima.

Kod neaeronautičkih plinskih turbina dio energije iz turbine koristi se za pogon kompresora. Preostala energija - "korisna energija" uklanja se iz osovine turbine na uređaju za iskorištavanje energije kao što je električni generator ili brodski propeler.

Tipična kopnena plinska turbina prikazana je na sl. 3. Takve instalacije mogu proizvesti energiju od 0,05 MW do 240 MW. Postavka prikazana na sl. 3 je plinska turbina izvedena iz zrakoplova, ali lakša. Teže jedinice dizajnirane su posebno za korištenje na zemlji i nazivaju se industrijske turbine. Iako se turbine izvedene iz zrakoplova sve više koriste kao primarni generatori energije, još uvijek se najčešće koriste kao kompresori za crpljenje prirodnog plina, pogon brodova i koriste se kao dodatni generatori energije tijekom razdoblja najveće potražnje. Plinski turbinski generatori mogu se brzo uključiti, opskrbljujući energiju kada je najpotrebnija.

Slika 3. Najjednostavnija, jednostupanjska, kopnena plinska turbina. Na primjer, u energetici. 1 - kompresor, 2 - komora za izgaranje, 3 - turbina.

Najvažnije prednosti plinske turbine su:

1. U stanju je generirati veliku snagu s relativno malom veličinom i težinom.
2. Plinska turbina radi u načinu konstantne rotacije, za razliku od klipnih motora koji rade sa konstantno promjenjivim opterećenjima. Stoga turbine traju dugo i zahtijevaju relativno malo održavanja.
3. Iako se plinska turbina pokreće pomoću pomoćne opreme poput elektromotora ili druge plinske turbine, pokretanje traje nekoliko minuta. Za usporedbu, vrijeme pokretanja parne turbine mjeri se satima.
4. Plinska turbina može koristiti različita goriva. Velike kopnene turbine obično koriste prirodni plin, dok zrakoplovne turbine obično koriste lagane destilate (kerozin). Može se koristiti i dizel gorivo ili posebno obrađeno loživo ulje. Također je moguće koristiti zapaljive plinove iz procesa pirolize, rasplinjavanja i prerade nafte te bioplin.
5. Tipično, plinske turbine koriste atmosferski zrak kao radni fluid. Kada proizvodi električnu energiju, plinska turbina ne treba rashladno sredstvo (kao što je voda).

U prošlosti je jedan od glavnih nedostataka plinskih turbina bila njihova niska učinkovitost u usporedbi s drugim motorima s unutarnjim izgaranjem ili parnim turbinama u elektranama. Međutim, tijekom posljednjih 50 godina, poboljšanja u njihovom dizajnu povećala su toplinsku učinkovitost sa 18% 1939. na plinskoj turbini Neuchatel na trenutnu učinkovitost od 40% u jednostavnom ciklusu rada i oko 55% u kombiniranom ciklusu (više o tome u nastavku) . U budućnosti će se učinkovitost plinskih turbina još više povećati, a očekuje se povećanje učinkovitosti na 45-47% u jednostavnom ciklusu i do 60% u kombiniranom ciklusu. Ove očekivane učinkovitosti su znatno veće od ostalih uobičajenih motora kao što su parne turbine.

Ciklusi plinske turbine

Dijagram slijeda pokazuje što se događa kada zrak ulazi, prolazi kroz plinski put i izlazi iz plinske turbine. Tipično, ciklogram pokazuje odnos između volumena zraka i tlaka u sustavu. Na sl. Slika 4a prikazuje Braytonov ciklus, koji pokazuje promjenu svojstava fiksnog volumena zraka koji prolazi kroz plinsku turbinu tijekom njenog rada. Ključna područja ovog ciklograma također su prikazana na shematskom prikazu plinske turbine na sl. 4b.

Slika 4a. Dijagram Braytonovog ciklusa u P-V koordinatama za radni fluid, koji prikazuje tokove rada (W) i topline (Q).

Slika 4b. Shematski prikaz plinske turbine koja prikazuje točke iz Braytonovog ciklusnog dijagrama.

Zrak se komprimira od točke 1 do točke 2. Tlak plina raste dok se volumen plina smanjuje. Zrak se zatim zagrijava konstantnim tlakom od točke 2 do točke 3. Tu toplinu proizvodi se gorivo koje se unosi u komoru za izgaranje i neprekidno gori.

Vrući komprimirani zrak iz točke 3 počinje se širiti između točaka 3 i 4. Tlak i temperatura u tom intervalu padaju, a volumen plina raste. U motoru na sl. 4b, to je predstavljeno protokom plina od točke 3 kroz turbinu do točke 4. Time se proizvodi energija koja se zatim može koristiti. Na sl. 1a, protok je usmjeren od točke 3" do točke 4 kroz izlaznu mlaznicu i stvara potisak. "Korisni rad" na slici 4a prikazan je krivuljom 3'-4. To je energija koja može pokrenuti pogonsku osovinu zemaljska turbina ili stvaranje potiska za motor zrakoplova.Ciklus Brighton završava na slici 4. procesom u kojem se volumen i temperatura zraka smanjuju kako se toplina oslobađa u atmosferu.

Slika 5. Sustav zatvorene petlje.

Većina plinskih turbina radi u otvorenom ciklusu. U otvorenom krugu zrak se uzima iz atmosfere (točka 1 na slikama 4a i 4b) i izbacuje natrag u atmosferu u točki 4, pa se vrući plin hladi u atmosferi nakon što se izbaci iz motora. U plinskoj turbini koja radi u zatvorenom ciklusu, radni fluid (tekućina ili plin) stalno se koristi za hlađenje ispušnih plinova (u točki 4) u izmjenjivaču topline (šematski prikazano na slici 5) i šalje se na ulaz kompresora . Budući da se koristi zatvoreni volumen s ograničenom količinom plina, turbina zatvorenog ciklusa nije motor s unutarnjim izgaranjem. U sustavu zatvorenog ciklusa izgaranje se ne može održati i konvencionalna komora za izgaranje zamjenjuje se sekundarnim izmjenjivačem topline koji zagrijava stlačeni zrak prije nego što uđe u turbinu. Toplinu osigurava vanjski izvor, kao što je nuklearni reaktor, peć s fluidiziranim slojem na ugljen ili drugi izvor topline. Predloženo je korištenje plinskih turbina zatvorenog ciklusa u letovima na Mars i drugim dugotrajnim svemirskim letovima.

Plinska turbina koja je projektirana i radi prema Brysonovom ciklusu (slika 4) naziva se plinska turbina jednostavnog ciklusa. Većina plinskih turbina na zrakoplovima radi na jednostavnom ciklusu kako bi težina i prednja dimenzija motora bila što manja. Međutim, za korištenje na kopnu ili na moru, postaje moguće dodati dodatnu opremu jednostavnoj ciklusnoj turbini kako bi se povećala učinkovitost i/ili snaga motora. Koriste se tri vrste modifikacija: regeneracija, međuhlađenje i dvostruko grijanje.

Regeneracija predviđa ugradnju izmjenjivača topline (rekuperatora) na putu ispušnih plinova (točka 4 na sl. 4b). Komprimirani zrak iz točke 2 na sl. 4b se prethodno zagrijava na izmjenjivaču topline ispušnim plinovima prije ulaska u komoru za izgaranje (slika 6a).

Ako je regeneracija dobro provedena, odnosno učinkovitost izmjenjivača topline visoka, a pad tlaka u njemu mali, učinkovitost će biti veća nego kod jednostavnog turbinskog ciklusa. Međutim, treba uzeti u obzir i cijenu regeneratora. Regeneratori su korišteni u plinskim turbinskim motorima u tenkovima Abrams M1 - glavnom borbenom tenku Operacije Pustinjska oluja - i u eksperimentalnim plinskim turbinskim motorima vozila. Plinske turbine s regeneracijom povećavaju učinkovitost za 5-6%, a njihova učinkovitost je još veća kada rade pod djelomičnim opterećenjem.

Međuhlađenje također uključuje korištenje izmjenjivača topline. Intercooler (intercooler) hladi plin tijekom njegovog kompresije. Na primjer, ako se kompresor sastoji od dva modula, visokotlačnog i niskotlačnog, između njih treba ugraditi intercooler za hlađenje protoka plina i smanjenje količine posla potrebnog za kompresiju u visokotlačnom kompresoru (slika 6b). Rashladno sredstvo može biti atmosferski zrak (tzv. zračni hladnjaci) ili voda (npr. morska voda u brodskoj turbini). Lako je pokazati da je snaga plinske turbine s dobro dizajniranim međuhladnjakom povećana.

dvostruko grijanje koristi se u turbinama i predstavlja način povećanja izlazne snage turbine bez promjene rada kompresora ili povećanja radne temperature turbine. Ako plinska turbina ima dva modula, visokotlačni i niskotlačni, tada se pregrijač (obično drugo izgaranje) koristi za ponovno zagrijavanje protoka plina između visokotlačne i niskotlačne turbine (slika 6c). Može povećati izlaznu snagu za 1-3%. Dvostruko grijanje u turbinama zrakoplova ostvaruje se dodavanjem naknadnog sagorijevanja na mlaznici turbine. To povećava vuču, ali značajno povećava potrošnju goriva.

Plinskoturbinska elektrana s kombiniranim ciklusom često se skraćeno naziva CCGT. Kombinirani ciklus je elektrana u kojoj se plinska i parna turbina koriste zajedno kako bi se postigla veća učinkovitost nego kada se koriste odvojeno. Plinska turbina pokreće električni generator. Ispušni plinovi turbine koriste se za proizvodnju pare u izmjenjivaču topline, ova para pokreće parnu turbinu koja također proizvodi električnu energiju. Ako se za grijanje koristi para, postrojenje se naziva kogeneracijska elektrana. Drugim riječima, u Rusiji se obično koristi skraćenica CHP (Heat and Power Plant). Ali u CHP postrojenjima u pravilu ne rade plinske turbine, već obične parne turbine. A korištena para se koristi za grijanje, tako da CHP i CHP nisu sinonimi. Na sl. Slika 7 je pojednostavljeni dijagram kogeneracijske elektrane, koji prikazuje dva toplinska motora instalirana u seriji. Glavni motor je plinska turbina. Prenosi energiju donjem motoru - parnoj turbini. Parna turbina tada prenosi toplinu na kondenzator.

Slika 7. Dijagram elektrane s kombiniranim ciklusom.

Učinkovitost kombiniranog ciklusa \(\nu_(cc) \) može se predstaviti prilično jednostavnim izrazom: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) Drugim riječima, to je zbroj učinkovitosti svake od faza minus njihov rad. Ova jednadžba pokazuje zašto je kogeneracija tako učinkovita. Pretpostavimo da je \(\nu_B = 40%\) razumna gornja granica za učinkovitost plinske turbine Braytonovog ciklusa. Razumna procjena učinkovitosti parne turbine koja radi na Rankineovom ciklusu u drugom stupnju kogeneracije je \(\nu_R = 30% \). Zamjenom ovih vrijednosti u jednadžbu dobivamo: \(\nu_(cc) = 0,40 + 0,30 - 0,40 \ puta 0,3 = 0,70 - 0,12 = 0,58 \). Odnosno, učinkovitost takvog sustava bit će 58%.

Ovo je gornja granica za učinkovitost kogeneracijske elektrane. Praktična učinkovitost bit će manja zbog neizbježnog gubitka energije između faza. Praktički u kogeneracijskim sustavima puštenim u pogon posljednjih godina postignuta je učinkovitost od 52-58%.

Komponente plinske turbine

Rad plinske turbine najbolje je raščlaniti na tri podsustava: kompresor, komoru za izgaranje i turbinu, kao što je prikazano na slici. 1. Zatim ćemo ukratko pregledati svaki od ovih podsustava.

Kompresori i turbine

Kompresor je spojen na turbinu zajedničkom osovinom tako da turbina može okretati kompresor. Jednoosovinska plinska turbina ima jednu osovinu koja povezuje turbinu i kompresor. Plinska turbina s dvije osovine (sl. 6b i 6c) ima dvije konusne osovine. Dulji je spojen na niskotlačni kompresor i niskotlačnu turbinu. Okreće se unutar kraće šuplje osovine koja povezuje visokotlačni kompresor s visokotlačnom turbinom. Osovina koja povezuje turbinu i visokotlačni kompresor okreće se brže od osovine turbine i niskotlačnog kompresora. Plinska turbina s tri osovine ima treću osovinu koja povezuje turbinu i kompresor srednjeg tlaka.

Plinske turbine mogu biti centrifugalne ili aksijalne, ili kombinirane. Centrifugalni kompresor, u kojem komprimirani zrak izlazi oko vanjskog perimetra stroja, pouzdan je, obično košta manje, ali je ograničen na omjer kompresije od 6-7 prema 1. U prošlosti su bili široko korišteni i koriste se i danas u malim plinskim turbinama.

U učinkovitijim i produktivnijim aksijalnim kompresorima stlačeni zrak izlazi duž osi mehanizma. Ovo je najčešći tip plinskog kompresora (vidi slike 2 i 3). Centrifugalni kompresori sastoje se od velikog broja identičnih sekcija. Svaki dio sadrži rotirajući kotač s lopaticama turbine i kotač s fiksnim lopaticama (statorima). Sekcije su raspoređene na način da komprimirani zrak uzastopno prolazi kroz svaki dio, dajući dio svoje energije svakom od njih.

Turbine su jednostavnijeg dizajna od kompresora, budući da je teže komprimirati protok plina nego izazvati njegovo ponovno širenje. Aksijalne turbine poput onih prikazanih na sl. 2 i 3 imaju manje sekcija od centrifugalnog kompresora. Postoje male plinske turbine koje koriste centrifugalne turbine (s radijalnim ubrizgavanjem plina), ali su aksijalne turbine najčešće.

Projektiranje i izrada turbine je teška jer je potrebno povećati vijek trajanja komponenti u struji vrućeg plina. Pitanje pouzdanosti dizajna najkritičnije je u prvoj fazi turbine, gdje su temperature najviše. Posebni materijali i sofisticirani sustav hlađenja koriste se za izradu lopatica turbine koje se tope na temperaturi od 980-1040 stupnjeva Celzija u struji plina čija temperatura doseže 1650 stupnjeva Celzija.

Komora za izgaranje

Uspješan dizajn komore za izgaranje mora zadovoljiti mnoge zahtjeve, a njezin ispravan dizajn bio je izazov još od dana Whittle i von Ohin turbina. Relativna važnost svakog od zahtjeva za komoru za izgaranje ovisi o primjeni turbine i, naravno, neki zahtjevi su međusobno sukobljeni. Prilikom projektiranja komore za izgaranje, kompromisi su neizbježni. Većina zahtjeva dizajna odnosi se na cijenu, učinkovitost i ekološku prihvatljivost motora. Ovdje je popis osnovnih zahtjeva za komoru za izgaranje:

1. Visoka učinkovitost izgaranja goriva u svim radnim uvjetima.
2. Nisko sagorijevanje goriva i emisije ugljičnog monoksida (ugljičnog monoksida), niske emisije dušikovog oksida pod velikim opterećenjem i bez vidljivih emisija dima (minimiziranje onečišćenja okoliša).
3. Mali pad tlaka kada plin prolazi kroz komoru za izgaranje. Gubitak tlaka od 3-4% tipičan je pad tlaka.
4. Izgaranje mora biti stabilno u svim načinima rada.
5. Izgaranje mora biti stabilno na vrlo niskim temperaturama i niskom tlaku na velikoj visini (za motore zrakoplova).
6. Gorenje treba biti ravnomjerno, bez pulsiranja ili smetnji.
7. Temperatura mora biti stabilna.
8. Dug vijek trajanja (tisuće sati), posebno za industrijske turbine.
9. Mogućnost korištenja različitih vrsta goriva. Kopnene turbine obično koriste prirodni plin ili dizelsko gorivo. Za zrakoplovne kerozinske turbine.
10. Duljina i promjer komore za izgaranje moraju odgovarati veličini sklopa motora.
11. Ukupni trošak posjedovanja komore za izgaranje trebao bi biti minimalan (to uključuje početne troškove, troškove rada i održavanja).
12. Komora za izgaranje za motore zrakoplova mora imati minimalnu težinu.

Komora za izgaranje sastoji se od najmanje tri glavna dijela: školjke, plamene cijevi i sustava za ubrizgavanje goriva. Oklop mora izdržati radni tlak i može biti dio konstrukcije plinske turbine. Školjka zatvara plamenu cijev relativno tankih stijenki u kojoj se odvija izgaranje i sustav ubrizgavanja goriva.

U usporedbi s drugim vrstama motora, kao što su dizelski i klipni automobilski motori, plinske turbine proizvode najmanju količinu zagađivača zraka po jedinici snage. Među emisijama plinskih turbina, neizgorjelo gorivo, ugljični monoksid (ugljični monoksid), dušikovi oksidi (NOx) i dim predstavljaju najveću zabrinutost. Iako je doprinos zrakoplovnih turbina ukupnim emisijama onečišćujućih tvari manji od 1%, emisije izravno u troposferu su se udvostručile između 40 i 60 stupnjeva sjeverne geografske širine, uzrokujući povećanje koncentracije ozona za 20%. U stratosferi gdje lete nadzvučni zrakoplovi, emisije NOx uzrokuju oštećenje ozona. Oba učinka štete okolišu, pa je smanjenje dušikovih oksida (NOx) u emisiji motora zrakoplova ono što se mora dogoditi u 21. stoljeću.

Ovo je prilično kratak članak koji pokušava pokriti sve aspekte primjene turbina, od zrakoplovstva do energetike, bez oslanjanja na formule. Da biste se bolje upoznali s temom, mogu preporučiti knjigu "Plinska turbina u željezničkom prometu" http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html. Ako preskočite poglavlja vezana uz specifičnosti korištenja turbina na željeznici, knjiga je ipak vrlo razumljiva, ali puno detaljnija.

Turbina je motor u kojem se potencijalna energija kompresibilne tekućine pretvara u kinetičku energiju u aparatu s lopaticama, a potonju u rotorima u mehanički rad koji se prenosi na osovinu koja se neprekidno okreće.

Parne turbine po svojoj izvedbi predstavljaju toplinski stroj koji je stalno u pogonu. Tijekom rada, pregrijana ili zasićena vodena para ulazi u put protoka i zbog svog širenja tjera rotor na rotaciju. Rotacija nastaje kao rezultat strujanja pare koja djeluje na aparat s oštricama.

Parna turbina dio je dizajna parne turbine, koja je dizajnirana za proizvodnju energije. Postoje i instalacije koje osim električne energije mogu generirati toplinsku energiju – para koja je prošla kroz parne lopatice ulazi u mrežne bojlere. Ova vrsta turbina naziva se industrijsko-kogeneracijskim ili kogeneracijskim tipom turbina. U prvom slučaju, ekstrakcija pare je predviđena za industrijske svrhe u turbini. Zajedno s generatorom, parna turbina je turbinska jedinica.

Vrste parnih turbina

Turbine se dijele, ovisno o smjeru u kojem se para kreće, na radijalne i aksijalne turbine. Protok pare u radijalnim turbinama usmjeren je okomito na os. Parne turbine mogu biti jedno-, dvo- i trokutorne. Parna turbina je opremljena raznim tehničkim uređajima koji sprječavaju prodiranje zraka iz okoline u kućište. To su razne brtve, koje se u maloj količini opskrbljuju vodenom parom.

Sigurnosni regulator nalazi se na prednjem dijelu osovine, dizajniran da isključi dovod pare kada se brzina turbine poveća.

Karakteristike glavnih parametara nazivnih vrijednosti

· Nazivna snaga turbine- maksimalna snaga koju turbina mora razvijati dulje vrijeme na stezaljkama elektrogeneratora, uz normalne vrijednosti glavnih parametara ili kada se mijenjaju u granicama određenim industrijskim i državnim standardima. Turbina s kontroliranom ekstrakcijom pare može razviti snagu iznad svoje nazivne snage ako je to u skladu s uvjetima čvrstoće njenih dijelova.

· Ekonomska snaga turbine- snaga pri kojoj turbina radi s najvećom učinkovitošću. Ovisno o parametrima žive pare i namjeni turbine, nazivna snaga može biti jednaka ekonomskoj snazi ​​ili više za 10-25%.

· Nazivna temperatura regenerativnog grijanja napojne vode- temperatura napojne vode nizvodno od posljednjeg grijača u smjeru vode.

· Nazivna temperatura rashladne vode- temperatura rashladne vode na ulazu u kondenzator.

plinska turbina(fr. turbina od lat. turbo vrtlog, rotacija) je kontinuirani toplinski stroj, u čijem se nožnom aparatu energija stlačenog i zagrijanog plina pretvara u mehanički rad na osovini. Sastoji se od rotora (lopatice pričvršćene na diskove) i statora (vodeće lopatice pričvršćene u kućištu).

Plin visoke temperature i tlaka ulazi kroz aparat za turbinsku mlaznicu u područje niskog tlaka iza dijela mlaznice, istovremeno se širi i ubrzava. Nadalje, protok plina ulazi u lopatice turbine, dajući im dio svoje kinetičke energije i dajući okretni moment lopaticama. Lopatice rotora prenose moment preko turbinskih diskova na osovinu. Korisna svojstva plinske turbine: plinska turbina, na primjer, pokreće generator koji se nalazi na istoj osovini s njom, što je koristan rad plinske turbine.

Plinske turbine se koriste kao dio plinskoturbinskih motora (koriste se za transport) i plinskih turbinskih jedinica (koriste se u termoelektranama kao dio stacionarnih GTU-a, CCGT-ova). Plinske turbine su opisane Braytonovim termodinamičkim ciklusom, u kojem se zrak prvo adijabatski komprimira, zatim sagorijeva pod konstantnim tlakom, a zatim se adijabatski širi natrag do početnog tlaka.

Vrste plinskih turbina

- Zrakoplovni i mlazni motori

- Pomoćni agregat

- Industrijske plinske turbine za proizvodnju električne energije

- Turboosovinski motori

- Radijalne plinske turbine

- Mikroturbine

Mehanički, plinske turbine mogu biti znatno jednostavnije od klipnih motora s unutarnjim izgaranjem. Jednostavne turbine mogu imati jedan pokretni dio: osovinu/kompresor/turbinu/alternativni rotor (vidi sliku iznad), ne uključujući sustav goriva.

Složenije turbine (one koje se koriste u modernim mlaznim motorima) mogu imati više osovina (zavojnica), stotine turbinskih lopatica, pokretne lopatice statora i opsežan sustav složenih cjevovoda, komora za izgaranje i izmjenjivača topline.

Općenito je pravilo, što je motor manji, to je veća brzina osovine(a) potrebna za održavanje maksimalne linearne brzine lopatica. Maksimalna brzina lopatica turbine određuje maksimalni tlak koji se može postići, što rezultira maksimalnom snagom, bez obzira na veličinu motora. Mlazni motor se okreće na oko 10.000 o/min, a mikroturbina na oko 100.000 o/min.

U članku se opisuje kako se izračunava učinkovitost najjednostavnije plinske turbine, daju se tablice različitih plinskih turbina i postrojenja s kombiniranim ciklusom kako bi se usporedila njihova učinkovitost i druge karakteristike.

U području industrijske upotrebe plinskih turbina i parno-plinskih tehnologija, Rusija je daleko zaostala za naprednim zemljama svijeta.

Svjetski lideri u proizvodnji plinskih i kombiniranih elektrana velikog kapaciteta: GE, Siemens Wistinghouse, ABB - postigli vrijednosti jedinične snage plinskih turbinskih postrojenja od 280-320 MW i učinkovitosti od preko 40%, uz korištenjem paroenergetskog nadgrađa u kombiniranom ciklusu (koji se naziva i binarnim) - kapaciteta 430-480 MW s učinkovitošću do 60%. Ako imate pitanja o pouzdanosti CCGT-a - pročitajte članak.

Ove impresivne brojke služe kao mjerila u određivanju razvojnih puteva za elektroenergetsku industriju u Rusiji.

Kako se određuje učinkovitost plinske turbine?

Evo nekoliko jednostavnih formula koje pokazuju kolika je učinkovitost plinske turbine:

Unutarnja snaga turbine:

• Nt = Gex * Lt, gdje je Lt rad turbine, Gex je brzina protoka ispušnih plinova;

GTU unutarnja snaga:

• Ni gtu \u003d Nt - Nk, gdje je Nk unutarnja snaga zračnog kompresora;

GTU efektivna snaga:

• Nef \u003d Ni gtu * Mehanizam učinkovitosti, mehanizam učinkovitosti - učinkovitost povezana s mehaničkim gubicima u ležajevima, može se uzeti 0,99

Električna energija:

• Nel \u003d Ne * učinkovitost npr. gdje je učinkovitost npr. učinkovitost povezana s gubicima u električnom generatoru, možemo uzeti 0,985

Dostupna toplina goriva:

• Qsp = Gtop * Qrn, gdje je Gref - potrošnja goriva, Qrn - najniža radna kalorijska vrijednost goriva

Apsolutna električna učinkovitost plinskoturbinskog postrojenja:

• Učinkovitost \u003d Nel / Q dist

Učinkovitost CCGT je veća od učinkovitosti GTU budući da postrojenje s kombiniranim ciklusom koristi toplinu ispušnih plinova plinske turbine. Iza plinske turbine ugrađuje se kotao otpadne topline u kojem se toplina iz ispušnih plinova plinske turbine prenosi na radni fluid (napojnu vodu), a stvorena para šalje se u parnu turbinu za proizvodnju električne energije i topline.

Pročitajte također: Kako odabrati plinsko turbinsko postrojenje za CCGT postrojenje

Učinkovitost CCGT-a obično je predstavljena omjerom:

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

B je stupanj binarnosti ciklusa

Učinkovitost PSU - Učinkovitost parne elektrane

• B = Qks/(Qks+Qku)

Qks je toplina goriva sagorijenog u komori za izgaranje plinske turbine

Qku - toplina dodatnog goriva sagorijenog u kotlu za otpadnu toplinu

Istodobno se napominje da ako je Qku = 0, onda je B = 1, tj. instalacija je potpuno binarna.

Utjecaj stupnja binarnosti na učinkovitost CCGT-a

Izložimo uzastopno tablice s karakteristikama učinkovitosti plinskih turbina i nakon njih pokazatelje CCGT-a kod ovih plinskih motora, te usporedimo učinkovitost zasebne plinske turbine i učinkovitost CCGT-a.

Karakteristike suvremenih snažnih plinskih turbina

ABB plinske turbine

Postrojenja s kombiniranim ciklusom s ABB plinskim turbinama

GE plinske turbine

Pročitajte također: Zašto graditi termoelektrane s kombiniranim ciklusom? Koje su prednosti postrojenja s kombiniranim ciklusom.

Postrojenja s kombiniranim ciklusom s GE plinskim turbinama

Siemens plinske turbine

Postrojenja s kombiniranim ciklusom sa Siemens plinskim turbinama

Plinske turbine Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Toplinska turbina stalnog djelovanja, u kojoj se toplinska energija komprimiranog i zagrijanog plina (obično produkti izgaranja goriva) pretvara u mehanički rotacijski rad na osovini; je strukturni element plinskoturbinskog motora.

Zagrijavanje komprimiranog plina u pravilu se događa u komori za izgaranje. Također je moguće provesti grijanje u nuklearnom reaktoru i sl. Plinske turbine prvi put su se pojavile krajem 19. stoljeća. kao plinskoturbinski motor i oblikovno su se približili parnoj turbini. Strukturno, plinska turbina je niz uredno raspoređenih fiksnih rubova lopatica aparata mlaznice i rotirajućih rubova rotora, koji kao rezultat tvore protočni dio. Stupanj turbine je aparat sa mlaznicom u kombinaciji s impelerom. Stupanj se sastoji od statora, koji uključuje nepomične dijelove (kućište, lopatice mlaznice, prstenovi omotača) i rotor, koji je skup rotirajućih dijelova (kao što su lopatice rotora, diskovi, osovina).

Klasifikacija plinske turbine provodi se prema mnogim značajkama dizajna: u smjeru strujanja plina, broju stupnjeva, načinu korištenja toplinske razlike i načinu opskrbe plinom rotoru. U smjeru strujanja plina, plinske turbine mogu se razlikovati aksijalne (najčešće) i radijalne, te dijagonalne i tangencijalne. U aksijalnim plinskim turbinama tok se u meridijalnom presjeku transportuje uglavnom duž cijele osi turbine; kod radijalnih turbina, naprotiv, okomita je na os. Radijalne turbine se dijele na centripetalne i centrifugalne. U dijagonalnoj turbini plin teče pod nekim kutom prema osi rotacije turbine. Propeler tangencijalne turbine nema lopatice; takve se turbine koriste pri vrlo niskim brzinama protoka plina, obično u mjernim instrumentima. Plinske turbine su jednostepene, dvostepene i višestupanjske.

Broj stupnjeva određen je mnogim čimbenicima: namjenom turbine, njezinom konstrukcijskom shemom, ukupnom snagom i razvijenom jednom etapom, kao i aktiviranim padom tlaka. Prema načinu korištenja raspoložive toplinske razlike razlikuju se turbine sa stupnjevima brzine, kod kojih se samo struja okreće u rotoru, bez promjene tlaka (aktivne turbine), i turbine s tlačnim stupnjevima, kod kojih tlak opada i u aparatu za mlaznice i na lopaticama rotora (mlazne turbine). U parcijalnim plinskim turbinama plin se dovodi do radnog kola duž dijela oboda aparata mlaznice ili duž cijelog njegovog opsega.

Kod višestupanjske turbine proces pretvorbe energije sastoji se od niza uzastopnih procesa u pojedinim fazama. Komprimirani i zagrijani plin se početnom brzinom dovodi u međulopatične kanale aparata sa mlaznicama, gdje se u procesu ekspanzije dio raspoloživog toplinskog pada pretvara u kinetičku energiju izlaznog mlaza. Daljnje širenje plina i pretvaranje toplinskog pada u koristan rad događa se u međulopatskim kanalima rotora. Protok plina, koji djeluje na lopatice rotora, stvara zakretni moment na glavnoj osovini turbine. U tom slučaju se apsolutna brzina plina smanjuje. Što je ta brzina manja, veći dio energije plina pretvara se u mehanički rad na osovini turbine.

Učinkovitost karakterizira učinkovitost plinskih turbina, što je omjer rada uklonjenog s osovine i raspoložive energije plina ispred turbine. Učinkovita učinkovitost modernih višestupanjskih turbina je prilično visoka i doseže 92-94%.

Princip rada plinske turbine je sljedeći: plin se kompresorom ubrizgava u komoru za izgaranje, miješa se sa zrakom, stvara smjesu goriva i pali. Nastali produkti izgaranja visoke temperature (900-1200 °C) prolaze kroz nekoliko redova lopatica postavljenih na osovinu turbine i uzrokuju rotaciju turbine. Rezultirajuća mehanička energija osovine prenosi se kroz mjenjač do generatora koji proizvodi električnu energiju.

Termalna energija plinovi koji izlaze iz turbine ulaze u izmjenjivač topline. Također, umjesto proizvodnje električne energije, mehanička energija turbine može se koristiti za rad raznih pumpi, kompresora i sl. Najčešće korišteno gorivo za plinske turbine je prirodni plin, iako to ne može isključiti mogućnost korištenja drugih vrsta plinovitih goriva . Ali u isto vrijeme, plinske turbine su vrlo hirovite i postavljaju visoke zahtjeve za kvalitetu njegove pripreme (potrebne su određene mehaničke inkluzije, vlažnost).

Temperatura plinova koji izlaze iz turbine je 450-550 °C. Kvantitativni omjer toplinske i električne energije u plinskim turbinama kreće se od 1,5:1 do 2,5:1, što omogućuje izgradnju kogeneracijskih sustava koji se razlikuju po vrsti rashladne tekućine:

1) izravna (izravna) uporaba ispušnih vrućih plinova;
2) proizvodnja pare niskog ili srednjeg tlaka (8-18 kg/cm2) u vanjskom kotlu;
3) proizvodnju tople vode (bolje kada je potrebna temperatura veća od 140 °C);
4) proizvodnja pare visokog pritiska.

Veliki doprinos razvoju plinskih turbina dali su sovjetski znanstvenici B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov i dr. Stvaranje plinskih turbina za stacionarne i pokretne plinske turbine postigli su strani poduzeća (švicarski Brown-Boveri, u kojem je radio poznati slovački znanstvenik A. Stodola, i Sulzer, američki General Electric i dr.).

U budućnosti razvoj plinskih turbina ovisi o mogućnosti povećanja temperature plina ispred turbine. To je zbog stvaranja novih materijala otpornih na toplinu i pouzdanih sustava hlađenja za lopatice rotora sa značajnim poboljšanjem puta protoka itd.

Zahvaljujući raširenoj tranziciji 1990-ih. prirodni plin kao glavno gorivo za proizvodnju električne energije, plinske turbine zauzele su značajan segment tržišta. Unatoč činjenici da se maksimalna učinkovitost opreme postiže pri kapacitetima od 5 MW i više (do 300 MW), neki proizvođači proizvode modele u rasponu od 1-5 MW.

Plinske turbine se koriste u zrakoplovstvu i elektranama.

• Prethodno: ANALIZATOR PLINA
• sljedeće: PLINSKI MOTOR