Kas pirmasis aprašė dujų turbinos veikimo principą. GTU veikimo principas. Kokie gali būti įrengimo prieš kapitalinį remontą ištekliai

Naujų tipų dujų turbinų kūrimas, didėjanti dujų paklausa, lyginant su kitomis kuro rūšimis, stambūs pramoninių vartotojų planai kurti savo pajėgumus skatina vis didesnį susidomėjimą dujų turbinų statyba.

R Mažos kartos rinka turi dideles plėtros perspektyvas. Ekspertai prognozuoja, kad paskirstytos energijos paklausa padidės nuo 8% (šiuo metu) iki 20% (iki 2020 m.). Tokia tendencija paaiškinama santykinai žemu elektros energijos tarifu (2-3 kartus mažesniu nei elektros iš centralizuoto tinklo tarifas). Be to, anot Maksimo Zagornovo, „Delovaya Rossiya“ generalinės tarybos nario, Uralo nedidelės elektros energijos gamybos asociacijos prezidento, MKS įmonių grupės direktoriaus, mažoji generacija yra patikimesnė už tinklą: įvykus avarijai išoriniame tinkle, elektros tiekimas nenutrūksta. Papildomas decentralizuotos energijos privalumas yra paleidimo greitis: 8-10 mėnesių, palyginti su 2-3 metų tinklo linijų sukūrimui ir prijungimui.

Denisas Čerepanovas, vienas iš Delovaja Rossija energetikos komiteto pirmininkų, tvirtina, kad ateitis priklauso jos kartai. Valstybės Dūmos Energetikos komiteto pirmininko pirmojo pavaduotojo Sergejaus Jejakovo teigimu, paskirstytos energijos atveju energijos vartotojų grandinėje lemiama grandis yra vartotojas, o ne energetikos sektorius. Pats gamindamas elektros energiją vartotojas deklaruoja reikiamus pajėgumus, konfigūracijas ir net kuro rūšį, tuo pačiu sutaupydamas už gaunamos energijos kilovato kainą. Be kita ko, ekspertai mano, kad papildomai sutaupyti galima, jei jėgainė veiks kogeneraciniu režimu: panaudota šiluminė energija bus naudojama šildymui. Tuomet gerokai sutrumpės generuojančios jėgainės atsipirkimo laikotarpis.

Aktyviausiai besivystanti paskirstytos energijos sritis yra dujų turbininių elektrinių statyba mažai energijos. Dujų turbininės elektrinės skirtos veikti bet kokiomis klimato sąlygomis kaip pagrindinis arba atsarginis elektros ir šilumos šaltinis pramoniniams ir buitiniams objektams. Tokių elektrinių naudojimas atokiose vietovėse leidžia žymiai sutaupyti, panaikinant ilgų elektros linijų tiesimo ir eksploatavimo sąnaudas, o centrinėse vietovėse – padidinti elektros ir šilumos tiekimo patikimumą tiek individualioms įmonėms ir organizacijoms, tiek teritorijoms. kaip visas. Apsvarstykite kai kurias dujų turbinas ir dujų turbinų blokus, kuriuos Rusijos rinkoje siūlo žinomi gamintojai dujų turbinų jėgainėms statyti.

„General Electric“.

GE vėjo turbinų sprendimai yra labai patikimi ir tinkami naudoti įvairiose pramonės šakose – nuo ​​naftos ir dujų iki komunalinių paslaugų. Visų pirma, mažoje generacijoje aktyviai naudojami GE dujų turbinų blokai iš LM2500 šeimos, kurių galia yra nuo 21 iki 33 MW ir efektyvumas iki 39%. LM2500 naudojami kaip mechaninė pavara ir elektros generatoriaus pavara, jie veikia elektrinėse paprasto, kombinuoto ciklo, kogeneracijos režimu, jūrinėse platformose ir vamzdynuose.

Pastaruosius 40 metų šios serijos GE turbinos buvo geriausiai parduodamos savo klasėje. Iš viso pasaulyje sumontuota daugiau nei 2000 šio modelio turbinų, kurių bendras veikimo laikas viršija 75 mln.

Pagrindinės LM2500 turbinų savybės: lengvas ir kompaktiškas dizainas, užtikrinantis greitą montavimą ir lengvą priežiūrą; pasiekti visą galią nuo paleidimo momento per 10 minučių; didelis efektyvumas (paprastu ciklu), patikimumas ir prieinamumas savo klasėje; galimybė distiliatui ir gamtinėms dujoms naudoti dviejų degalų degimo kameras; galimybė kaip kurą naudoti žibalą, propaną, kokso krosnių dujas, etanolį ir SGD; mažas NOx emisijas naudojant DLE arba SAC degimo kameras; patikimumo koeficientas - daugiau nei 99%; pasirengimo koeficientas - daugiau nei 98%; NOx emisija – 15 ppm (DLE modifikacija).

Teikti klientams patikimą pagalbą visame pasaulyje gyvenimo ciklas generavimo įranga GE atidarė specializuotą Energetikos technologijų centrą Kalugoje. Ji siūlo klientams moderniausius sprendimus, susijusius su dujų turbinų priežiūra, tikrinimu ir remontu. Įmonėje įdiegta kokybės vadybos sistema pagal ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

Japonijos įmonė Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) yra įvairi inžinerijos įmonė. Svarbią vietą jos gamybos programoje užima dujų turbinos.

1943 m. „Kawasaki“ sukūrė pirmąjį Japonijos dujų turbininį variklį ir dabar yra vienas iš pasaulyje pripažintų mažos ir vidutinės galios dujų turbinų gamybos lyderių, sukaupęs daugiau nei 11 000 įrenginių nuorodų.

Teikdama prioritetą ekologiškumui ir efektyvumui, bendrovė padarė didelę pažangą plėtodama dujų turbinų technologijas ir aktyviai siekia daug žadančių pokyčių, įskaitant naujų energijos šaltinių, kaip alternatyvos iškastiniam kurui, srityje.

Turėdama gerą kriogeninių technologijų, suskystintų dujų gamybos, laikymo ir transportavimo technologijų patirtį, Kawasaki aktyviai tyrinėja ir plėtoja vandenilio kaip kuro panaudojimo sritį.

Visų pirma, įmonė jau turi turbinų prototipus, kuriuose vandenilis naudojamas kaip metano kuro priedas. Ateityje tikimasi turbinų, kuriose, kur kas efektyviau ir ekologiškiau, vandenilis pakeis angliavandenilius.

GTU Kawasaki GPB serija yra skirti bazinės apkrovos darbui, įskaitant lygiagrečias ir izoliuotas tinklų sąveikos schemas, o galios diapazonas pagrįstas mašinomis nuo 1,7 iki 30 MW.

Modelių gamoje yra turbinų, kurios naudoja garų įpurškimą, kad sumažintų kenksmingų teršalų išmetimą ir naudoja DLE technologiją, modifikuotą bendrovės inžinierių.

Elektros efektyvumas, priklausomai nuo generavimo ciklo ir galios, atitinkamai nuo 26,9 % GPB17 ir GPB17D (M1A-17 ir M1A-17D turbinoms) iki 40,1 % GPB300D (L30A turbinoms). Elektros galia - nuo 1700 iki 30 120 kW; šiluminė galia - nuo 13 400 iki 8970 kJ / kWh; išmetamųjų dujų temperatūra - nuo 521 iki 470°C; išmetamųjų dujų sąnaudos - nuo 29,1 iki 319,4 tūkst.m3/h; NOx (esant 15 % O2) – 9/15 ppm dujų turbinoms M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm turbinoms M7A-02D ir 15 ppm turbinoms L20A ir L30A.

Kalbant apie efektyvumą, Kawasaki dujų turbinos, kiekviena savo klasėje, yra pasaulio lyderė arba viena iš lyderių. Bendras jėgainių šiluminis naudingumo koeficientas kogeneracinėse konfigūracijose siekia 86-87%. Įmonė gamina daugybę GTU dviejų degalų (gamtinių dujų ir skysto kuro) versijų su automatiniu perjungimu. Šiuo metu tarp Rusijos vartotojų paklausiausi yra trys dujų turbinų modeliai - GPB17D, GPB80D ir GPB180D.

Kawasaki dujų turbinos išsiskiria: dideliu patikimumu ir ilgu tarnavimo laiku; kompaktiška konstrukcija, kuri ypač patraukli keičiant esamų gamybos įrenginių įrangą; priežiūros paprastumas dėl padalintos kėbulo konstrukcijos, nuimamų degiklių, optimaliai išdėstytų tikrinimo angų ir kt., o tai supaprastina patikrinimą ir priežiūrą, įskaitant ir naudotojo personalą;

Ekologiškumas ir ekonomiškumas. Kawasaki turbinų degimo kameros sukurtos naudojant pažangiausias technologijas, siekiant optimizuoti degimo procesą ir pasiekti geriausią turbinos efektyvumą, taip pat sumažinti NOx ir kitų kenksmingų medžiagų išmetamosiose dujose. Aplinkosaugos veiksmingumas taip pat pagerinamas naudojant pažangią sausos emisijos mažinimo technologiją (DLE);

Galimybė naudoti platų kuro spektrą. Galima naudoti gamtines dujas, žibalą, dyzelinį kurą, A tipo lengvąjį mazutą, taip pat susijusias naftos dujas;

Patikimas aptarnavimas po pardavimo. Aukšto lygio aptarnavimas, įskaitant nemokamą internetinę stebėjimo sistemą (TechnoNet) su ataskaitomis ir prognozėmis, aukštos kvalifikacijos personalo techninę pagalbą, taip pat dujų turbinos variklio pakeitimą kapitalinio remonto metu (GTU prastovos sumažinamos iki 2 3 savaites) ir tt .d.

2011 m. rugsėjį „Kawasaki“ pristatė pažangiausią degimo kameros sistemą, kuri sumažino NOx emisiją iki mažiau nei 10 ppm M7A-03 dujų turbinos varikliui, net mažiau nei reikalauja dabartiniai reglamentai. Vienas iš įmonės projektavimo požiūrių – sukurti naują įrangą, atitinkančią ne tik šiuolaikinius, bet ir būsimus, griežtesnius aplinkosauginio veiksmingumo reikalavimus.

Itin efektyvi 5 MW GPB50D dujų turbina su Kawasaki M5A-01D turbina naudoja naujausias patikrintas technologijas. Dėl didelio elektrinės efektyvumo ji yra optimali elektros energijai ir kogeneracijai. Be to, kompaktiškas GPB50D dizainas yra ypač naudingas atnaujinant esamas gamyklas. Vardinis 31,9 % elektros naudingumo koeficientas yra geriausias pasaulyje tarp 5 MW elektrinių.

M1A-17D turbina dėl originalios degimo kameros konstrukcijos su sausos emisijos slopinimu (DLE) pasižymi puikiomis aplinkosauginėmis savybėmis (NOx).< 15 ppm) и эффективности.

Itin mažas turbinos svoris (1470 kg), mažiausias klasėje, nulemtas plačiai naudojamų kompozitinių medžiagų ir keramikos, iš kurios gaminamos, pavyzdžiui, sparnuotės mentės. Keramika yra atsparesnė darbui aukštesnėje temperatūroje, mažiau linkusi užteršti nei metalai. Dujų turbinos elektrinis naudingumo koeficientas yra beveik 27%.

Rusijoje iki šiol „Kawasaki Heavy Industries, Ltd. bendradarbiaudami su Rusijos įmonėmis įgyvendino keletą sėkmingų projektų:

Mini-TPP „Centrinis“ Vladivostoke

UAB „Far Eastern Energy Management Company“ (UAB DVEUK) užsakymu į TPP Tsentralnaya buvo pristatyti 5 GTU GPB70D (M7A-02D). Stotis tiekia elektrą ir šilumą vartotojams centrinėje Russky salos plėtros dalyje ir Tolimųjų Rytų federalinio universiteto miestelyje. TPP Tsentralnaya yra pirmasis energetikos objektas Rusijoje su Kawasaki turbinomis.

Mini-CHP "Okeanariumas" Vladivostoke

Šį projektą taip pat vykdė UAB „DVEUK“ saloje esančio mokslo ir edukacinio komplekso „Primorsky Oceanarium“ elektros tiekimui. Pristatytos dvi GPB70D dujų turbinos.

GTU gamina Kawasaki, Gazprom PJSC

Kawasaki Rusijos partneris MPP Energotechnika LLC, kurio pagrindas yra M1A-17D dujų turbina, gamina konteinerinę elektrinę Korvette 1,7K, skirtą montuoti atvirose vietose, kurių aplinkos temperatūros diapazonas yra nuo -60 iki + 40 °С.

Pagal bendradarbiavimo sutartį buvo sukurti ir MPP Energotechnikos gamybinėse patalpose surinkti penki EGTEPS KORVET-1.7K. Įmonių atsakomybės sritys šiame projekte buvo paskirstytos taip: Kawasaki tiekia M1A-17D dujų turbininį variklį ir turbinų valdymo sistemas, Siemens AG – aukštos įtampos generatorių. MPP Energotechnika LLC gamina blokinį konteinerį, išmetimo ir oro paėmimo įrenginį, maitinimo bloko valdymo sistemą (įskaitant SHUVGM žadinimo sistemą), elektros įrangą - pagrindinę ir pagalbinę, komplektuoja visas sistemas, surenka ir tiekia sukomplektuotą elektrinę, taip pat parduoda. APCS.

EGTES Korvet-1.7K išlaikė tarpžinybinius testus ir yra rekomenduojamas naudoti PJSC „Gazprom“ patalpose. Dujų turbinos jėgos agregatą pagal PJSC „Gazprom“ techninę užduotį sukūrė MPP Energotechnika LLC pagal PJSC „Gazprom“ ir Agentūros mokslinio ir techninio bendradarbiavimo programą. gamtos turtai ir energija Japonijoje.

CCGT 10 MW turbina prie NRU MPEI

„Kawasaki Heavy Industries Ltd.“ Maskvoje įsikūrusiam Nacionaliniam tyrimų universitetui „MPEI“ pagamino ir pristatė pilną dujų turbinos gamyklą GPB80D, kurios vardinė galia yra 7,8 MW. CHP MPEI yra praktinis mokymas ir, gamindamas elektrą ir šilumą pramoniniu mastu, aprūpina juos pačiu Maskvos energetikos institutu ir tiekia juos į Maskvos inžinerinius tinklus.

Projektų geografijos išplėtimas

„Kawasaki“, atkreipdamas dėmesį į vietinės energetikos plėtros paskirstytos gamybos kryptimi privalumus, pasiūlė pradėti įgyvendinti projektus naudojant minimalios galios dujų turbinas.

„Mitsubishi Hitachi Power Systems“.

H-25 turbinų modelių gama pateikiama 28-41 MW galios diapazone. Visą turbinų gamybos paketą, įskaitant MTEP ir nuotolinio stebėjimo centrą, Hitachi gamykloje, Japonijoje, atlieka MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.). Jis susiformuoja 2014 m. vasario mėn., kai buvo sujungti pripažintų mechaninės inžinerijos lyderių „Mitsubishi Heavy Industries Ltd.“ gamybos sektoriai. ir Hitachi Ltd.

H-25 modeliai yra plačiai naudojami visame pasaulyje tiek paprastam ciklo darbui dėl didelio efektyvumo (34-37%), tiek kombinuotam ciklui 1x1 ir 2x1 konfigūracijoje su 51-53% efektyvumu. Turėdamas aukštus išmetamųjų dujų temperatūros rodiklius, GTU taip pat sėkmingai įrodė, kad veikia kogeneraciniu režimu, kurio bendras įrenginio efektyvumas siekia daugiau nei 80%.

Ilgametė įvairių galių dujų turbinų gamybos patirtis ir gerai apgalvota vieno veleno pramoninės turbinos konstrukcija išskiria N-25 dideliu patikimumu, o įrangos prieinamumo koeficientas yra didesnis nei 99%. Bendras modelio veikimo laikas 2016 m. antrąjį pusmetį viršijo 6,3 milijono valandų. Šiuolaikinė dujų turbina pagaminta su horizontaliu ašiniu padalijimu, kuris užtikrina lengvą priežiūrą, taip pat galimybę pakeisti karšto tako dalis ties veiklos vieta.

Priešsrovinė vamzdinė-žiedinė degimo kamera užtikrina stabilų įvairių rūšių kuro degimą, pvz., gamtines dujas, dyzelinį kurą, suskystintas naftos dujas, dūmų dujas, kokso krosnių dujas ir kt. Išankstinis dujų ir oro mišinio (DLN) sumaišymas. H-25 dujų turbininis variklis yra 17 pakopų ašinis kompresorius, sujungtas su trijų pakopų aktyvia turbina.

Patikimos N-25 GTU eksploatavimo mažos apimties gamybos įrenginiuose Rusijoje pavyzdys yra eksploatavimas kaip kogeneracinio įrenginio dalis savo reikmėms JSC Ammonii gamykloje Mendelejevske, Tatarstano Respublikoje. Kogeneracinis blokas gamybos vietai tiekia 24 MW elektros ir 50 t/h garo (390°C / 43 kg/cm3). 2017 metų lapkritį aikštelėje sėkmingai atlikta pirmoji turbininės degimo sistemos patikra, kuri patvirtino patikimą mašinos komponentų ir mazgų veikimą aukštoje temperatūroje.

Naftos ir dujų sektoriuje N-25 GTU buvo naudojami Sakhalino energetikos investicijų bendrovės, Ltd. Sakhalino II sausumos perdirbimo įrenginio (OPF) vietai valdyti. OPF yra 600 km į šiaurę nuo Južno Sachalinsko, jūrinio dujotiekio išėjimo į krantą zonoje ir yra vienas iš svarbiausių bendrovės objektų, atsakingų už dujų ir kondensato paruošimą tolesniam dujotiekio transportavimui į naftos eksporto terminalą ir SGD gamyklą. Technologinį kompleksą sudaro keturios N-25 dujų turbinos, kurios komerciškai eksploatuojamos nuo 2008 m. N-25 GTU pagrindu sukurtas kogeneracinis blokas yra maksimaliai integruotas į OPF integruotą energetikos sistemą, ypač šilumą iš išmetamųjų dujų. turbina naudojama žalios naftos šildymui naftos perdirbimo reikmėms.

Siemens pramoniniai dujų turbinų generatorių komplektai (toliau – GTU) padės susidoroti su dinamiškai besivystančios paskirstytos gamybos rinkos sunkumais. Dujų turbinos, kurių vieneto vardinė galia nuo 4 iki 66 MW, visiškai atitinka aukštus pramoninės kombinuotos energijos gamybos srities reikalavimus įrenginių efektyvumo (iki 90%), eksploatacinio patikimumo, paslaugų lankstumo ir aplinkosaugos saugumo požiūriu, užtikrinančius trumpą tarnavimo laiką. ciklo sąnaudos ir didelė investicijų grąža. Siemens turi daugiau nei 100 metų patirtį pramoninių dujų turbinų ir jų pagrindu pagamintų šiluminių elektrinių statyboje.

Siemens GTU, kurių galia svyruoja nuo 4 iki 66 MW, naudoja mažos komunalinės įmonės, nepriklausomi energijos gamintojai (pvz., pramonės įmonės) ir naftos bei dujų pramonė. Paskirstytos elektros energijos gamybos su kombinuota šiluminės energijos gamyba technologijų naudojimas leidžia atsisakyti investuoti į daugybę kilometrų elektros linijų, sumažinant atstumą tarp energijos šaltinio ir jį vartojančio objekto, sutaupant didelių sąnaudų. šildymas pramonės įmonės ir infrastruktūros objektus naudojant šilumos atgavimą. Standartinis Mini-TPP, pagrįstas Siemens GTU, gali būti pastatytas bet kur, kur yra prieiga prie kuro šaltinio arba greitas jo tiekimas.

SGT-300 yra pramoninė dujų turbina, kurios vardinė elektros galia yra 7,9 MW (žr. 1 lentelę), kurioje paprasta, patikima konstrukcija derinama su naujausiomis technologijomis.

1 lentelė. SGT-300 mechaninės pavaros ir elektros energijos gamybos specifikacijos

1) Elektrinis 2) Sumontuotas velenas

Ryžiai. 1. Dujų generatoriaus SGT-300 konstrukcija

Pramoninei elektros energijos gamybai naudojama vieno veleno SGT-300 dujų turbinos versija (žr. 1 pav.). Idealiai tinka kombinuotai šilumos ir elektros (CHP) gamybai. SGT-300 dujų turbina yra pramoninė dujų turbina, iš pradžių sukurta gamybai ir turi šiuos eksploatacinius pranašumus veikiančioms organizacijoms:

Elektros naudingumo koeficientas - 31%, o tai yra vidutiniškai 2-3% didesnis nei mažesnės galios dujų turbinų efektyvumas dėl didesnės naudingumo vertės, ekonominis efektas apie kuro dujų taupymą;

Dujų generatoriuje sumontuota mažos emisijos sauso degimo kamera naudojant DLE technologiją, kuri leidžia pasiekti NOx ir CO emisijų lygius, kurie yra daugiau nei 2,5 karto mažesni nei nustatyta norminiuose dokumentuose;

GTP turi geras dinamines charakteristikas dėl savo vieno veleno konstrukcijos ir užtikrina stabilų generatoriaus darbą esant išorinio prijungto tinklo apkrovos svyravimams;

Pramoninis dujų turbinos dizainas užtikrina ilgą kapitalinio remonto tarnavimo laiką ir yra optimalus organizuojant aptarnavimo darbus, kurie atliekami eksploatavimo vietoje;

Reikšmingas pastato ploto, taip pat investicijų sąnaudų sumažinimas, įskaitant visos gamyklos mechaninės ir elektros įrangos pirkimą, jos įrengimą ir paleidimą, kai naudojamas sprendimas, pagrįstas SGT-300 (2 pav.).

Ryžiai. 2. SGT-300 bloko svorio ir dydžio charakteristikos

Bendras sumontuoto SGT-300 parko eksploatavimo laikas yra daugiau nei 6 milijonai valandų, o pirmaujančio GTU darbo laikas – 151 tūkstantis valandų Prieinamumo/prieinamumo santykis - 97,3%, patikimumo koeficientas - 98,2%.

OPRA (Nyderlandai) yra pirmaujanti dujų turbinų energijos sistemų tiekėja. OPRA kuria, gamina ir parduoda pažangiausius maždaug 2 MW dujų turbininius variklius. Pagrindinė įmonės veikla – elektros gamyba naftos ir dujų pramonei.

Patikimas OPRA OP16 variklis užtikrina didesnį našumą mažesnėmis sąnaudomis ir ilgesnį tarnavimo laiką nei bet kuri kita šios klasės turbina. Variklis dirba su kelių rūšių skystuoju ir dujiniu kuru. Yra modifikuota degimo kamera su sumažintu teršalų kiekiu išmetamosiose dujose. OPRA OP16 1,5-2,0 MW jėgainė bus patikimas asistentas atšiauriomis darbo sąlygomis.

OPRA dujų turbinos yra puiki įranga elektros energijos gamybai neprijungtose elektros ir nedidelės apimties kogeneracinėse sistemose. Turbinos dizainas buvo kuriamas daugiau nei dešimt metų. Rezultatas – paprastas, patikimas ir efektyvus dujų turbininis variklis, įskaitant mažos emisijos modelį.

Išskirtinis OP16 cheminės energijos pavertimo elektros energija technologijos bruožas yra COFAR patentuota kuro mišinio paruošimo ir tiekimo valdymo sistema, kuri užtikrina degimo režimus su minimaliu azoto ir anglies oksidų susidarymu bei minimaliu nesudegusio kuro likučių kiekiu. Patentuota radialinės turbinos geometrija ir paprastai konsolinė keičiamos kasetės konstrukcija, įskaitant veleną, guolius, išcentrinį kompresorių ir turbiną, taip pat yra originalūs.

OPRA ir MES Engineering specialistai parengė unikalaus vieningo atliekų apdorojimo techninio komplekso sukūrimo koncepciją. Iš 55–60 mln. tonų visų Rusijoje per metus pagaminamų SM, penktadalis – 11,7 mln. tonų – tenka sostinės regionui (3,8 mln. tonų – Maskvos sritis, 7,9 mln. tonų – Maskva). Tuo pačiu metu iš Maskvos už Maskvos žiedinio kelio išvežama 6,6 mln Buitinės atliekos. Taigi daugiau nei 10 milijonų tonų šiukšlių nusėda Maskvos srityje. Nuo 2013 metų iš 39 Maskvos srities sąvartynų buvo uždaryti 22. Jų vietoje turėtų būti 13 atliekų rūšiavimo kompleksų, kurie bus pradėti eksploatuoti 2018-2019 metais, taip pat keturios atliekų deginimo gamyklos. Ta pati situacija yra ir daugelyje kitų regionų. Tačiau didelių atliekų perdirbimo gamyklų statyba ne visada yra pelninga, todėl atliekų perdirbimo problema yra labai aktuali.

Sukurta vieno techninio komplekso koncepcija apjungia visiškai radialinius OPRA įrenginius, pasižyminčius dideliu patikimumu ir efektyvumu su MES dujofikavimo / pirolizės sistema, kuri leidžia efektyviai konvertuoti įvairių rūšių atliekas (įskaitant MSW, naftos dumblą, užterštą žemę, biologines ir medicinines). atliekos, medienos apdirbimo atliekos, pabėgiai ir kt.) tapti puikiu kuru šilumai ir elektrai gaminti. Ilgalaikio bendradarbiavimo dėka suprojektuotas ir diegiamas standartizuotas atliekų apdorojimo kompleksas, kurio našumas – 48 tonos per dieną. (3 pav.).

Ryžiai. 3. Bendras standartinio atliekų perdirbimo komplekso, kurio našumas 48 tonos/parą, išdėstymas.

Kompleksą sudaro ŠMM dujinimo įrenginys su atliekų saugojimo aikštele, du OPRA GTU, kurių bendra elektros galia 3,7 MW ir šiluminė galia 9 MW, taip pat įvairios pagalbinės ir apsauginės sistemos.

Įdiegus tokį kompleksą, 2 hektarų plote galima gauti galimybę autonomiškai tiekti energiją ir šilumą įvairiems pramonės ir komunaliniams objektams, kartu sprendžiant įvairių rūšių buitinių atliekų perdirbimo klausimą.

Skirtumai tarp sukurtų kompleksinių ir esamų technologijų kyla iš unikalaus siūlomų technologijų derinio. Nedideli (2 t/h) sunaudojamų atliekų kiekiai kartu su nedideliu reikiamu sklypo plotu leidžia šį kompleksą pastatyti tiesiai prie mažų gyvenviečių, pramonės įmonių ir kt., ženkliai sutaupant pinigų nuolatiniam atliekų gabenimui į jas. šalinimo vietos. Visiškas komplekso savarankiškumas leidžia jį dislokuoti beveik bet kur. Parengto standartinio projekto, modulinių konstrukcijų ir maksimalaus gamyklos įrangos paruošimo panaudojimas leidžia sutrumpinti statybos laiką iki 1-1,5 metų. Naujų technologijų naudojimas užtikrina aukščiausią komplekso ekologiškumą. MES dujinimo bloke vienu metu gaminamos dujų ir skystojo kuro frakcijos, o dėl OPRA GTU dviejų degalų pobūdžio jos naudojamos vienu metu, o tai padidina kuro lankstumą ir energijos tiekimo patikimumą. Žemi OPRA GTU reikalavimai degalų kokybei padidina visos sistemos patikimumą. ŠMM blokas leidžia naudoti atliekas, kurių drėgnumas siekia iki 85%, todėl atliekų džiovinimas nereikalingas, o tai padidina viso komplekso efektyvumą. Aukšta OPRA GTU išmetamųjų dujų temperatūra leidžia užtikrinti patikimą šilumos tiekimą karštu vandeniu arba garais (iki 11 tonų garo per valandą esant 12 barų slėgiui). Projektas yra standartinis ir keičiamo dydžio, todėl galima išmesti bet kokį atliekų kiekį.

Skaičiavimai rodo, kad elektros energijos gamybos kaina bus nuo 0,01 iki 0,03 euro už 1 kWh, kas rodo aukštą projekto ekonominį efektyvumą. Taigi bendrovė OPRA dar kartą patvirtino savo orientaciją į naudojamų degalų asortimento plėtrą ir degalų lankstumo didinimą bei orientuojantis į maksimalų „žaliųjų“ technologijų panaudojimą savo kūrime.

Turbina yra bet koks besisukantis įtaisas, kuris darbui gaminti naudoja judančio darbinio skysčio (skysčio) energiją. Tipiški turbinos skysčiai yra: vėjas, vanduo, garai ir helis. Vėjo malūnai ir hidroelektrinės dešimtmečius naudojo turbinas, kad suktų elektros generatorius ir gamintų energiją pramonei ir būstui. Paprastos turbinos žinomos daug seniau, pirmosios iš jų atsirado senovės Graikijoje.

Tačiau elektros gamybos istorijoje pačios dujų turbinos atsirado ne taip seniai. Pirmoji praktiška dujų turbina pradėjo gaminti elektros energiją Neuchatel mieste, Šveicarijoje 1939 m. Jį sukūrė „Brown Boveri Company“. Pirmoji dujų turbina, varanti orlaivį, taip pat veikė 1939 m. Vokietijoje, naudojant Hanso P. von Ohaino suprojektuotą dujų turbiną. 1930-aisiais Anglijoje Franko Whittle'o sukurtas dujų turbinos išradimas ir dizainas paskatino pirmąjį turbina varomą skrydį 1941 m.

1 pav. Orlaivio turbinos (a) ir antžeminės dujų turbinos (b) schema

Sąvoka „dujų turbina“ yra lengvai klaidinanti, nes daugeliui tai reiškia turbininį variklį, kuris kaip kurą naudoja dujas. Tiesą sakant, dujų turbina (schemiškai parodyta 1 paveiksle) turi kompresorių, kuris tiekia ir suspaudžia dujas (dažniausiai orą); degimo kamera, kurioje degant kurui šildomos suslėgtos dujos ir pati turbina, kuri išgauna energiją iš karštų, suslėgtų dujų srauto. Šios energijos pakanka kompresoriui maitinti ir lieka naudingoms reikmėms. Dujų turbina yra vidaus degimo variklis (ICE), kuris naudoja nuolatinį kuro degimą naudingam darbui atlikti. Tuo turbina skiriasi nuo karbiuratorinių ar dyzelinių vidaus degimo variklių, kur degimo procesas vyksta su pertrūkiais.

Kadangi dujų turbinos buvo pradėtos naudoti 1939 m. tuo pačiu metu energetikos pramonėje ir aviacijoje, aviacijai ir antžeminėms dujų turbinoms naudojami skirtingi pavadinimai. Aviacijos dujų turbinos vadinamos turboreaktyviniais arba reaktyviniais varikliais, o kitos dujų turbinos – dujų turbininiais varikliais. Anglų kalba yra dar daugiau šių, apskritai, to paties tipo variklių pavadinimų.

Dujų turbinų naudojimas

Orlaivio turboreaktyviniame variklyje energija iš turbinos varo kompresorių, kuris pritraukia orą į variklį. Iš turbinos išeinančios karštos dujos išmetamos į atmosferą per išmetimo antgalį, kuris sukuria trauką. Ant pav. 1a parodyta turboreaktyvinio variklio schema.

2 pav. Lėktuvo turboreaktyvinio variklio schema.

Tipiškas turboreaktyvinis variklis parodytas fig. 2. Tokie varikliai sukuria trauką nuo 45 kgf iki 45 000 kgf, o savitasis svoris nuo 13 kg iki 9 000 kg. Mažiausi varikliai varo sparnuotąsias raketas, didžiausi – didžiulius lėktuvus. Dujų turbina pav. 2 yra turboventiliatorius su didelio skersmens kompresoriumi. Traukos jėga sukuria tiek kompresoriaus įsiurbiamas, tiek per pačią turbiną praeinantis oras. Variklis yra didelis ir gali sukurti didelę trauką esant mažam kilimo greičiui, todėl jis yra tinkamiausias komerciniams orlaiviams. Turboreaktyvinis variklis neturi ventiliatoriaus ir sukuria trauką oru, kuris visiškai praeina per dujų kelią. Turboreaktyviniai lėktuvai turi mažus priekinius matmenis ir sukuria didžiausią trauką esant dideliam greičiui, todėl jie yra tinkamiausi naudoti naikintuvuose.

Ne aeronautikos dujų turbinose dalis iš turbinos gaunamos energijos naudojama kompresoriui varyti. Likusi energija – „naudingoji energija“ pašalinama iš turbinos veleno energijos panaudojimo įrenginiu, tokiu kaip elektros generatorius ar laivo sraigtas.

Tipiška antžeminė dujų turbina parodyta fig. 3. Tokie įrenginiai gali pagaminti nuo 0,05 MW iki 240 MW energijos. Sąranka parodyta pav. 3 yra iš orlaivio pagaminta, bet lengvesnė dujų turbina. Sunkesni įrenginiai yra sukurti specialiai antžeminiam naudojimui ir vadinami pramoninėmis turbinomis. Nors iš orlaivių pagamintos turbinos vis dažniau naudojamos kaip pirminės energijos generatoriai, jos vis dar dažniausiai naudojamos kaip kompresoriai gamtinėms dujoms siurbti, laivams maitinti ir kaip papildomi energijos generatoriai didžiausios paklausos laikotarpiais. Dujų turbinų generatoriai gali greitai įsijungti, tiekdami energiją tada, kai jos labiausiai reikia.

3 pav. Paprasčiausia, vienpakopė, antžeminė dujų turbina. Pavyzdžiui, energetikoje. 1 - kompresorius, 2 - degimo kamera, 3 - turbina.

Svarbiausi dujų turbinos privalumai yra šie:

1. Jis gali generuoti daug galios su palyginti mažu dydžiu ir svoriu.
2. Dujų turbina veikia pastovaus sukimosi režimu, skirtingai nei stūmokliniai varikliai, veikiantys nuolat kintančiomis apkrovomis. Todėl turbinos tarnauja ilgai ir reikalauja palyginti nedaug priežiūros.
3. Nors dujų turbina paleidžiama naudojant pagalbinę įrangą, pvz., elektros variklius ar kitą dujų turbiną, paleidimas trunka kelias minutes. Palyginimui, garo turbinos paleidimo laikas matuojamas valandomis.
4. Dujų turbina gali naudoti įvairius degalus. Didelės antžeminės turbinos paprastai naudoja gamtines dujas, o aviacinės turbinos dažniausiai naudoja lengvus distiliatus (žibalą). Taip pat galima naudoti dyzelinį kurą arba specialiai apdorotą mazutą. Taip pat galima naudoti degiąsias dujas iš pirolizės, dujinimo ir naftos perdirbimo proceso bei biodujas.
5. Paprastai dujų turbinos kaip darbinį skystį naudoja atmosferos orą. Gaminant elektros energiją, dujų turbinai nereikia aušinimo skysčio (pavyzdžiui, vandens).

Anksčiau vienas pagrindinių dujų turbinų trūkumų buvo mažas jų efektyvumas, lyginant su kitais vidaus degimo varikliais ar garo turbinomis elektrinėse. Tačiau per pastaruosius 50 metų patobulinus jų konstrukciją, šiluminis efektyvumas padidėjo nuo 18 % 1939 m. Neuchatel dujų turbinoje iki dabartinio 40 % paprasto veikimo ir maždaug 55 % kombinuoto ciklo efektyvumo (daugiau apie tai žemiau). . Ateityje dujų turbinų efektyvumas dar labiau padidės – tikimasi, kad paprasto ciklo efektyvumas padidės iki 45–47%, o kombinuotame cikle – iki 60%. Šis numatomas efektyvumas yra daug didesnis nei kitų įprastų variklių, tokių kaip garo turbinos.

Dujų turbinos ciklai

Sekos diagramoje parodyta, kas atsitinka, kai oras patenka, praeina per dujų kelią ir išeina iš dujų turbinos. Paprastai ciklograma rodo ryšį tarp oro tūrio ir sistemos slėgio. Ant pav. 4a parodytas Braitono ciklas, kuris parodo fiksuoto tūrio oro, praeinančio per dujų turbiną, savybių pasikeitimą jos veikimo metu. Pagrindinės šios ciklogramos sritys taip pat parodytos scheminiame dujų turbinos vaizde fig. 4b.

4a pav. Braitono ciklo diagrama darbinio skysčio P-V koordinatėmis, parodanti darbo (W) ir šilumos (Q) srautus.

4b pav. Scheminė dujų turbinos iliustracija, rodanti taškus iš Braitono ciklo diagramos.

Oras suspaudžiamas iš taško 1 į tašką 2. Dujų slėgis didėja, o dujų tūris mažėja. Tada oras kaitinamas pastoviu slėgiu nuo 2 taško iki 3 taško. Ši šiluma susidaro į degimo kamerą tiekiant kurą ir nuolat degant.

Karštas suslėgtas oras iš taško 3 pradeda plėstis tarp taškų 3 ir 4. Slėgis ir temperatūra šiame intervale krenta, o dujų tūris didėja. Variklyje pav. 4b, tai pavaizduota dujų srautu iš taško 3 per turbiną į tašką 4. Tai gamina energiją, kurią vėliau galima panaudoti. Fig. 1a, srautas nukreipiamas iš taško 3" į tašką 4 per išleidimo antgalį ir sukuria trauką. "Naudingas darbas" 4a pav. parodytas kreivė 3'-4. Tai energija, galinti varyti pavaros veleną. antžeminės turbinos arba orlaivio variklio traukos sukūrimas.. Braitono ciklas 4 pav. baigiasi procesu, kurio metu oro tūris ir temperatūra mažėja, kai į atmosferą išsiskiria šiluma.

5 pav. Uždarojo ciklo sistema.

Dauguma dujų turbinų veikia atviro ciklo režimu. Atviroje grandinėje oras paimamas iš atmosferos (4a ir 4b pav. 1 taškas) ir išstumiamas atgal į atmosferą taške 4, todėl karštos dujos atšaldomos atmosferoje po to, kai jos išleidžiamos iš variklio. Dujų turbinoje, veikiančioje uždaru ciklu, darbinis skystis (skystis arba dujos) nuolat naudojamas išmetamosioms dujoms aušinti (4 taške) šilumokaityje (schemiškai parodyta 5 pav.) ir siunčiamas į kompresoriaus įvadą. . Kadangi naudojamas uždaras tūris su ribotu dujų kiekiu, uždaro ciklo turbina nėra vidaus degimo variklis. Uždaro ciklo sistemoje degimas negali būti palaikomas, o įprastinė degimo kamera pakeičiama antriniu šilumokaičiu, kuris šildo suslėgtą orą prieš jam patenkant į turbiną. Šiluma tiekiama iš išorinio šaltinio, pavyzdžiui, branduolinio reaktoriaus, anglimi kūrenamos verdančio sluoksnio krosnies ar kito šilumos šaltinio. Buvo pasiūlyta skrydžiams į Marsą ir kitiems ilgalaikiams skrydžiams į kosmosą naudoti uždaro ciklo dujų turbinas.

Dujų turbina, suprojektuota ir eksploatuojama pagal Brisono ciklą (4 pav.), vadinama paprasto ciklo dujų turbina. Dauguma orlaivių dujų turbinų veikia paprastu ciklu, kad variklio svoris ir priekiniai matmenys būtų kuo mažesni. Tačiau sausumos ar jūros naudojimui tampa įmanoma pridėti pasirenkama įrangaį paprasto ciklo turbiną, kad padidintų variklio efektyvumą ir (arba) galią. Naudojamos trijų tipų modifikacijos: regeneracija, tarpinis aušinimas ir dvigubas šildymas.

Regeneracija numato šilumokaičio (rekuperatoriaus) įrengimą išmetamųjų dujų kelyje (4b pav. 4 taškas). Suslėgtas oras iš taško 2 pav. 4b yra iš anksto pašildomas ant šilumokaičio išmetamosiomis dujomis prieš patenkant į degimo kamerą (6a pav.).

Jei regeneracija yra gerai įgyvendinta, tai yra, šilumokaičio efektyvumas yra didelis, o slėgio kritimas jame mažas, efektyvumas bus didesnis nei naudojant paprastą turbinos ciklą. Tačiau reikėtų atsižvelgti ir į regeneratoriaus kainą. Regeneratoriai buvo naudojami dujų turbininiuose varikliuose „Abrams M1“ tankuose – pagrindiniame operacijos „Dykumos audra“ tanke – ir eksperimentiniuose transporto priemonių dujų turbininiuose varikliuose. Dujų turbinos su regeneracija padidina efektyvumą 5-6%, o veikiant dalinei apkrovai jų naudingumo koeficientas yra dar didesnis.

Tarpinis aušinimas taip pat apima šilumokaičių naudojimą. Tarpinis aušintuvas (tarpinis aušintuvas) aušina dujas jų suspaudimo metu. Pavyzdžiui, jei kompresorius susideda iš dviejų aukšto ir žemo slėgio modulių, tarp jų reikia įrengti tarpinį aušintuvą, kuris atvėsintų dujų srautą ir sumažintų darbą, reikalingą suspausti aukšto slėgio kompresoriuje (6b pav.). Aušinimo agentas gali būti atmosferos oras (vadinamieji oro aušintuvai) arba vanduo (pvz., jūros vanduo laivo turbinoje). Nesunku parodyti, kad dujų turbinos su gerai suprojektuotu tarpiniu aušintuvu galia padidėja.

dvigubas šildymas naudojamas turbinose ir yra būdas padidinti turbinos galią, nekeičiant kompresoriaus veikimo ar nedidinant turbinos darbinės temperatūros. Jei dujų turbina turi du modulius – aukšto ir žemo slėgio, tai perkaitintuvas (dažniausiai kita degimo kamera) naudojamas dujų srautui tarp aukšto ir žemo slėgio turbinų pašildyti (6c pav.). Jis gali padidinti išėjimo galią 1-3%. Dvigubas šildymas orlaivių turbinose realizuojamas prie turbinos antgalio pridedant papildomą degiklį. Tai padidina sukibimą, tačiau žymiai padidina degalų sąnaudas.

Kombinuoto ciklo dujų turbinų jėgainė dažnai trumpinama kaip CCGT. Kombinuotas ciklas – jėgainė, kurioje dujų turbina ir garo turbina naudojamos kartu, kad būtų pasiektas didesnis efektyvumas nei naudojant atskirai. Dujų turbina varo elektros generatorių. Turbinos išmetamosios dujos naudojamos garui gaminti šilumokaityje, šis garas varo garo turbiną, kuri taip pat gamina elektrą. Jei šildymui naudojamas garas, elektrinė vadinama kogeneracine jėgaine. Kitaip tariant, Rusijoje dažniausiai vartojama santrumpa CHP (Heat and Power Plant). Tačiau kogeneracinėse jėgainėse, kaip taisyklė, veikia ne dujų turbinos, o paprastos garo turbinos. O panaudotas garas naudojamas šildymui, todėl CHP ir CHP nėra sinonimai. Ant pav. 7 yra supaprastinta kogeneracinės elektrinės schema, kurioje pavaizduoti du nuosekliai sumontuoti šiluminiai varikliai. Viršutinis variklis yra dujų turbina. Jis perduoda energiją apatiniam varikliui – garo turbinai. Tada garo turbina perduoda šilumą kondensatoriui.

7 pav. Kombinuoto ciklo elektrinės schema.

Kombinuoto ciklo \(\nu_(cc) \) efektyvumą galima pavaizduoti gana paprasta išraiška: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) Kitaip tariant, tai kiekvieno etapo efektyvumo, atėmus jų darbą, suma. Ši lygtis parodo, kodėl kogeneracija yra tokia efektyvi. Tarkime, \(\nu_B = 40%\) yra pagrįsta Braitono ciklo dujų turbinos efektyvumo viršutinė riba. Pagrįstas garo turbinos, veikiančios Rankine ciklu, efektyvumas antrajame kogeneracijos etape yra \(\nu_R = 30% \). Pakeitę šias reikšmes į lygtį, gauname: \(\nu_(cc) = 0,40 + 0,30 - 0,40 \times 0,3 = 0,70 - 0,12 = 0,58 \). Tai yra, tokios sistemos efektyvumas bus 58%.

Tai yra viršutinė kogeneracinės jėgainės efektyvumo riba. Praktinis efektyvumas bus mažesnis dėl neišvengiamo energijos praradimo tarp etapų. Praktiškai pradėtos eksploatuoti kogeneracinėse sistemose pastaraisiais metais pasiekė 52-58% efektyvumą.

Dujų turbinos komponentai

Dujų turbinos veikimą geriausia suskirstyti į tris posistemius: kompresorių, degimo kamerą ir turbiną, kaip parodyta fig. 1. Toliau trumpai apžvelgsime kiekvieną iš šių posistemių.

Kompresoriai ir turbinos

Kompresorius su turbina sujungtas bendru velenu, kad turbina galėtų sukti kompresorių. Vieno veleno dujų turbina turi vieną veleną, jungiantį turbiną ir kompresorių. Dviejų velenų dujų turbina (6b ir 6c pav.) turi du kūginius velenus. Ilgesnis yra prijungtas prie žemo slėgio kompresoriaus ir žemo slėgio turbinos. Jis sukasi trumpesnio tuščiavidurio veleno viduje, kuris jungia aukšto slėgio kompresorių su aukšto slėgio turbina. Velenas, jungiantis turbiną ir aukšto slėgio kompresorių, sukasi greičiau nei turbinos ir žemo slėgio kompresoriaus velenas. Trijų velenų dujų turbina turi trečią veleną, jungiantį turbiną ir vidutinio slėgio kompresorių.

Dujų turbinos gali būti išcentrinės, ašinės arba kombinuotos. Išcentrinis kompresorius, kuriame suslėgtas oras išeina aplink išorinį mašinos perimetrą, yra patikimas, paprastai kainuoja pigiau, tačiau suspaudimo laipsnis ribojamas 6-7: 1. Jie buvo plačiai naudojami praeityje ir vis dar naudojami šiandien. mažose dujų turbinose.

Efektyvesniuose ir našesniuose ašiniuose kompresoriuose suslėgtas oras išeina išilgai mechanizmo ašies. Tai labiausiai paplitęs dujų kompresoriaus tipas (žr. 2 ir 3 pav.). Išcentriniai kompresoriai susideda iš daugybės vienodų sekcijų. Kiekvienoje sekcijoje yra besisukantis ratas su turbinos mentėmis ir ratas su fiksuotomis mentėmis (statoriais). Sekcijos yra išdėstytos taip, kad suslėgtas oras nuosekliai praeina per kiekvieną sekciją, atiduodamas kiekvienai iš jų dalį savo energijos.

Turbinos yra paprastesnės konstrukcijos nei kompresorius, nes suspausti dujų srautą yra sunkiau nei priversti jį plėstis atgal. Ašinės turbinos, kaip parodyta fig. 2 ir 3 turi mažiau sekcijų nei išcentrinis kompresorius. Yra mažų dujų turbinų, kuriose naudojamos išcentrinės turbinos (su radialiniu dujų įpurškimu), tačiau dažniausiai naudojamos ašinės turbinos.

Turbinos projektavimas ir gamyba yra sudėtinga, nes reikia pailginti komponentų tarnavimo laiką karštų dujų sraute. Projektavimo patikimumo problema yra svarbiausia pirmajame turbinos etape, kur temperatūra yra aukščiausia. Iš specialių medžiagų ir įmantrios aušinimo sistemos gaminamos turbinos mentės, kurios 980-1040 laipsnių Celsijaus temperatūroje tirpsta dujų sraute, kurio temperatūra siekia 1650 laipsnių Celsijaus.

Degimo kamera

Sėkmingas degimo kameros dizainas turi atitikti daugelį reikalavimų, o tinkamas jos dizainas buvo iššūkis nuo Whittle ir von Ohin turbinų laikų. Santykinė kiekvieno iš degimo kamerai keliamų reikalavimų svarba priklauso nuo turbinos pritaikymo ir, žinoma, kai kurie reikalavimai prieštarauja vienas kitam. Projektuojant degimo kamerą, kompromisai yra neišvengiami. Dauguma dizaino reikalavimų yra susiję su variklio kaina, efektyvumu ir ekologiškumu. Čia yra pagrindinių reikalavimų, keliamų degimo kamerai, sąrašas:

1. Didelis kuro degimo efektyvumas visomis eksploatavimo sąlygomis.
2. Mažas degalų ir anglies monoksido (anglies monoksido) išmetimas, mažas azoto oksido išmetimas esant didelei apkrovai ir nėra matomų dūmų (aplinkos taršos mažinimas).
3. Mažas slėgio kritimas, kai dujos praeina per degimo kamerą. 3-4% slėgio nuostoliai yra tipiškas slėgio kritimas.
4. Degimas turi būti stabilus visais darbo režimais.
5. Degimas turi būti stabilus esant labai žemai temperatūrai ir žemam slėgiui dideliame aukštyje (orlaivių varikliams).
6. Degimas turi būti tolygus, be pulsavimo ar sutrikimų.
7. Temperatūra turi būti stabili.
8. Ilgas tarnavimo laikas (tūkstančiai valandų), ypač pramoninėms turbinoms.
9. Naudojamumas skirtingi tipai kuro. Žemės turbinos paprastai naudoja gamtines dujas arba dyzelinį kurą. Aviacinėms žibalo turbinoms.
10. Degimo kameros ilgis ir skersmuo turi atitikti variklio mazgo dydį.
11. Bendros degimo kameros nuosavybės išlaidos turėtų būti minimalios (įskaitant pradines išlaidas, eksploatavimo ir priežiūros išlaidas).
12. Orlaivių variklių degimo kamera turi turėti minimalų svorį.

Degimo kamera susideda iš mažiausiai trijų pagrindinių dalių: korpuso, liepsnos vamzdžio ir kuro įpurškimo sistemos. Korpusas turi atlaikyti darbinį slėgį ir gali būti dujų turbinos konstrukcijos dalis. Korpusas uždaro gana plonasienį liepsnos vamzdį, kuriame vyksta degimas ir degalų įpurškimo sistema.

Palyginti su kitų tipų varikliais, tokiais kaip dyzeliniai ir stūmokliniai automobilių varikliai, dujų turbinos išskiria mažiausiai oro teršalų vienam galios vienetui. Iš dujų turbinų išmetamųjų teršalų didžiausią susirūpinimą kelia nesudegęs kuras, anglies monoksidas (anglies monoksidas), azoto oksidai (NOx) ir dūmai. Nors orlaivių turbinų indėlis į bendrą teršalų išmetimą yra mažesnis nei 1%, emisijos tiesiai į troposferą padvigubėjo tarp 40 ir 60 laipsnių šiaurės platumos, todėl ozono koncentracija padidėjo 20%. Stratosferoje, kur skrenda viršgarsiniai orlaiviai, NOx emisijos sukelia ozono sluoksnio ardymą. Abu poveikiai kenkia aplinkai, todėl XXI amžiuje reikia sumažinti azoto oksidų (NOx) kiekį orlaivių variklių emisijose.

Tai gana trumpas straipsnis, kuriame bandoma aprėpti visus turbinų pritaikymo aspektus – nuo ​​aviacijos iki energetikos, nesiremiant formulėmis. Norint geriau susipažinti su tema, galiu rekomenduoti knygą „Dujų turbina geležinkelio transporte“ http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html. Jei praleisite skyrius, susijusius su turbinų naudojimo geležinkelyje specifika, knyga vis tiek labai suprantama, tačiau daug išsamesnė.

Turbina – tai variklis, kuriame suspaudžiamo skysčio potencinė energija menčių aparate paverčiama kinetine energija, o pastaroji sparnuotėse – mechaniniu darbu, perduodamu į nuolat besisukantį veleną.

Garo turbinos pagal savo konstrukciją yra nuolat veikiantis šilumos variklis. Eksploatacijos metu perkaitinti arba prisotinti vandens garai patenka į srauto kelią ir dėl išsiplėtimo priverčia suktis rotorių. Sukimasis atsiranda dėl garų srauto, veikiančio ašmenų aparatą.

Garo turbina yra garo turbinos konstrukcijos dalis, skirta energijai generuoti. Taip pat yra įrenginių, kurie, be elektros, gali gaminti šiluminę energiją – garai, praėję per garo mentes, patenka į tinklo vandens šildytuvus. Tokio tipo turbinos vadinamos pramoninėmis-kogeneracinėmis arba kogeneracinėmis turbinomis. Pirmuoju atveju garo ištraukimas numatytas pramoniniais tikslais turbinoje. Garo turbina su generatoriumi yra turbinos blokas.

Garo turbinų tipai

Turbinos, priklausomai nuo garo judėjimo krypties, skirstomos į radialines ir ašines. Garo srautas radialinėse turbinose nukreipiamas statmenai ašiai. Garo turbinos gali būti vieno, dviejų ir trijų korpusų. Garo turbina aprūpinta įvairiais techniniai prietaisai, kurios neleidžia į korpusą patekti aplinkos orui. Tai įvairūs sandarikliai, kurių vandens garai tiekiami nedideliu kiekiu.

Priekinėje veleno dalyje yra saugos reguliatorius, skirtas išjungti garo tiekimą, kai didėja turbinos greitis.

Vardinių verčių pagrindinių parametrų charakteristikos

· Turbinos vardinė galia- didžiausia galia, kurią turbina turi išvystyti ilgą laiką elektros generatoriaus gnybtuose, esant normalioms pagrindinių parametrų reikšmėms arba kai jos keičiasi pramonės ir valstybės standartų nurodytose ribose. Valdoma garo ištraukimo turbina gali išvystyti didesnę nei vardinę galią, jei tai atitinka jos dalių stiprumo sąlygas.

· Turbinos ekonominė galia- galia, kuria turbina veikia didžiausiu efektyvumu. Priklausomai nuo gyvo garo parametrų ir turbinos paskirties, vardinė galia gali būti lygi ekonominei galiai arba daugiau 10-25%.

· Vardinė regeneracinio maitinimo vandens šildymo temperatūra- tiekiamo vandens temperatūra pasroviui nuo paskutinio šildytuvo vandens kryptimi.

· Nominali aušinimo vandens temperatūra- aušinimo vandens temperatūra prie kondensatoriaus įleidimo angos.

dujų turbina(fr. turbina iš lot. turbo sūkurys, sukimasis) yra nuolatinis šilumos variklis, kurio ašmenų aparate suslėgtų ir įkaitintų dujų energija paverčiama mechaniniu darbu ant veleno. Jį sudaro rotorius (ant diskų pritvirtintos mentės) ir statorius (korpuse pritvirtintos kreipiamosios mentės).

Aukštos temperatūros ir slėgio dujos per turbinos antgalio aparatą patenka į žemo slėgio zoną už purkštuko dalies, kartu plečiasi ir greitėja. Be to, dujų srautas patenka į turbinos mentes, suteikdamas joms dalį savo kinetinės energijos ir suteikdamas mentėms sukimo momentą. Rotoriaus mentės perduoda sukimo momentą per turbinos diskus į veleną. Naudingos dujų turbinos savybės: pavyzdžiui, dujų turbina varo generatorių, esantį ant to paties veleno, o tai yra naudingas dujų turbinos darbas.

Dujų turbinos naudojamos kaip dujų turbininių variklių (naudojamų transportui) ir dujų turbinų blokų (naudojamų šiluminėse elektrinėse kaip stacionarių GTU, CCGT) dalis. Dujų turbinos apibūdinamos pagal Breitono termodinaminį ciklą, kurio metu oras iš pradžių adiabatiškai suspaudžiamas, tada sudeginamas esant pastoviam slėgiui, o po to adiabatiškai išplečiamas iki pradinio slėgio.

Dujų turbinų tipai

- Lėktuvų ir reaktyvinių variklių

- Pagalbinis maitinimo taškas

- Pramoninės dujų turbinos elektros gamybai

- Turbo veleno varikliai

- Radialinės dujų turbinos

- Mikroturbinos

Mechaniškai dujų turbinos gali būti daug paprastesnės nei stūmokliniai vidaus degimo varikliai. Paprastose turbinose gali būti viena juda dalis: velenas / kompresorius / turbina / alternatyvus rotorius (žr. paveikslėlį aukščiau), neįskaitant kuro sistemos.

Sudėtingesnės turbinos (naudojamos šiuolaikiniuose reaktyviniuose varikliuose) gali turėti kelis velenus (ritinius), šimtus turbinų menčių, judančias statoriaus mentes ir plačią sudėtingų vamzdynų, degimo kamerų ir šilumokaičių sistemą.

Paprastai kuo mažesnis variklis, tuo didesnis veleno (-ių) greitis, reikalingas maksimaliam linijiniam ašmenų greičiui palaikyti. Didžiausias turbinos menčių greitis lemia maksimalų pasiekiamą slėgį, dėl kurio gaunama didžiausia galia, nepriklausomai nuo variklio dydžio. Reaktyvinis variklis sukasi apie 10 000 aps./min., o mikroturbina – apie 100 000 aps./min.

Straipsnyje aprašoma, kaip skaičiuojamas paprasčiausios dujų turbinos naudingumo koeficientas, pateikiamos skirtingų dujų turbinų ir kombinuoto ciklo įrenginių lentelės, skirtos jų efektyvumui ir kitoms charakteristikoms palyginti.

Pramoninio dujų turbinų ir garo-dujų technologijų naudojimo srityje Rusija smarkiai atsiliko nuo pažangių pasaulio šalių.

Pasaulio lyderiai didelės galios dujų ir kombinuoto ciklo jėgainių gamyboje: GE, Siemens Wistinghouse, ABB – pasiekė 280–320 MW vienetinės dujų turbinų galios vertes ir virš 40 proc. naudojant garo galios antstatą garo-dujų cikle (taip pat vadinamas dvejetainiu) - 430-480 MW galios, o efektyvumas iki 60%. Jei turite klausimų apie CCGT patikimumą - perskaitykite straipsnį.

Šie įspūdingi skaičiai yra gairės nustatant Rusijos energetikos pramonės plėtros kryptis.

Kaip nustatomas dujų turbinos naudingumo koeficientas?

Štai keletas paprastų formulių, rodančių, koks yra dujų turbinos įrenginio efektyvumas:

Vidinė turbinos galia:

• Nt = Gex * Lt, kur Lt – turbinos darbas, Gex – išmetamųjų dujų srautas;

GTU vidinė galia:

• Ni gtu \u003d Nt - Nk, kur Nk yra vidinė oro kompresoriaus galia;

GTU efektyvi galia:

• Nef \u003d Ni gtu * Efektyvumo mechanizmas, efektyvumo mechanizmas - efektyvumas, susijęs su mechaniniais nuostoliais guoliuose, gali būti 0,99

Elektros energija:

• Nel \u003d Ne * efektyvumas, pvz., kur efektyvumas, pvz., yra efektyvumas, susijęs su elektros generatoriaus nuostoliais, galime paimti 0,985

Galima kuro šiluma:

• Qsp = Gtop * Qrn, kur Gref - degalų sąnaudos, Qrn - mažiausia darbinė degalų šilumingumas

Absoliutus dujų turbinos elektrinis efektyvumas:

• Efektyvumas \u003d Nel / Q dist

CCGT efektyvumas yra didesnis nei GTU efektyvumas kadangi kombinuoto ciklo elektrinė naudoja dujų turbinos išmetamųjų dujų šilumą. Už dujų turbinos sumontuotas perteklinės šilumos katilas, kuriame šiluma iš dujų turbinos išmetamųjų dujų perduodama darbiniam skysčiui (maitinamam vandeniui), susidaręs garas nukreipiamas į garo turbiną elektros energijai ir šilumai gaminti.

Taip pat skaitykite: Kaip pasirinkti dujų turbiną CCGT jėgainei

CCGT efektyvumas paprastai parodomas santykiu:

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

B yra ciklo dvejetainio laipsnis

Efektyvumo maitinimo šaltinis – garo jėgainės efektyvumas

• B = Qks / (Qks + Qku)

Qks – dujų turbinos degimo kameroje sudegusio kuro šiluma

Qku - papildomo kuro šiluma, sudeginta atliekų šilumos katile

Tuo pačiu metu pažymima, kad jei Qku = 0, tai B = 1, t.y., diegimas yra visiškai dvejetainis.

Dvejeto laipsnio įtaka CCGT efektyvumui

Paeiliui pateiksime lenteles su dujų turbinų naudingumo charakteristikomis, o po jų – KCGT su šiais dujiniais varikliais rodiklius ir palyginkime atskiros dujų turbinos naudingumo koeficientą ir CCGT naudingumo koeficientą.

Šiuolaikinių galingų dujų turbinų charakteristikos

ABB dujų turbinos

Kombinuoto ciklo įrenginiai su ABB dujų turbinomis

GE dujų turbinos

Taip pat skaitykite: Kodėl verta statyti kombinuoto ciklo šilumines elektrines? Kokie yra kombinuoto ciklo įrenginių privalumai.

Kombinuoto ciklo jėgainės su GE dujų turbinomis

Siemens dujų turbinos

Kombinuoto ciklo jėgainės su Siemens dujų turbinomis

Westinghouse-Mitsubishi-Fiat dujų turbinos

Nuolatinio veikimo šiluminė turbina, kurioje suslėgtų ir įkaitintų dujų (dažniausiai kuro degimo produktų) šiluminė energija paverčiama mechaniniu sukimosi darbu ant veleno; yra dujų turbininio variklio konstrukcinis elementas.

Suslėgtų dujų šildymas, kaip taisyklė, vyksta degimo kameroje. Taip pat galima šildyti branduoliniame reaktoriuje ir pan. Dujų turbinos pirmą kartą atsirado XIX amžiaus pabaigoje. kaip dujų turbininis variklis ir pagal konstrukciją jie priartėjo prie garo turbinos. Struktūriškai dujų turbina yra eilė tvarkingai išdėstytų stacionarių purkštuko aparato mentės ir besisukančių sparnuotės ratlankių, kurie dėl to sudaro srauto dalį. Turbinos pakopa yra purkštukų aparatas, sujungtas su sparnuote. Pakopą sudaro statorius, kurį sudaro stacionarios dalys (korpusas, purkštukų mentės, gaubto žiedai) ir rotorius, kuris yra besisukančių dalių rinkinys (pvz., rotoriaus mentės, diskai, velenas).

Dujų turbinos klasifikavimas atliekamas pagal daugelį konstrukcinių ypatybių: dujų srauto kryptį, pakopų skaičių, šilumos skirtumo panaudojimo būdą ir dujų tiekimo į sparnuotę būdą. Dujų srauto kryptimi dujų turbinas galima išskirti ašines (dažniausiai paplitusias) ir radialines, taip pat įstrižas ir tangentines. Ašinėse dujų turbinose srautas dienovidinėje atkarpoje daugiausia pernešamas per visą turbinos ašį; radialinėse turbinose, priešingai, jis yra statmenas ašiai. Radialinės turbinos skirstomos į išcentrines ir išcentrines. Įstrižinėje turbinoje dujos teka tam tikru kampu į turbinos sukimosi ašį. Tangentinės turbinos sparnuotė neturi menčių, tokios turbinos naudojamos esant labai mažam dujų srautui, dažniausiai matavimo prietaisuose. Dujų turbinos yra vienos, dviejų ir daugiapakopės.

Pakopų skaičių lemia daug faktorių: turbinos paskirtis, projektavimo schema, bendra galia ir išvystyta viena pakopa, taip pat įjungiamas slėgio kritimas. Pagal turimo šilumos skirtumo panaudojimo būdą išskiriamos turbinos su sūkių pakopomis, kurių sparnuotėje sukasi tik srautas, nekeičiant slėgio (aktyvios turbinos), ir turbinos su slėgio pakopomis, kuriose slėgis mažėja tiek purkštukų aparate ir ant rotoriaus menčių (reaktyvinėse turbinose). Dalinėse dujų turbinose dujos tiekiamos į sparnuotės dalį išilgai purkštuko aparato perimetro arba per visą jo perimetrą.

Daugiapakopėje turbinoje energijos konversijos procesas susideda iš kelių nuoseklių procesų atskiruose etapuose. Suslėgtos ir įkaitintos dujos pradiniu greičiu tiekiamos į purkštuko aparato tarpmenčių kanalus, kur plėtimosi metu dalis turimo šilumos kritimo paverčiama ištekančios srovės kinetine energija. Tolesnis dujų išsiplėtimas ir šilumos kritimo pavertimas naudingu darbu vyksta sparnuotės tarpmenčių kanaluose. Dujų srautas, veikiantis rotoriaus mentes, sukuria sukimo momentą pagrindiniam turbinos velenui. Šiuo atveju absoliutus dujų greitis mažėja. Kuo mažesnis šis greitis, tuo didesnė dujų energijos dalis paverčiama mechaniniu darbu ant turbinos veleno.

Efektyvumas apibūdina dujų turbinų efektyvumą, kuris yra iš veleno pašalinto darbo ir turimos dujų energijos santykis prieš turbiną. Šiuolaikinių daugiapakopių turbinų efektyvus efektyvumas yra gana aukštas ir siekia 92-94%.

Dujų turbinos veikimo principas toks: kompresoriumi į degimo kamerą įleidžiamos dujos, sumaišomos su oru, susidaro kuro mišinys ir uždegamos. Susidarę aukštos temperatūros (900-1200 °C) degimo produktai praeina per kelias eiles menčių, sumontuotų ant turbinos veleno ir sukelia turbinos sukimąsi. Susidariusi mechaninė veleno energija per pavarų dėžę perduodama generatoriui, kuris gamina elektrą.

Šiluminė energija iš turbinos išeinančios dujos patenka į šilumokaitį. Taip pat, užuot gaminus elektrą, mechaninę turbinos energiją galima panaudoti įvairiems siurbliams, kompresoriams ir kt. Dujų turbinoms dažniausiai naudojamas kuras yra gamtinės dujos, nors tai negali atmesti galimybės naudoti ir kitų rūšių dujinį kurą. . Tačiau tuo pat metu dujų turbinos yra labai kaprizingos ir kelia didelius reikalavimus jos paruošimo kokybei (būtini tam tikri mechaniniai intarpai, drėgmė).

Iš turbinos išeinančių dujų temperatūra yra 450-550 °С. Kiekybinis šiluminės energijos ir elektros energijos santykis dujų turbinose svyruoja nuo 1,5: 1 iki 2,5: 1, todėl galima kurti kogeneracines sistemas, kurios skiriasi aušinimo skysčio tipu:

1) tiesioginis (tiesioginis) išmetamųjų karštų dujų naudojimas;
2) žemo arba vidutinio slėgio garo (8-18 kg/cm2) gamyba išoriniame katile;
3) karšto vandens gamyba (geriau, kai reikiama temperatūra viršija 140 °C);
4) aukšto slėgio garo gamyba.

Didelį indėlį į dujų turbinų kūrimą įnešė sovietų mokslininkai B. S. Stechkinas, G. S. Žiritskis, N. R. Brilingas, V. V. Uvarovas, K. V. Cholščevikovas, I. I. Kirillovas ir kiti. Sukurti dujų turbinas stacionarių ir mobilių dujų turbinų jėgainėms pasiekė užsienio šalių atstovai. įmonių (Šveicarijos Brown-Boveri, kurioje dirbo žymus slovakų mokslininkas A. Stodola, ir Sulzeris, amerikiečių General Electric ir kt.).

AT tolimesnis vystymas dujų turbinos priklauso nuo galimybės padidinti dujų temperatūrą priešais turbiną. Taip yra dėl to, kad buvo sukurtos naujos karščiui atsparios medžiagos ir patikimos aušinimo sistemos, skirtos rotoriaus mentėms, žymiai pagerinus srauto kelią ir kt.

Dėl plačiai paplitusio perėjimo 1990 m. Gamtines dujas kaip pagrindinį energijos gamybos kurą, dujų turbinos užėmė reikšmingą rinkos segmentą. Nepaisant to, kad maksimalus įrangos efektyvumas pasiekiamas esant nuo 5 MW ir didesnės galios (iki 300 MW), kai kurie gamintojai gamina 1-5 MW diapazono modelius.

Dujų turbinos naudojamos aviacijoje ir elektrinėse.

• Ankstesnis: DUJŲ ANALIZATORIUS
• Taip: DUJŲ VARIKLIS