Cine a descris primul principiul de funcționare a unei turbine cu gaz. Principiul de funcționare al GTU. Care poate fi resursa instalației înainte de revizie

Dezvoltarea de noi tipuri de turbine cu gaz, cererea tot mai mare de gaz în comparație cu alte tipuri de combustibil, planurile la scară largă ale consumatorilor industriali de a-și crea propriile capacități provoacă un interes tot mai mare pentru construcția de turbine cu gaz.

R Piața de generație mică are perspective mari de dezvoltare. Experții prevăd o creștere a cererii de energie distribuită de la 8% (în prezent) la 20% (până în 2020). Această tendință se explică prin tariful relativ scăzut la energia electrică (de 2-3 ori mai mic decât tariful la energia electrică din rețeaua centralizată). În plus, potrivit lui Maxim Zagornov, membru al consiliului general al Delovaya Rossiya, președinte al Asociației de producere a energiei la scară mică din Urali, director al grupului de companii MKS, generația mică este mai fiabilă decât rețeaua: în în cazul unui accident pe rețeaua externă, alimentarea cu energie electrică nu se oprește. Un avantaj suplimentar al energiei descentralizate este viteza de punere în funcțiune: 8-10 luni, spre deosebire de 2-3 ani pentru crearea și conectarea liniilor de rețea.

Denis Cherepanov, copreședintele comisiei pentru energie Delovaya Rossiya, susține că viitorul aparține propriei sale generații. Potrivit lui Serghei Yesyakov, prim-vicepreședintele Comitetului pentru energie al Dumei de Stat, în cazul energiei distribuite în lanțul de consumator de energie, veriga decisivă este consumatorul, nu sectorul energetic. Cu generarea proprie de energie electrică, consumatorul își declară capacitățile necesare, configurațiile și chiar tipul de combustibil, economisind, în același timp, și prețul unui kilowatt de energie primit. Printre altele, experții consideră că se pot obține economii suplimentare dacă centrala funcționează în regim de cogenerare: energia termică utilizată va fi folosită pentru încălzire. Apoi perioada de rambursare a centralei electrice va fi redusă semnificativ.

Cea mai activă zonă de dezvoltare a energiei distribuite este construcția de centrale electrice cu turbine cu gaz putere redusă. Centralele cu turbine cu gaz sunt proiectate pentru funcționarea în orice condiții climatice ca sursă principală sau de rezervă de energie electrică și căldură pentru instalațiile industriale și casnice. Utilizarea unor astfel de centrale electrice în zone îndepărtate vă permite să obțineți economii semnificative prin eliminarea costurilor de construire și operare a liniilor electrice lungi, iar în zonele centrale - pentru a crește fiabilitatea furnizării de energie electrică și termică atât pentru întreprinderile individuale, cât și pentru organizații, precum și teritorii. ca un intreg, per total. Luați în considerare câteva turbine cu gaz și unități de turbine cu gaz care sunt oferite de producători cunoscuți pentru construcția de centrale electrice cu turbine cu gaz pe piața rusă.

General Electric

Soluțiile pentru turbine eoliene de la GE sunt foarte fiabile și potrivite pentru aplicații într-o gamă largă de industrii, de la petrol și gaze până la utilități. În special, unitățile de turbine cu gaz GE din familia LM2500 cu o capacitate de la 21 până la 33 MW și o eficiență de până la 39% sunt utilizate în mod activ în producția mică. LM2500 este folosit ca un motor mecanic și un generator de putere, acestea funcționând în centrale electrice în ciclu simplu, combinat, modul de cogenerare, platforme offshore și conducte.

În ultimii 40 de ani, turbinele GE din această serie au fost cele mai vândute turbine din clasa lor. În total, peste 2.000 de turbine ale acestui model au fost instalate în lume, cu o durată totală de funcționare de peste 75 de milioane de ore.

Caracteristici cheie ale turbinelor LM2500: design ușor și compact pentru instalare rapidă și întreținere ușoară; atingerea puterii maxime din momentul lansării în 10 minute; eficiență ridicată (într-un ciclu simplu), fiabilitate și disponibilitate în clasa sa; posibilitatea utilizării camerelor de ardere cu două combustibili pentru distilat și gaze naturale; posibilitatea de a utiliza kerosen, propan, gaz de cocs, etanol și GNL ca combustibil; emisii reduse de NOx folosind camere de ardere DLE sau SAC; factor de fiabilitate - mai mult de 99%; factor de pregătire - mai mult de 98%; Emisii de NOx - 15 ppm (modificare DLE).

Pentru a oferi clienților suport de încredere pe tot parcursul ciclu de viață echipamente de generare GE a deschis un centru specializat de tehnologie energetică în Kaluga. Oferă clienților soluții de ultimă generație pentru întreținerea, inspecția și repararea turbinelor cu gaz. Compania a implementat un sistem de management al calității în conformitate cu ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

Compania japoneză Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) este o companie diversificată de inginerie. Un loc important în programul său de producție îl ocupă turbinele cu gaz.

În 1943, Kawasaki a creat primul motor cu turbină cu gaz din Japonia și este acum unul dintre liderii recunoscuți la nivel mondial în producția de turbine cu gaz de putere mică și medie, având referințe acumulate pentru peste 11.000 de instalații.

Având ca prioritate respectarea mediului și eficiența, compania a făcut pași mari în dezvoltarea tehnologiilor turbinelor cu gaz și urmărește activ dezvoltări promițătoare, inclusiv în domeniul noilor surse de energie ca alternativă la combustibilii fosili.

Având o bună experiență în tehnologiile criogenice, tehnologii pentru producerea, depozitarea și transportul gazelor lichefiate, Kawasaki cercetează și se dezvoltă activ în domeniul utilizării hidrogenului ca combustibil.

În special, compania are deja prototipuri de turbine care utilizează hidrogen ca aditiv la combustibilul metan. Pe viitor sunt așteptate turbine, pentru care, mult mai eficiente din punct de vedere energetic și absolut prietenoase cu mediul, hidrogenul va înlocui hidrocarburile.

Seria GTU Kawasaki GPB sunt proiectate pentru funcționarea la sarcină de bază, incluzând atât scheme de interacțiune în rețea în paralel, cât și izolate, în timp ce gama de putere se bazează pe mașini de la 1,7 la 30 MW.

În gama de modele există turbine care folosesc injecția de abur pentru a suprima emisiile nocive și folosesc tehnologia DLE modificată de inginerii companiei.

Eficiența electrică, în funcție de ciclul de generare și respectiv de putere, de la 26,9% pentru GPB17 și GPB17D (turbine M1A-17 și M1A-17D) la 40,1% pentru GPB300D (turbină L30A). Putere electrică - de la 1700 la 30 120 kW; putere termică - de la 13.400 la 8970 kJ / kWh; temperatura gazelor de evacuare - de la 521 la 470°C; consum de gaze de evacuare - de la 29,1 la 319,4 mii m3/h; NOx (la 15% O2) - 9/15 ppm pentru turbinele cu gaz M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm pentru turbina M7A-02D si 15 ppm pentru turbinele L20A si L30A.

În ceea ce privește eficiența, turbinele cu gaz Kawasaki, fiecare în clasa sa, sunt fie liderul mondial, fie unul dintre lideri. Eficiența termică globală a unităților de putere în configurații de cogenerare ajunge la 86-87%. Compania produce o serie de GTU-uri în versiuni cu dublu combustibil (gaz natural și combustibil lichid) cu comutare automată. În prezent, trei modele de turbine cu gaz sunt cele mai căutate în rândul consumatorilor ruși - GPB17D, GPB80D și GPB180D.

Turbinele cu gaz Kawasaki se disting prin: fiabilitate ridicată și durată lungă de viață; design compact, care este deosebit de atractiv la înlocuirea echipamentelor instalațiilor de generare existente; ușurința întreținerii datorită designului despicat al corpului, arzătoarelor detașabile, orificiilor de inspecție amplasate optim, etc., ceea ce simplifică inspecția și întreținerea, inclusiv de către personalul utilizatorului;

Economie și compatibilitate cu mediul. Camerele de ardere ale turbinelor Kawasaki sunt proiectate folosind cele mai avansate tehnici pentru a optimiza procesul de ardere și a obține cea mai bună eficiență a turbinei, precum și pentru a reduce NOx și alte substanțe nocive din evacuare. Performanța de mediu este, de asemenea, îmbunătățită prin utilizarea tehnologiei avansate de suprimare a emisiilor uscate (DLE);

Abilitatea de a utiliza o gamă largă de combustibili. Se pot folosi gaze naturale, kerosen, motorină, păcură uşoară tip A, precum şi gaze petroliere asociate;

Serviciu post-vânzare de încredere. Nivel ridicat de servicii, inclusiv un sistem de monitorizare online gratuit (TechnoNet) cu rapoarte și prognoze, asistență tehnică din partea personalului înalt calificat, precum și înlocuirea unui motor cu turbină cu gaz în timpul unei revizii majore (timpul de nefuncționare al GTU este redus la 2-). 3 săptămâni), etc. .d.

În septembrie 2011, Kawasaki a introdus un sistem de cameră de ardere de ultimă generație care a redus emisiile de NOx la mai puțin de 10 ppm pentru motorul cu turbină cu gaz M7A-03, chiar mai mici decât cer reglementările actuale. Una dintre abordările de proiectare ale companiei este crearea de noi echipamente care să îndeplinească nu numai cerințele moderne, ci și viitoare, mai stricte de performanță de mediu.

Turbina cu gaz GPB50D de 5 MW extrem de eficientă cu o turbină Kawasaki M5A-01D utilizează cele mai recente tehnologii dovedite. Eficiența ridicată a centralei o face optimă pentru electricitate și cogenerare. De asemenea, designul compact al GPB50D este deosebit de avantajos atunci când se modernizează instalațiile existente. Eficiența electrică nominală de 31,9% este cea mai bună din lume dintre centralele de 5 MW.

Turbina M1A-17D, prin utilizarea unui design original al camerei de ardere cu suprimare a emisiilor uscate (DLE), are performanțe excelente de mediu (NOx< 15 ppm) и эффективности.

Greutatea ultra-scăzută a turbinei (1470 kg), cea mai mică din clasă, se datorează utilizării pe scară largă a materialelor compozite și a ceramicii, din care, de exemplu, sunt realizate paletele rotorului. Ceramica este mai rezistentă la funcționare la temperaturi ridicate, mai puțin predispusă la contaminare decât metalele. Turbina cu gaz are un randament electric apropiat de 27%.

În Rusia, până acum, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. a implementat o serie de proiecte de succes în cooperare cu companii rusești:

Mini-TPP „Central” în Vladivostok

La comanda JSC Far Eastern Energy Management Company (JSC DVEUK), 5 GTU-uri GPB70D (M7A-02D) au fost livrate către TPP Tsentralnaya. Stația oferă energie electrică și căldură consumatorilor din partea centrală a dezvoltării insulei Russky și campusul Universității Federale din Orientul Îndepărtat. TPP Tsentralnaya este prima instalație electrică din Rusia cu turbine Kawasaki.

Mini-CHP „Oceanarium” din Vladivostok

Acest proiect a fost realizat și de JSC „DVEUK” pentru alimentarea cu energie a complexului științific și educațional „Primorsky Oceanarium” situat pe insulă. Au fost livrate două turbine cu gaz GPB70D.

GTU fabricat de Kawasaki în Gazprom PJSC

Partenerul rus Kawasaki, MPP Energotechnika LLC, bazat pe turbina cu gaz M1A-17D, produce o centrală electrică de containere Korvette 1.7K pentru instalare în zone deschise cu o temperatură ambientală cuprinsă între -60 și + 40 °С.

În cadrul acordului de cooperare, cinci EGTEPS KORVET-1.7K au fost dezvoltate și asamblate la unitățile de producție ale MPP Energotechnika. Zonele de responsabilitate ale companiilor din acest proiect au fost distribuite astfel: Kawasaki furnizează motorul cu turbină cu gaz M1A-17D și sistemele de control al turbinei, Siemens AG furnizează generatorul de înaltă tensiune. MPP Energotechnika LLC produce un container bloc, un dispozitiv de evacuare și de admisie a aerului, un sistem de control al unității de alimentare (inclusiv sistemul de excitare SHUVGM), echipamente electrice - principale și auxiliare, completează toate sistemele, asamblează și furnizează o centrală electrică completă și, de asemenea, vinde APCS.

EGTES Korvet-1.7K a trecut testele interdepartamentale și este recomandat pentru utilizare la unitățile Gazprom PJSC. Unitatea de putere cu turbină cu gaz a fost dezvoltată de MPP Energotechnika LLC conform termenilor de referință ale PJSC Gazprom în cadrul Programului de Cooperare Științifică și Tehnică al PJSC Gazprom și al Agenției. resurse naturaleși energie în Japonia.

Turbina pentru CCGT 10 MW la NRU MPEI

Kawasaki Heavy Industries Ltd., a fabricat și livrat o instalație completă de turbine cu gaz GPB80D cu o putere nominală de 7,8 MW pentru Universitatea Națională de Cercetare „MPEI” situată la Moscova. CHP MPEI este o formare practică și, generând energie electrică și căldură la scară industrială, le pune la dispoziție Institutul de Inginerie Energetică din Moscova și le furnizează rețelelor de utilități din Moscova.

Extinderea geografiei proiectelor

Kawasaki, atrăgând atenția asupra avantajelor dezvoltării energiei locale în direcția generării distribuite, și-a propus să înceapă implementarea proiectelor care utilizează turbine cu gaz de capacitate minimă.

Mitsubishi Hitachi Power Systems

Gama de modele de turbine H-25 este prezentată în gama de puteri de 28-41 MW. Pachetul complet de producție de turbine, inclusiv cercetare și dezvoltare și un centru de monitorizare la distanță, este realizat la uzina din Hitachi, Japonia, de către MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.). Înființarea sa cade în februarie 2014 ca urmare a fuziunii sectoarelor de generare ale liderilor recunoscuți în inginerie mecanică Mitsubishi Heavy Industries Ltd. și Hitachi Ltd.

Modelele H-25 sunt utilizate pe scară largă în întreaga lume atât pentru funcționarea cu ciclu simplu datorită eficienței ridicate (34-37%), cât și pentru ciclul combinat în configurație 1x1 și 2x1 cu o eficiență de 51-53%. Având indicatori de temperatură ridicată a gazelor de eșapament, GTU și-a dovedit cu succes că funcționează în modul de cogenerare cu o eficiență totală a instalației de peste 80%.

Mulți ani de experiență în producția de turbine cu gaz pentru o gamă largă de capacități și un design bine gândit al unei turbine industriale cu un singur arbore disting N-25 cu fiabilitate ridicată cu un factor de disponibilitate a echipamentelor de peste 99%. Durata totală de funcționare a modelului a depășit 6,3 milioane de ore în a doua jumătate a anului 2016. Turbina cu gaz modernă este realizată cu despicare axială orizontală, ceea ce asigură ușurința întreținerii, precum și posibilitatea înlocuirii părților căii calde la locul de operare.

Camera de ardere tubular-inelară în contracurent asigură arderea stabilă a diferitelor tipuri de combustibil, cum ar fi gaz natural, motorină, gaz petrolier lichefiat, gaze de ardere, gaz de cocs etc. preamestec al amestecului gaz-aer (DLN). Motorul cu turbină cu gaz H-25 este un compresor axial cu 17 trepte cuplat la o turbină activă în trei trepte.

Un exemplu de funcționare fiabilă a N-25 GTU la instalațiile de producție la scară mică din Rusia este funcționarea ca parte a unei unități de cogenerare pentru nevoile proprii ale uzinei JSC Ammonii din Mendeleevsk, Republica Tatarstan. Unitatea de cogenerare furnizează locului de producție 24 MW de energie electrică și 50 t/h de abur (390°C / 43 kg/cm3). În noiembrie 2017, prima inspecție a sistemului de ardere a turbinei a fost efectuată cu succes la fața locului, care a confirmat funcționarea fiabilă a componentelor și ansamblurilor mașinii la temperaturi ridicate.

În sectorul petrolului și gazelor, GTU-urile N-25 au fost folosite pentru a opera site-ul Sakhalin II Onshore Processing Facility (OPF) al companiei Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. OPF este situat la 600 km nord de Yuzhno-Sakhalinsk, în zona de aterizare a gazoductului offshore și este una dintre cele mai importante facilități ale companiei responsabile cu pregătirea gazului și a condensului pentru transportul ulterior prin conductă către terminalul de export de petrol și uzina GNL. Complexul tehnologic include patru turbine cu gaz N-25, care sunt în exploatare comercială din 2008. Unitatea de cogenerare bazată pe N-25 GTU este integrată maxim în sistemul de alimentare integrat OPF, în special căldura din gazele de eșapament ale turbina este folosită pentru încălzirea țițeiului pentru nevoile de rafinare a petrolului.

Seturile de generatoare industriale cu turbine cu gaz Siemens (denumite în continuare GTU) vor ajuta să faceți față dificultăților pieței în dezvoltare dinamică a producției distribuite. Turbinele cu gaz cu o putere nominală unitară de la 4 la 66 MW îndeplinesc pe deplin cerințele înalte din domeniul producției industriale combinate de energie, în ceea ce privește eficiența instalației (până la 90%), fiabilitatea în exploatare, flexibilitatea serviciilor și siguranța mediului, asigurând o durată de viață redusă. costurile ciclului și randamentul ridicat al investiției. Siemens are o experiență de peste 100 de ani în construcția de turbine industriale cu gaz și centrale termice pe baza acestora.

GTU-urile Siemens cu o putere cuprinsă între 4 și 66 MW sunt utilizate de micile utilități, producătorii independenți de energie (de exemplu, fabrici industriale) și industria petrolului și gazelor. Utilizarea tehnologiilor de producere distribuită a energiei electrice cu generarea combinată de energie termică face posibilă refuzul de a investi în mulți kilometri de linii electrice, minimizând distanța dintre sursa de energie și obiectul care o consumă, pentru a realiza economii serioase de costuri prin acoperire. Incalzi întreprinderile industrialeși infrastructură prin recuperarea căldurii. Un Mini-TPP standard bazat pe un GTU Siemens poate fi construit oriunde unde există acces la o sursă de combustibil sau la furnizarea promptă a acesteia.

SGT-300 este o turbină industrială cu gaz cu o putere electrică nominală de 7,9 MW (vezi Tabelul 1), care combină un design simplu și fiabil cu cea mai recentă tehnologie.

Tabelul 1. Specificațiile SGT-300 pentru acționare mecanică și generare de energie

1) Electric 2) Montat pe arbore

Orez. 1. Structura generatorului de gaz SGT-300

Pentru generarea de energie industrială, se utilizează o versiune cu un singur arbore a turbinei cu gaz SGT-300 (vezi Fig. 1). Este ideal pentru producerea combinată de căldură și energie (CHP). Turbina cu gaz SGT-300 este o turbină cu gaz industrială, proiectată inițial pentru generare și are următoarele avantaje operaționale pentru organizațiile care operează:

Eficiența electrică - 31%, care este în medie cu 2-3% mai mare decât eficiența turbinelor cu gaz de putere mai mică, datorită unei valori mai mari a eficienței, efect economic privind economisirea gazelor combustibile;

Generatorul de gaz este echipat cu o cameră de ardere uscată cu emisii reduse folosind tehnologia DLE, ceea ce face posibilă atingerea unor niveluri de emisii de NOx și CO de peste 2,5 ori mai mici decât cele stabilite prin documentele de reglementare;

GTP are caracteristici dinamice bune datorită designului său cu un singur arbore și asigură funcționarea stabilă a generatorului în cazul fluctuațiilor de sarcină a rețelei externe conectate;

Designul industrial al turbinei cu gaz oferă o durată lungă de viață de revizie și este optim în ceea ce privește organizarea lucrărilor de service care se desfășoară la locul de funcționare;

O reducere semnificativă a amprentei clădirii, precum și a costurilor de investiție, inclusiv achiziționarea de echipamente mecanice și electrice la nivelul întregii fabrici, instalarea și punerea în funcțiune a acestuia, atunci când se utilizează o soluție bazată pe SGT-300 (Fig. 2).

Orez. 2. Caracteristicile de greutate și dimensiune ale blocului SGT-300

Timpul total de funcționare al flotei instalate de SGT-300 este de peste 6 milioane de ore, cu timpul de funcționare al liderului GTU de 151 mii de ore.Raportul disponibilitate/disponibilitate - 97,3%, raportul de fiabilitate - 98,2%.

OPRA (Olanda) este un furnizor de top de sisteme energetice bazate pe turbine cu gaz. OPRA dezvoltă, produce și comercializează motoare cu turbină cu gaz de ultimă generație în jur de 2 MW. Activitatea cheie a companiei este producerea de energie electrică pentru industria petrolului și gazelor.

Motorul de încredere OPRA OP16 oferă performanțe mai mari la costuri mai mici și o durată de viață mai lungă decât orice altă turbină din clasa sa. Motorul funcționează cu mai multe tipuri de combustibili lichizi și gazoși. Există o modificare a camerei de ardere cu un conținut redus de poluanți în evacuare. Centrala OPRA OP16 1,5-2,0 MW va fi un asistent de încredere în condiții grele de funcționare.

Turbinele cu gaz OPRA sunt echipamentul perfect pentru generarea de energie în sistemele electrice off-grid și de cogenerare la scară mică. Designul turbinei a fost în curs de dezvoltare de mai bine de zece ani. Rezultatul este un motor cu turbină cu gaz simplu, fiabil și eficient, inclusiv un model cu emisii reduse.

O trăsătură distinctivă a tehnologiei de conversie a energiei chimice în energie electrică din OP16 este sistemul patentat COFAR de pregătire a amestecului de combustibil și de control al alimentării, care asigură moduri de ardere cu formare minimă de azot și oxizi de carbon, precum și un minim de reziduuri de combustibil nearse. Geometria patentată a turbinei radiale și designul în general cantilever al cartuşului înlocuibil, inclusiv arborele, lagărele, compresorul centrifugal și turbina, sunt de asemenea originale.

Specialiștii OPRA și MES Engineering au dezvoltat conceptul de a crea un complex tehnic unic unic pentru procesarea deșeurilor. Din cele 55-60 de milioane de tone din toate RSU generate în Rusia pe an, o cincime - 11,7 milioane de tone - se încadrează în regiunea capitalei (3,8 milioane de tone - regiunea Moscova, 7,9 milioane de tone - Moscova). În același timp, 6,6 milioane de tone sunt exportate din Moscova în afara șoselei de centură a Moscovei gunoi menajer. Astfel, peste 10 milioane de tone de gunoi se instalează în regiunea Moscovei. Din 2013, din 39 de gropi de gunoi din Regiunea Moscova au fost închise 22. Acestea ar trebui înlocuite cu 13 complexe de sortare a deșeurilor, care vor fi puse în funcțiune în 2018-2019, precum și patru instalații de incinerare a deșeurilor. Aceeași situație se întâmplă în majoritatea celorlalte regiuni. Cu toate acestea, construcția de fabrici mari de procesare a deșeurilor nu este întotdeauna profitabilă, așa că problema procesării deșeurilor este foarte relevantă.

Conceptul dezvoltat de un singur complex tehnic combină instalațiile OPRA complet radiale cu fiabilitate și eficiență ridicate cu sistemul de gazeificare/piroliză MES, care permite conversia eficientă a diferitelor tipuri de deșeuri (inclusiv RSU, nămoluri petroliere, terenuri contaminate, biologice și medicale). deșeuri, deșeuri de prelucrare a lemnului, traverse etc.) într-un combustibil excelent pentru generarea de căldură și electricitate. Ca urmare a cooperării pe termen lung, a fost proiectat și este în curs de implementare un complex standardizat de procesare a deșeurilor cu o capacitate de 48 de tone/zi. (Fig. 3).

Orez. 3. Structura generală a unui complex standard de procesare a deșeurilor cu o capacitate de 48 tone/zi.

Complexul include o unitate de gazeificare MES cu loc de depozitare a deșeurilor, două GTU-uri OPRA cu o putere electrică totală de 3,7 MW și o putere termică de 9 MW, precum și diverse sisteme auxiliare și de protecție.

Implementarea unui astfel de complex face posibilă pe o suprafață de 2 hectare obținerea unei oportunități de alimentare autonomă cu energie și căldură a diverselor instalații industriale și comunale, rezolvând în același timp problema reciclării diferitelor tipuri de deșeuri menajere.

Diferențele dintre tehnologiile complexe dezvoltate și cele existente provin din combinația unică a tehnologiilor propuse. Volumele mici (2 t/h) de deșeuri consumate, împreună cu o suprafață mică necesară a șantierului, permit amplasarea acestui complex direct în apropierea micilor așezări, întreprinderi industriale etc., economisind semnificativ banii pentru transportul constant al deșeurilor către acestea. locuri de eliminare. Autonomia completă a complexului vă permite să-l instalați aproape oriunde. Utilizarea proiectului standard dezvoltat, a structurilor modulare și a gradului maxim de pregătire în fabrică a echipamentului face posibilă reducerea la minimum a timpului de construcție la 1-1,5 ani. Utilizarea noilor tehnologii asigură cea mai înaltă compatibilitate cu mediul complexului. Unitatea de gazeificare MES produce simultan fracțiuni de gaz și combustibil lichid și, datorită naturii cu dublu combustibil a OPRA GTU, acestea sunt utilizate simultan, ceea ce crește flexibilitatea combustibilului și fiabilitatea alimentării cu energie. Cerințele scăzute ale OPRA GTU cu privire la calitatea combustibilului cresc fiabilitatea întregului sistem. Unitatea MES permite utilizarea deșeurilor cu un conținut de umiditate de până la 85%, prin urmare, nu este necesară uscarea deșeurilor, ceea ce crește eficiența întregului complex. Temperatura ridicată a gazelor de eșapament ale OPRA GTU face posibilă furnizarea de căldură fiabilă cu apă caldă sau abur (până la 11 tone de abur pe oră la 12 bar). Proiectul este standard și scalabil, ceea ce permite eliminarea oricărei cantități de deșeuri.

Calculele arată că costul de producere a energiei electrice va fi de la 0,01 la 0,03 euro pe 1 kWh, ceea ce arată eficiența economică ridicată a proiectului. Astfel, compania OPRA și-a confirmat încă o dată focalizarea pe extinderea gamei de combustibili utilizați și creșterea flexibilității combustibililor, precum și pe utilizarea maximă a tehnologiilor „verzi” în dezvoltarea sa.

O turbină este orice dispozitiv rotativ care utilizează energia unui fluid de lucru în mișcare (fluid) pentru a produce lucru. Fluidele tipice ale turbinelor sunt: ​​vânt, apă, abur și heliu. Morile de vânt și centralele hidroelectrice au folosit turbine de zeci de ani pentru a transforma generatoarele electrice și pentru a produce energie pentru industrie și locuințe. Turbinele simple sunt cunoscute de mult timp, prima dintre ele a apărut în Grecia antică.

În istoria producerii de energie, însă, turbinele cu gaz în sine au apărut nu cu mult timp în urmă. Prima turbină practică cu gaz a început să genereze electricitate în Neuchatel, Elveția, în 1939. A fost dezvoltat de compania Brown Boveri. Prima turbină cu gaz care a alimentat un avion a funcționat tot în 1939 în Germania, folosind o turbină cu gaz proiectată de Hans P. von Ohain. În Anglia, în anii 1930, invenția și proiectarea turbinei cu gaz de către Frank Whittle au condus la primul zbor cu turbină în 1941.

Figura 1. Schema unei turbine de avion (a) și a unei turbine cu gaz pentru utilizare la sol (b)

Termenul „turbină cu gaz” este ușor înșelător, deoarece pentru mulți înseamnă un motor cu turbină care folosește gaz drept combustibil. De fapt, o turbină cu gaz (prezentată schematic în Figura 1) are un compresor care furnizează și comprimă gaz (de obicei aer); camera de ardere, unde arderea combustibilului încălzește gazul comprimat și turbina însăși, care extrage energie din fluxul de gaze fierbinți, comprimate. Această energie este suficientă pentru a alimenta compresorul și rămâne pentru aplicații utile. O turbină cu gaz este un motor cu ardere internă (ICE) care utilizează arderea continuă a combustibilului pentru a produce muncă utilă. Prin aceasta, turbina diferă de motoarele cu carburator sau diesel cu ardere internă, unde procesul de ardere este intermitent.

Deoarece utilizarea turbinelor cu gaz a început în 1939 în același timp în industria energetică și în aviație, diferite denumiri sunt folosite pentru aviație și turbinele cu gaz terestre. Turbinele cu gaz din aviație sunt numite motoare cu turboreacție sau cu reacție, iar alte turbine cu gaz sunt numite motoare cu turbină cu gaz. În engleză, există și mai multe nume pentru aceste motoare, în general, de același tip.

Utilizarea turbinelor cu gaz

Într-un turbojet de avion, energia din turbină antrenează un compresor care atrage aer în motor. Gazul fierbinte care iese din turbină este expulzat în atmosferă prin duza de evacuare, care creează forță. Pe fig. 1a prezintă o diagramă a unui motor turborreactor.

Figura 2. Reprezentarea schematică a unui motor turborreactor de avion.

Un motor turboreactor tipic este prezentat în fig. 2. Astfel de motoare creează tracțiune de la 45 kgf la 45.000 kgf cu o greutate proprie de 13 kg la 9.000 kg. Cele mai mici motoare conduc rachete de croazieră, cele mai mari - avioane uriașe. Turbina cu gaz din fig. 2 este un motor turboventilator cu un compresor de diametru mare. Impingerea este creată atât de aerul care este aspirat de compresor, cât și de aerul care trece prin turbină în sine. Motorul este mare și capabil să genereze tracțiune mare la viteze mici de decolare, ceea ce îl face cel mai potrivit pentru aeronavele comerciale. Motorul turboreactor nu are ventilator și creează tracțiune cu aer care trece complet prin calea gazului. Turboreacțiile au dimensiuni frontale mici și produc cea mai mare tracțiune la viteze mari, făcându-le cele mai potrivite pentru utilizarea în avioanele de luptă.

În turbinele cu gaz neaeronautice, o parte din energia din turbină este utilizată pentru a antrena compresorul. Energia rămasă - „energia utilă” este îndepărtată din arborele turbinei la un dispozitiv de utilizare a energiei, cum ar fi un generator electric sau elicea unei nave.

În fig. 3. Astfel de instalații pot genera energie de la 0,05 MW până la 240 MW. Configurația prezentată în fig. 3 este o turbină cu gaz derivată din avion, dar mai uşoară. Unitățile mai grele sunt proiectate special pentru utilizare la sol și se numesc turbine industriale. În timp ce turbinele derivate din aeronave sunt din ce în ce mai folosite ca generatoare de energie primară, ele sunt încă utilizate cel mai frecvent ca compresoare pentru pomparea gazului natural, alimentarea navelor și utilizate ca generatoare de energie suplimentare în perioadele de cerere de vârf. Generatoarele cu turbine cu gaz se pot porni rapid, furnizând energie atunci când este cea mai necesară.

Figura 3. Cea mai simplă turbină cu gaz, cu o singură treaptă, de pe uscat. De exemplu, în energie. 1 - compresor, 2 - camera de ardere, 3 - turbina.

Cele mai importante avantaje ale unei turbine cu gaz sunt:

1. Este capabil să genereze multă putere cu o dimensiune și o greutate relativ mici.
2. Turbina cu gaz funcționează într-un mod de rotație constantă, spre deosebire de motoarele cu piston care funcționează cu sarcini în schimbare constantă. Prin urmare, turbinele durează mult timp și necesită întreținere relativ mică.
3. Deși turbina cu gaz este pornită folosind echipamente auxiliare, cum ar fi motoare electrice sau altă turbină cu gaz, pornirea durează câteva minute. Pentru comparație, timpul de pornire al unei turbine cu abur este măsurat în ore.
4. O turbină cu gaz poate folosi o varietate de combustibili. Turbinele mari de pe uscat folosesc de obicei gaz natural, în timp ce turbinele de aviație tind să utilizeze distilate ușoare (kerosen). Se poate folosi și motorină sau păcură tratată special. De asemenea, este posibilă utilizarea gazelor combustibile din procesul de piroliză, gazeificare și rafinare a petrolului, precum și biogaz.
5. De obicei, turbinele cu gaz folosesc aerul atmosferic ca fluid de lucru. Când generează energie electrică, o turbină cu gaz nu are nevoie de lichid de răcire (cum ar fi apa).

În trecut, unul dintre principalele dezavantaje ale turbinelor cu gaz era eficiența lor scăzută în comparație cu alte motoare cu ardere internă sau turbine cu abur din centralele electrice. Cu toate acestea, în ultimii 50 de ani, îmbunătățirile în proiectarea lor au crescut eficiența termică de la 18% în 1939 la o turbină cu gaz Neuchatel la eficiența actuală de 40% în funcționarea cu ciclu simplu și aproximativ 55% în ciclul combinat (mai multe despre asta mai jos) . În viitor, eficiența turbinelor cu gaz va crește și mai mult, eficiența fiind așteptată să crească la 45-47% în ciclul simplu și până la 60% în ciclul combinat. Aceste eficiențe așteptate sunt substanțial mai mari decât alte motoare comune, cum ar fi turbinele cu abur.

Cicluri ale turbinei cu gaz

Diagrama de secvență arată ce se întâmplă când aerul intră, trece prin calea gazului și iese din turbina cu gaz. De obicei, o ciclogramă arată relația dintre volumul de aer și presiunea sistemului. Pe fig. 4a prezintă ciclul Brayton, care arată modificarea proprietăților unui volum fix de aer care trece printr-o turbină cu gaz în timpul funcționării acesteia. Zonele cheie ale acestei ciclograme sunt prezentate și în reprezentarea schematică a turbinei cu gaz din fig. 4b.

Figura 4a. Diagrama ciclului Brayton în coordonatele P-V pentru fluidul de lucru, arătând fluxurile de lucru (W) și căldură (Q).

Figura 4b. Ilustrație schematică a unei turbine cu gaz care arată puncte din diagrama ciclului Brayton.

Aerul este comprimat din punctul 1 în punctul 2. Presiunea gazului crește în timp ce volumul gazului scade. Aerul este apoi încălzit la presiune constantă de la punctul 2 până la punctul 3. Această căldură este produsă de combustibilul care este introdus în camera de ardere și arde continuu.

Aerul comprimat cald de la punctul 3 începe să se extindă între punctele 3 și 4. Presiunea și temperatura în acest interval scad, iar volumul de gaz crește. În motorul din fig. 4b, aceasta este reprezentată de fluxul de gaz de la punctul 3 prin turbină la punctul 4. Aceasta produce energie care poate fi apoi utilizată. În fig. 1a, fluxul este direcționat de la punctul 3" la punctul 4 prin duza de ieșire și produce forță. "Lucrare utilă" din Fig. 4a este prezentată de curba 3'-4. Aceasta este energia capabilă să antreneze arborele de antrenare al unui turbina de sol sau crearea de tracțiune pentru un motor de aeronavă.Ciclo Brighton se termină în Fig. 4 cu un proces în care volumul și temperatura aerului scad pe măsură ce căldura este eliberată în atmosferă.

Figura 5. Sistem în buclă închisă.

Majoritatea turbinelor cu gaz funcționează în regim de ciclu deschis. Într-un circuit deschis, aerul este preluat din atmosferă (punctul 1 din Fig. 4a și 4b) și expulzat înapoi în atmosferă la punctul 4, astfel încât gazul fierbinte este răcit în atmosferă după ce este evacuat din motor. Într-o turbină cu gaz care funcționează în ciclu închis, fluidul de lucru (lichid sau gaz) este utilizat în mod constant pentru a răci gazele de eșapament (la punctul 4) în schimbătorul de căldură (reprezentat schematic în Fig. 5) și este trimis la admisia compresorului. . Deoarece se utilizează un volum închis cu o cantitate limitată de gaz, o turbină cu ciclu închis nu este un motor cu ardere internă. Într-un sistem cu ciclu închis, arderea nu poate fi susținută, iar camera de ardere convențională este înlocuită cu un schimbător de căldură secundar care încălzește aerul comprimat înainte de a intra în turbină. Căldura este furnizată de o sursă externă, cum ar fi un reactor nuclear, un cuptor cu pat fluidizat pe cărbune sau altă sursă de căldură. S-a propus utilizarea turbinelor cu gaz cu ciclu închis în zborurile către Marte și în alte zboruri spațiale pe termen lung.

O turbină cu gaz care este proiectată și operată conform ciclului Bryson (Figura 4) se numește turbină cu gaz cu ciclu simplu. Majoritatea turbinelor cu gaz de pe aeronave funcționează pe un ciclu simplu pentru a menține greutatea și dimensiunea frontală a motorului cât mai mici posibil. Cu toate acestea, pentru utilizare pe uscat sau pe mare devine posibil să se adauge echipament optional la o turbină cu ciclu simplu pentru a crește randamentul și/sau puterea motorului. Sunt utilizate trei tipuri de modificări: regenerare, răcire intermediară și încălzire dublă.

Regenerare prevede instalarea unui schimbător de căldură (recuperator) pe drumul gazelor de evacuare (punctul 4 din fig. 4b). Aer comprimat de la punctul 2 din fig. 4b este preîncălzit pe schimbătorul de căldură de către gazele de evacuare înainte de a intra în camera de ardere (Fig. 6a).

Dacă regenerarea este bine implementată, adică eficiența schimbătorului de căldură este mare, iar căderea de presiune în acesta este mică, eficiența va fi mai mare decât în ​​cazul unui ciclu simplu de turbină. Cu toate acestea, ar trebui luat în considerare și costul regeneratorului. Regeneratoarele au fost folosite la motoarele cu turbine cu gaz din tancurile Abrams M1 - principalul tanc de luptă al Operațiunii Desert Storm - și în motoarele experimentale cu turbine cu gaz ale vehiculelor. Turbinele cu gaz cu regenerare cresc randamentul cu 5-6% iar randamentul lor este chiar mai mare atunci cand functioneaza sub sarcina partiala.

Intercooling implică și utilizarea schimbătoarelor de căldură. Un intercooler (intercooler) răcește gazul în timpul comprimării acestuia. De exemplu, dacă compresorul este format din două module, de înaltă și de joasă presiune, între ele ar trebui instalat un intercooler pentru a răci debitul de gaz și a reduce cantitatea de muncă necesară comprimarii în compresorul de înaltă presiune (Fig. 6b). Agentul de răcire poate fi aerul atmosferic (așa-numitele răcitoare de aer) sau apă (de exemplu, apa de mare din turbina unei nave). Este ușor de demonstrat că puterea unei turbine cu gaz cu un intercooler bine proiectat este crescută.

incalzire dubla este utilizat în turbine și este o modalitate de a crește puterea de ieșire a unei turbine fără a modifica funcționarea compresorului sau a crește temperatura de funcționare a turbinei. Dacă turbina cu gaz are două module, de înaltă și de joasă presiune, atunci se folosește un supraîncălzitor (de obicei o altă cameră de ardere) pentru a reîncălzi fluxul de gaz dintre turbinele de înaltă și joasă presiune (Fig. 6c). Poate crește puterea de ieșire cu 1-3%. Încălzirea duală în turbinele aeronavelor este realizată prin adăugarea unui post-ardere la duza turbinei. Acest lucru crește tracțiunea, dar crește semnificativ consumul de combustibil.

Centrala electrică cu turbină cu gaz cu ciclu combinat este adesea abreviată ca CCGT. Ciclu combinat înseamnă o centrală electrică în care o turbină cu gaz și o turbină cu abur sunt utilizate împreună pentru a obține o eficiență mai mare decât atunci când sunt utilizate separat. Turbina cu gaz antrenează un generator electric. Gazele de evacuare ale turbinei sunt folosite pentru a produce abur într-un schimbător de căldură, acest abur antrenează o turbină cu abur care produce și energie electrică. Dacă pentru încălzire se folosește abur, instalația se numește centrală de cogenerare. Cu alte cuvinte, în Rusia este folosită în mod obișnuit abrevierea CHP (Heat and Power Plant). Dar la centralele CHP, de regulă, nu funcționează turbinele cu gaz, ci turbinele obișnuite cu abur. Iar aburul folosit este folosit pentru încălzire, deci CHP și CHP nu sunt sinonime. Pe fig. 7 este o diagramă simplificată a unei centrale electrice de cogenerare, prezentând două motoare termice instalate în serie. Motorul de sus este o turbină cu gaz. Transferă energie către motorul inferior - turbina cu abur. Turbina cu abur transferă apoi căldura la condensator.

Figura 7. Diagrama unei centrale electrice cu ciclu combinat.

Eficiența ciclului combinat \(\nu_(cc) \) poate fi reprezentată printr-o expresie destul de simplă: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) Cu alte cuvinte, este suma eficienței fiecăreia dintre etape minus munca lor. Această ecuație arată de ce cogenerarea este atât de eficientă. Să presupunem că \(\nu_B = 40%\) este o limită superioară rezonabilă pentru eficiența unei turbine cu gaz cu ciclu Brayton. O estimare rezonabilă a eficienței unei turbine cu abur care funcționează pe ciclul Rankine la a doua etapă de cogenerare este \(\nu_R = 30% \). Înlocuind aceste valori în ecuație, obținem: \(\nu_(cc) = 0,40 + 0,30 - 0,40 \times 0,3 = 0,70 - 0,12 = 0,58 \). Adică, eficiența unui astfel de sistem va fi de 58%.

Aceasta este limita superioară a eficienței unei centrale electrice de cogenerare. Eficiența practică va fi mai mică din cauza pierderii inevitabile de energie între etape. Practic in sisteme de cogenerare puse in functiune in anul trecut a atins un randament de 52-58%.

Componentele turbinei cu gaz

Funcționarea unei turbine cu gaz este cel mai bine împărțită în trei subsisteme: compresor, cameră de ardere și turbină, așa cum se arată în Fig. 1. În continuare, vom trece în revistă pe scurt fiecare dintre aceste subsisteme.

Compresoare si turbine

Compresorul este conectat la turbină printr-un arbore comun, astfel încât turbina să poată întoarce compresorul. O turbină cu gaz cu un singur arbore are un singur arbore care conectează turbina și compresorul. O turbină cu gaz cu doi arbori (Fig. 6b și 6c) are doi arbori conici. Cel mai lung este conectat la un compresor de joasă presiune și o turbină de joasă presiune. Se rotește în interiorul unui arbore tubular mai scurt care conectează compresorul de înaltă presiune la turbina de înaltă presiune. Arborele care conectează turbina și compresorul de înaltă presiune se rotește mai repede decât arborele turbinei și compresorului de joasă presiune. O turbină cu gaz cu trei arbori are un al treilea arbore care conectează turbina și compresorul de medie presiune.

Turbinele cu gaz pot fi centrifuge sau axiale sau o combinație. Compresorul centrifugal, în care aerul comprimat iese în jurul perimetrului exterior al mașinii, este fiabil, costă de obicei mai puțin, dar este limitat la un raport de compresie de 6-7 la 1. Au fost utilizate pe scară largă în trecut și sunt încă folosite astăzi. în mici turbine cu gaz.

La compresoarele axiale mai eficiente și mai productive, aerul comprimat iese de-a lungul axei mecanismului. Acesta este cel mai comun tip de compresor de gaz (vezi figurile 2 și 3). Compresoarele centrifuge constau dintr-un număr mare de secțiuni identice. Fiecare secțiune conține o roată rotativă cu palete de turbină și o roată cu pale fixe (statoare). Secțiunile sunt dispuse în așa fel încât aerul comprimat să treacă secvenţial prin fiecare secțiune, dând o parte din energia sa fiecăreia dintre ele.

Turbinele au un design mai simplu decât un compresor, deoarece este mai dificil să comprimați fluxul de gaz decât să îl determinați să se extindă înapoi. Turbinele axiale ca cele prezentate în fig. 2 și 3 au mai puține secțiuni decât un compresor centrifugal. Există mici turbine cu gaz care folosesc turbine centrifuge (cu injecție radială de gaz), dar cele mai frecvente sunt turbinele axiale.

Proiectarea și fabricarea unei turbine este dificilă deoarece este necesară creșterea duratei de viață a componentelor din fluxul de gaz fierbinte. Problema fiabilității proiectării este cea mai critică în prima etapă a turbinei, unde temperaturile sunt cele mai ridicate. Materiale speciale și un sistem de răcire sofisticat sunt folosite pentru a face palete de turbină care se topesc la o temperatură de 980-1040 de grade Celsius într-un curent de gaz a cărui temperatură ajunge la 1650 de grade Celsius.

Camera de ardere

Un proiect de succes al camerei de ardere trebuie să satisfacă multe cerințe, iar proiectarea sa corectă a reprezentat o provocare încă de pe vremea turbinelor Whittle și von Ohin. Importanța relativă a fiecăreia dintre cerințele pentru camera de ardere depinde de aplicarea turbinei și, desigur, unele cerințe sunt în conflict între ele. Atunci când proiectați o cameră de ardere, compromisurile sunt inevitabile. Majoritatea cerințelor de proiectare sunt legate de prețul, eficiența și compatibilitatea cu mediul motorului. Iată o listă de cerințe de bază pentru o cameră de ardere:

1. Eficiență ridicată a arderii combustibilului în toate condițiile de funcționare.
2. Emisii scăzute de combustibil și monoxid de carbon (monoxid de carbon), emisii scăzute de oxizi de azot sub sarcină grea și nu există emisii vizibile de fum (minimizarea poluării mediului).
3. Scădere mică de presiune atunci când gazul trece prin camera de ardere. Pierderea de presiune de 3-4% este o cădere tipică de presiune.
4. Arderea trebuie să fie stabilă în toate modurile de funcționare.
5. Arderea trebuie să fie stabilă la temperaturi foarte scăzute și presiune scăzută la altitudine mare (pentru motoarele de aeronave).
6. Arderea trebuie să fie uniformă, fără pulsații sau întreruperi.
7. Temperatura trebuie să fie stabilă.
8. Durată lungă de viață (mii de ore), în special pentru turbinele industriale.
9. Utilizabilitate tipuri diferite combustibil. Turbinele terestre folosesc de obicei gaz natural sau motorină. Pentru turbine cu kerosen de aviație.
10. Lungimea și diametrul camerei de ardere trebuie să se potrivească cu dimensiunea ansamblului motor.
11. Costul total al deținerii unei camere de ardere ar trebui menținut la minimum (acesta include costul inițial, costurile de operare și întreținere).
12. Camera de ardere pentru motoarele de aeronave trebuie să aibă o greutate minimă.

Camera de ardere este formată din cel puțin trei părți principale: carcasă, tub de flacără și sistem de injecție de combustibil. Carcasa trebuie să reziste la presiunea de funcționare și poate face parte din proiectarea turbinei cu gaz. Carcasa închide un tub de flacără cu pereți relativ subțiri în care au loc arderea și sistemul de injecție a combustibilului.

În comparație cu alte tipuri de motoare, cum ar fi motoarele diesel și motoare alternative, turbinele cu gaz produc cea mai mică cantitate de poluanți ai aerului pe unitate de putere. Dintre emisiile de turbine cu gaz, combustibilul nears, monoxidul de carbon (monoxidul de carbon), oxizii de azot (NOx) și fumul sunt de mare îngrijorare. Deși contribuția turbinelor aeronavelor la emisiile totale de poluanți este mai mică de 1%, emisiile direct în troposferă s-au dublat între 40 și 60 de grade latitudine nordică, provocând o creștere cu 20% a concentrațiilor de ozon. În stratosfera unde zboară aeronavele supersonice, emisiile de NOx provoacă epuizarea stratului de ozon. Ambele efecte dăunează mediului, astfel încât reducerea oxizilor de azot (NOx) din emisiile motoarelor de aeronave este ceea ce trebuie să se întâmple în secolul XXI.

Acesta este un articol destul de scurt care încearcă să acopere toate aspectele aplicațiilor turbinelor, de la aviație la energie, fără a se baza pe formule. Pentru a vă familiariza mai bine cu subiectul, vă pot recomanda cartea „Turbina cu gaz în transportul feroviar” http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html. Dacă sări peste capitolele legate de specificul utilizării turbinelor pe calea ferată, cartea este încă foarte de înțeles, dar mult mai detaliată.

O turbină este un motor în care energia potențială a unui fluid compresibil este convertită în energie cinetică în aparatul cu pale, iar aceasta din urmă în rotoare în lucru mecanic transmis unui arbore care se rotește continuu.

Turbinele cu abur prin proiectarea lor reprezintă un motor termic care funcționează în mod constant. În timpul funcționării, vaporii de apă supraîncălziți sau saturati intră pe calea curgerii și, datorită expansiunii sale, forțează rotorul să se rotească. Rotația are loc ca urmare a fluxului de abur care acționează asupra aparatului cu lame.

Turbina cu abur face parte din proiectarea turbinei cu abur, care este concepută pentru a genera energie. Există și instalații care, pe lângă electricitate, pot genera energie termică - aburul care a trecut prin paletele de abur intră în boilerele din rețea. Acest tip de turbină se numește turbine de tip industrial-cogenerare sau de cogenerare. În primul caz, extragerea aburului este prevăzută în scopuri industriale în turbină. Complet cu un generator, o turbină cu abur este o unitate de turbină.

Tipuri de turbine cu abur

Turbinele sunt împărțite, în funcție de direcția în care se deplasează aburul, în turbine radiale și axiale. Fluxul de abur în turbinele radiale este direcționat perpendicular pe axă. Turbinele cu abur pot fi cu una, două și trei case. Turbina cu abur este echipată cu o varietate de dispozitive tehnice, care împiedică pătrunderea aerului ambiental în carcasă. Acestea sunt o varietate de sigilii, care sunt furnizate cu vapori de apă într-o cantitate mică.

Un regulator de siguranță este situat pe secțiunea frontală a arborelui, conceput pentru a opri alimentarea cu abur atunci când viteza turbinei crește.

Caracteristicile parametrilor principali ai valorilor nominale

· Puterea nominală a turbinei- puterea maximă pe care turbina trebuie să o dezvolte timp îndelungat la bornele generatorului electric, cu valori normale ale parametrilor principali sau când se modifică în limitele specificate de standardele industriale și de stat. O turbină controlată de extracție a aburului poate dezvolta o putere peste puterea sa nominală dacă aceasta este în conformitate cu condițiile de rezistență ale pieselor sale.

· Puterea economică a turbinei- puterea la care turbina functioneaza cu cel mai mare randament. În funcție de parametrii aburului viu și de scopul turbinei, puterea nominală poate fi egală cu puterea economică sau mai mare cu 10-25%.

· Temperatura nominală a încălzirii apei de alimentare regenerativă- temperatura apei de alimentare în aval de ultimul încălzitor în direcția apei.

· Temperatura nominală a apei de răcire- temperatura apei de racire la intrarea in condensator.

turbina de gaz(fr. turbină din lat. turbo vârtej, rotire) este un motor termic continuu, în aparatul cu palete al căruia energia gazului comprimat și încălzit este transformată în lucru mecanic asupra arborelui. Este alcătuit dintr-un rotor (lamele fixate pe discuri) și un stator (pale de ghidare fixate în carcasă).

Gazul având o temperatură și o presiune ridicate intră prin aparatul duzei turbinei în zona de joasă presiune din spatele părții duzei, extinzându-se și accelerând simultan. În plus, fluxul de gaz intră în palele turbinei, oferindu-le o parte din energia sa cinetică și conferind cuplu paletelor. Paletele rotorului transmit cuplul prin discurile turbinei către arbore. Proprietăți utile ale unei turbine cu gaz: o turbină cu gaz, de exemplu, antrenează un generator situat pe același arbore cu acesta, care este munca utilă a unei turbine cu gaz.

Turbinele cu gaz sunt utilizate ca parte a motoarelor cu turbine cu gaz (utilizate pentru transport) și a unităților cu turbine cu gaz (utilizate la centralele termice ca parte a GTU-urilor staționare, CCGT-uri). Turbinele cu gaz sunt descrise de ciclul termodinamic Brayton, în care aerul este mai întâi comprimat adiabatic, apoi ars la presiune constantă și apoi extins adiabatic înapoi la presiunea de pornire.

Tipuri de turbine cu gaz

- Motoare de avioane și reacție

- Auxiliar power point

- Turbine industriale cu gaz pentru producerea energiei electrice

- Motoare cu turboax

- Turbine cu gaz radiale

- Microturbine

Din punct de vedere mecanic, turbinele cu gaz pot fi considerabil mai simple decât motoarele cu combustie internă alternativă. Turbinele simple pot avea o singură parte mobilă: ansamblu arbore/compresor/turbină/rotor alternativ (vezi imaginea de mai sus), fără a include sistemul de alimentare.

Turbinele mai complexe (cele utilizate în motoarele cu reacție moderne) pot avea mai mulți arbori (bobine), sute de pale de turbină, pale de stator în mișcare și un sistem extins de conducte complexe, camere de ardere și schimbătoare de căldură.

Ca regulă generală, cu cât motorul este mai mic, cu atât este mai mare viteza arborelui (arborilor) necesară pentru a menține viteza liniară maximă a palelor. Viteza maximă a palelor turbinei determină presiunea maximă care poate fi atinsă, rezultând putere maximă, indiferent de dimensiunea motorului. Motorul cu reacție se rotește la aproximativ 10.000 rpm și micro-turbina la aproximativ 100.000 rpm.

Articolul descrie modul în care se calculează eficiența celei mai simple turbine cu gaz, sunt oferite tabele cu diferite turbine cu gaz și centrale cu ciclu combinat pentru a le compara eficiența și alte caracteristici.

În domeniul utilizării industriale a tehnologiilor cu turbine cu gaz și abur-gaz, Rusia a rămas cu mult în urma țărilor avansate ale lumii.

Lideri mondiali în producția de centrale pe gaz de mare capacitate și cu ciclu combinat: GE, Siemens Wistinghouse, ABB - au atins valori de putere unitară a centralelor cu turbine cu gaz de 280-320 MW și o eficiență de peste 40%, cu un utilizarea suprastructurii de putere cu abur într-un ciclu abur-gaz (numit și binar) - capacități de 430-480 MW cu eficiență de până la 60%. Dacă aveți întrebări despre fiabilitatea CCGT - atunci citiți articolul.

Aceste cifre impresionante servesc drept repere în determinarea căilor de dezvoltare pentru industria energetică din Rusia.

Cum se determină randamentul unei turbine cu gaz?

Iată câteva formule simple pentru a arăta care este eficiența unei instalații cu turbine cu gaz:

Puterea internă a turbinei:

• Nt = Gex * Lt, unde Lt este funcționarea turbinei, Gex este debitul gazelor de eșapament;

Putere internă GTU:

• Ni gtu \u003d Nt - Nk, unde Nk este puterea internă a compresorului de aer;

Putere efectivă GTU:

• Nef \u003d Ni gtu * Eficiență mech, eficiență mech - eficiența asociată cu pierderile mecanice în rulmenți, poate fi luată 0,99

Energie electrică:

• Nel \u003d Ne * eficiență, de exemplu, unde eficiența de exemplu este eficiența asociată cu pierderile în generatorul electric, putem lua 0,985

Căldura disponibilă a combustibilului:

• Qsp = Gtop * Qrn, unde Gref - consumul de combustibil, Qrn - cea mai mică putere calorică de lucru a combustibilului

Eficiența electrică absolută a unei instalații cu turbine cu gaz:

• Eficiență \u003d Nel / Q dist

Eficiența CCGT este mai mare decât eficiența GTUîntrucât instalația cu ciclu combinat folosește căldura gazelor de eșapament ale turbinei cu gaz. Un cazan de căldură reziduală este instalat în spatele turbinei cu gaz, în care căldura de la gazele de evacuare ale turbinei cu gaz este transferată în fluidul de lucru (apa de alimentare), aburul generat este trimis la turbina cu abur pentru a genera energie electrică și căldură.

Citeste si: Cum să alegi o instalație de turbină cu gaz pentru o centrală CCGT

Eficiența CCGT este de obicei reprezentată de raportul:

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

B este gradul de binaritate al ciclului

Eficiență PSU - Eficiența unei centrale electrice cu abur

• B = Qks/(Qks+Qku)

Qks este căldura combustibilului ars în camera de ardere a unei turbine cu gaz

Qku - căldura combustibilului suplimentar ars în cazanul de căldură reziduală

În același timp, se observă că dacă Qku = 0, atunci B = 1, adică instalarea este complet binară.

Influența gradului de binaritate asupra eficienței CCGT

Să prezentăm secvențial tabelele cu caracteristicile eficienței turbinelor cu gaz și după ele indicatorii CCGT cu aceste motoare cu gaz și să comparăm eficiența unei turbine cu gaz separate și eficiența CCGT.

Caracteristicile turbinelor moderne cu gaz puternice

Turbine cu gaz ABB

Centrale cu ciclu combinat cu turbine cu gaz ABB

Turbine cu gaz GE

Citeste si: De ce să construim centrale termice cu ciclu combinat? Care sunt avantajele plantelor cu ciclu combinat.

Centrale cu ciclu combinat cu turbine cu gaz GE

Turbine cu gaz Siemens

Centrale cu ciclu combinat cu turbine cu gaz Siemens

Turbine cu gaz Westinghouse-Mitsubishi-Fiat

Turbină termică cu acțiune constantă, în care energia termică a gazului comprimat și încălzit (de obicei produse de ardere a combustibilului) este transformată în lucru mecanic de rotație pe un arbore; este un element structural al unui motor cu turbină cu gaz.

Încălzirea gazului comprimat are loc, de regulă, în camera de ardere. De asemenea, este posibil să se efectueze încălzirea într-un reactor nuclear etc. Turbinele cu gaz au apărut pentru prima dată la sfârșitul secolului al XIX-lea. ca motor cu turbină cu gaz și din punct de vedere al designului, au abordat o turbină cu abur. Din punct de vedere structural, o turbină cu gaz este o serie de jante de lame staționare dispuse ordonat ale aparatului de duză și jante rotative ale rotorului, care, ca rezultat, formează o parte de curgere. Etapa turbinei este un aparat cu duză combinat cu un rotor. Etapa constă dintr-un stator, care include părți staționare (carcasă, palete duzei, inele de manta) și un rotor, care este un set de părți rotative (cum ar fi palele rotorului, discuri, arbore).

Clasificarea unei turbine cu gaz se realizează în funcție de multe caracteristici de proiectare: în direcția fluxului de gaz, numărul de trepte, metoda de utilizare a diferenței de căldură și metoda de alimentare cu gaz la rotor. Pe direcția fluxului de gaz, turbinele cu gaz pot fi distinse axiale (cele mai frecvente) și radiale, precum și diagonale și tangenţiale. La turbinele axiale cu gaz, debitul în secțiunea meridională este transportat în principal de-a lungul întregii axe a turbinei; la turbinele radiale, dimpotriva, este perpendiculara pe axa. Turbinele radiale sunt împărțite în centripete și centrifuge. Într-o turbină diagonală, gazul curge la un anumit unghi față de axa de rotație a turbinei. Rotorul unei turbine tangenţiale nu are pale; astfel de turbine sunt utilizate la debite foarte mici de gaz, de obicei la instrumentele de măsură. Turbinele cu gaz sunt simple, duble și multietajate.

Numărul de trepte este determinat de mulți factori: scopul turbinei, schema de proiectare a acesteia, puterea totală și dezvoltată de o etapă, precum și căderea de presiune acționată. După metoda de utilizare a diferenței de căldură disponibilă, se disting turbinele cu trepte de viteză, în care doar debitul se rotește în rotor, fără modificarea presiunii (turbine active), și turbinele cu trepte de presiune, în care presiunea scade atât în aparatul de duză şi pe paletele rotorului (turbine cu reacţie). În turbinele parțiale cu gaz, gazul este furnizat rotorului de-a lungul unei părți a circumferinței aparatului cu duză sau de-a lungul întregii sale circumferințe.

Într-o turbină cu mai multe etape, procesul de conversie a energiei constă dintr-un număr de procese succesive în etape individuale. Gazul comprimat și încălzit este furnizat canalelor interlame ale aparatului duzei la o viteză inițială, unde, în procesul de expansiune, o parte din căderea de căldură disponibilă este convertită în energia cinetică a jetului de ieșire. O expansiune suplimentară a gazului și conversia căderii de căldură în muncă utilă au loc în canalele interlame ale rotorului. Fluxul de gaz, acționând asupra palelor rotorului, creează un cuplu pe arborele principal al turbinei. În acest caz, viteza absolută a gazului scade. Cu cât această viteză este mai mică, cu atât cea mai mare parte a energiei gazului este transformată în lucru mecanic asupra arborelui turbinei.

Eficiența caracterizează eficiența turbinelor cu gaz, care este raportul dintre munca îndepărtată de pe arbore și energia gazului disponibil în fața turbinei. Eficiența efectivă a turbinelor moderne cu mai multe trepte este destul de mare și ajunge la 92-94%.

Principiul de funcționare al unei turbine cu gaz este următorul: gazul este injectat în camera de ardere de către un compresor, amestecat cu aer, formează un amestec de combustibil și este aprins. Produsele de ardere rezultate cu temperatură ridicată (900-1200 °C) trec prin mai multe rânduri de pale montate pe arborele turbinei și provoacă rotirea turbinei. Energia mecanică rezultată a arborelui este transmisă printr-o cutie de viteze la un generator care generează electricitate.

Energie termală gazele care ies din turbina intră în schimbătorul de căldură. De asemenea, în loc de a genera energie electrică, energia mecanică a turbinei poate fi folosită pentru a acționa diverse pompe, compresoare etc. Cel mai des folosit combustibil pentru turbinele cu gaz este gazul natural, deși acest lucru nu poate exclude posibilitatea utilizării altor tipuri de combustibili gazoși. . Dar, în același timp, turbinele cu gaz sunt foarte capricioase și impun cerințe mari la calitatea pregătirii sale (sunt necesare anumite incluziuni mecanice, umiditate).

Temperatura gazelor care părăsesc turbina este de 450-550 °С. Raportul cantitativ dintre energia termică și energia electrică în turbinele cu gaz variază de la 1,5: 1 la 2,5: 1, ceea ce face posibilă construirea de sisteme de cogenerare care diferă în funcție de tipul de lichid de răcire:

1) utilizarea directă (directă) a gazelor fierbinți de evacuare;
2) producerea de abur de joasă sau medie presiune (8-18 kg/cm2) într-un cazan extern;
3) producerea de apă caldă (mai bună când temperatura necesară depășește 140 °C);
4) producerea de abur de înaltă presiune.

O mare contribuție la dezvoltarea turbinelor cu gaz a fost adusă de oamenii de știință sovietici B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Hholshchevikov, I. I. Kirillov și alții. Crearea de turbine cu gaz pentru instalații de turbine cu gaz staționare și mobile a fost realizată de străini companii (elvețianul Brown-Boveri, în care a lucrat celebrul om de știință slovac A. Stodola, și Sulzer, americanul General Electric etc.).

LA dezvoltare ulterioară turbinele cu gaz depinde de posibilitatea creșterii temperaturii gazului în fața turbinei. Acest lucru se datorează creării de noi materiale rezistente la căldură și sisteme de răcire fiabile pentru palele rotorului, cu o îmbunătățire semnificativă a căii de curgere etc.

Datorită tranziției pe scară largă din anii 1990. gazul natural ca principal combustibil pentru generarea de energie, turbinele cu gaz au ocupat un segment semnificativ de piata. În ciuda faptului că eficiența maximă a echipamentului este atinsă la capacități de la 5 MW și mai mari (până la 300 MW), unii producători produc modele în gama 1-5 MW.

Turbinele cu gaz sunt folosite în aviație și centrale electrice.

• Anterior: ANALIZOR DE GAZ
• Ca urmare a: MOTOR PE GAZ