Vem beskrev först principen för driften av en gasturbin. Funktionsprincipen för GTU. Vad kan vara resursen för installationen före översyn

Utvecklingen av nya typer av gasturbiner, den växande efterfrågan på gas jämfört med andra typer av bränsle, storskaliga planer för industriella konsumenter att skapa sin egen kapacitet orsakar ett växande intresse för gasturbinbyggen.

R Den lilla generationsmarknaden har stora utvecklingsmöjligheter. Experter förutspår en ökning av efterfrågan på distribuerad energi från 8 % (för närvarande) till 20 % (till 2020). Denna trend förklaras av den relativt låga tariffen för el (2-3 gånger lägre än tariffen för el från det centraliserade nätet). Dessutom, enligt Maxim Zagornov, en medlem av Delovaya Rossiyas allmänna råd, ordförande för föreningen för småskalig elproduktion i Ural, direktör för MKS-gruppen av företag, är liten generation mer pålitlig än nätverket: vid en olycka på det externa nätet upphör inte tillförseln av el. En ytterligare fördel med decentraliserad energi är idrifttagningshastigheten: 8-10 månader, i motsats till 2-3 år för att skapa och ansluta nätverkslinjer.

Denis Cherepanov, medordförande i Delovaya Rossiya-kommittén för energi, hävdar att framtiden tillhör den egna generationen. Enligt Sergei Yesyakov, förste vice ordförande i statsdumans energikommitté, är det när det gäller distribuerad energi i energikonsumentkedjan konsumenten, inte energisektorn, som är den avgörande länken. Med sin egen elproduktion deklarerar konsumenten den nödvändiga kapaciteten, konfigurationerna och till och med typen av bränsle, vilket samtidigt sparar på priset för en mottagen kilowatt energi. Bland annat tror experter att ytterligare besparingar kan uppnås om kraftverket arbetar i kraftvärmeläge: den utnyttjade värmeenergin kommer att användas för uppvärmning. Då kommer återbetalningstiden för det genererande kraftverket att minska avsevärt.

Det mest aktivt utvecklande området för distribuerad energi är byggandet av gasturbinkraftverk med låg kapacitet. Gasturbinkraftverk är konstruerade för drift under alla klimatförhållanden som huvud- eller reservkälla för el och värme för industri- och hushållsanläggningar. Användningen av sådana kraftverk i avlägsna områden gör att du kan få betydande besparingar genom att eliminera kostnaderna för att bygga och driva långa kraftledningar och i centrala områden - för att öka tillförlitligheten av el- och värmeförsörjning till både enskilda företag och organisationer och territorier som helhet. Tänk på några gasturbiner och gasturbinenheter som erbjuds av välkända tillverkare för konstruktion av gasturbinkraftverk på den ryska marknaden.

General Electric

GE:s vindturbinlösningar är mycket tillförlitliga och lämpar sig för applikationer inom ett brett spektrum av industrier, från olja och gas till kraftverk. Speciellt GE gasturbinenheter i LM2500-familjen med en kapacitet på 21 till 33 MW och en verkningsgrad på upp till 39 % används aktivt i små generationer. LM2500 används som en mekanisk drivning och en kraftgeneratordrift, de arbetar i kraftverk i enkel, kombinerad cykel, kraftvärmeläge, offshoreplattformar och rörledningar.

Under de senaste 40 åren har GE-turbinerna i denna serie varit de mest sålda turbinerna i sin klass. Totalt har mer än 2 000 turbiner av denna modell installerats i världen med en total drifttid på mer än 75 miljoner timmar.

Nyckelegenskaper hos LM2500-turbinerna: lätt och kompakt design för snabb installation och enkelt underhåll; når full effekt från startögonblicket på 10 minuter; hög effektivitet (i en enkel cykel), tillförlitlighet och tillgänglighet i sin klass; möjligheten att använda dubbelbränsleförbränningskammare för destillat och naturgas; möjligheten att använda fotogen, propan, koksugnsgas, etanol och LNG som bränsle; låga NOx-utsläpp med DLE- eller SAC-förbränningskammare; tillförlitlighetsfaktor - mer än 99%; beredskapsfaktor - mer än 98%; NOx-utsläpp - 15 ppm (DLE modifiering).

För att ge kunderna pålitligt stöd under hela livscykeln för genererande utrustning, öppnade GE ett specialiserat energiteknikcenter i Kaluga. Det erbjuder kunderna toppmoderna lösningar för underhåll, inspektion och reparation av gasturbiner. Företaget har implementerat ett kvalitetsledningssystem i enlighet med ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

Japanska företaget Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) är ett diversifierat ingenjörsföretag. En viktig plats i dess produktionsprogram är gasturbiner.

År 1943 skapade Kawasaki Japans första gasturbinmotor och är nu en av världens erkända ledare inom produktion av gasturbiner av små och medelstora krafter, med ackumulerade referenser för mer än 11 ​​000 installationer.

Med miljövänlighet och effektivitet som prioritet har företaget nått stora framgångar i utvecklingen av gasturbinteknologier och driver aktivt lovande utveckling, bland annat inom området nya energikällor som ett alternativ till fossila bränslen.

Med god erfarenhet av kryogen teknologi, teknologier för produktion, lagring och transport av flytande gaser, forskar och utvecklar Kawasaki aktivt inom området användning av väte som bränsle.

Framför allt har företaget redan prototyper av turbiner som använder väte som tillsats till metanbränsle. I framtiden väntas turbiner, för vilka, mycket mer energieffektiva och absolut miljövänliga, väte kommer att ersätta kolväten.

GTU Kawasaki GPB-serienär designade för baslastdrift, inklusive både parallella och isolerade nätverksinteraktionsscheman, medan effektområdet är baserat på maskiner från 1,7 till 30 MW.

I modellprogrammet finns turbiner som använder ånginjektion för att dämpa skadliga utsläpp och använder DLE-teknik modifierad av företagets ingenjörer.

Elektrisk verkningsgrad, beroende på produktionscykeln respektive effekt, från 26,9 % för GPB17 och GPB17D (M1A-17 och M1A-17D turbiner) till 40,1 % för GPB300D (L30A turbin). Elektrisk kraft - från 1700 till 30 120 kW; termisk effekt - från 13 400 till 8970 kJ / kWh; avgastemperatur - från 521 till 470°C; avgasförbrukning - från 29,1 till 319,4 tusen m3/h; NOx (vid 15 % O2) - 9/15 ppm för gasturbinerna M1A-17D, M7A-03D, 25 ppm för turbinen M7A-02D och 15 ppm för turbinerna L20A och L30A.

När det gäller effektivitet är Kawasaki gasturbiner, var och en i sin klass, antingen världsledande eller en av de ledande. Den totala termiska verkningsgraden för kraftenheter i kraftvärmekonfigurationer når 86-87%. Företaget tillverkar ett antal GTU:er i dual-fuel (naturgas och flytande bränsle) versioner med automatisk växling. För närvarande är tre modeller av gasturbiner mest efterfrågade bland ryska konsumenter - GPB17D, GPB80D och GPB180D.

Kawasaki gasturbiner kännetecknas av: hög tillförlitlighet och lång livslängd; kompakt design, vilket är särskilt attraktivt vid byte av utrustning från befintliga genereringsanläggningar; enkel underhåll på grund av kroppens delade design, avtagbara brännare, optimalt placerade inspektionshål etc., vilket förenklar inspektion och underhåll, inklusive av användarens personal;

Miljövänlighet och ekonomi. Förbränningskamrarna i Kawasaki-turbiner är designade med de mest avancerade teknikerna för att optimera förbränningsprocessen och uppnå bästa turbineffektivitet, samt minska NOx och andra skadliga ämnen i avgaserna. Miljöprestanda förbättras också genom användning av avancerad teknik för att undertrycka torra utsläpp (DLE);

Möjlighet att använda ett brett utbud av bränslen. Naturgas, fotogen, dieselbränsle, lätta eldningsoljor av typ A, samt tillhörande petroleumgas kan användas;

Pålitlig service efter försäljning. Hög servicenivå, inklusive ett gratis online övervakningssystem (TechnoNet) med rapporter och prognoser, teknisk support av högt kvalificerad personal, samt byte av en gasturbinmotor under en större översyn (GTU-avbrottstid reduceras till 2- 3 veckor), etc. .d.

I september 2011 introducerade Kawasaki ett toppmodernt förbränningskammarsystem som sänkte NOx-utsläppen till mindre än 10 ppm för gasturbinmotorn M7A-03, till och med lägre än vad gällande regler kräver. En av företagets designmetoder är att skapa ny utrustning som uppfyller inte bara moderna, utan även framtida, strängare miljöprestandakrav.

Den mycket effektiva 5 MW GPB50D-gasturbinen med en Kawasaki M5A-01D-turbin använder den senaste beprövade tekniken. Anläggningens höga verkningsgrad gör den optimal för el och kraftvärme. Den kompakta designen hos GPB50D är också särskilt fördelaktig vid uppgradering av befintliga anläggningar. Den nominella elverkningsgraden på 31,9 % är den bästa i världen bland 5 MW-anläggningar.

M1A-17D-turbinen, genom användningen av en original förbränningskammardesign med torremissionsdämpning (DLE), har utmärkt miljöprestanda (NOx)< 15 ppm) и эффективности.

Turbinens ultralåga vikt (1470 kg), den lägsta i klassen, beror på den utbredda användningen av kompositmaterial och keramik, som till exempel impellerbladen är gjorda av. Keramik är mer motståndskraftig mot drift vid förhöjda temperaturer, mindre benägna att förorena än metaller. Gasturbinen har en elektrisk verkningsgrad nära 27%.

I Ryssland har Kawasaki Heavy Industries, Ltd. genomfört ett antal framgångsrika projekt i samarbete med ryska företag:

Mini-TPP "Central" i Vladivostok

På order av JSC Far Eastern Energy Management Company (JSC DVEUK) levererades 5 GTU:s GPB70D (M7A-02D) till TPP Tsentralnaya. Stationen tillhandahåller el och värme till konsumenter i den centrala delen av utvecklingen av Russky Island och campus vid Far Eastern Federal University. TPP Tsentralnaya är den första kraftanläggningen i Ryssland med Kawasaki-turbiner.

Mini-CHP "Oceanarium" i Vladivostok

Detta projekt utfördes också av JSC "DVEUK" för strömförsörjningen av det vetenskapliga och utbildningskomplexet "Primorsky Oceanarium" som ligger på ön. Två GPB70D gasturbiner levererades.

GTU tillverkad av Kawasaki i Gazprom PJSC

Kawasakis ryska partner, MPP Energotechnika LLC, baserad på gasturbinen M1A-17D, producerar ett containerkraftverk Korvette 1,7K för installation i öppna områden med ett omgivningstemperaturområde på -60 till + 40 °С.

Inom ramen för samarbetsavtalet utvecklades och monterades fem EGTEPS KORVET-1.7K vid MPP Energotechnikas produktionsanläggningar. Ansvarsområdena för företagen i detta projekt fördelade sig enligt följande: Kawasaki levererar M1A-17D gasturbinmotor och turbinstyrsystem, Siemens AG levererar högspänningsgeneratorn. MPP Energotekhnika LLC tillverkar en blockbehållare, en avgas- och luftintagsanordning, ett styrsystem för kraftenheter (inklusive SHUVGm-exciteringssystemet), elektrisk utrustning - huvud- och extrautrustning, kompletterar alla system, monterar och levererar ett komplett kraftverk och säljer även APCS.

EGTES Korvet-1.7K har klarat interdepartementella tester och rekommenderas för användning vid Gazprom PJSC:s anläggningar. Gasturbinens kraftenhet har utvecklats av LLC MPP Energotechnika enligt referensvillkoren för PJSC Gazprom inom ramen för Scientific and Technical Cooperation Program för PJSC Gazprom och Japan Natural Resources and Energy Agency.

Turbin för CCGT 10 MW vid NRU MPEI

Kawasaki Heavy Industries Ltd., har tillverkat och levererat en komplett gasturbinanläggning GPB80D med en nominell effekt på 7,8 MW för National Research University "MPEI" i Moskva. CHP MPEI är en praktisk utbildning och, som genererar el och värme i industriell skala, förser dem själva med Moscow Power Engineering Institute och förser dem till Moskvas energinät.

Utvidgning av projektens geografi

Kawasaki, som uppmärksammade fördelarna med att utveckla lokal energi i riktning mot distribuerad produktion, föreslog att man skulle börja genomföra projekt med gasturbiner med minimal kapacitet.

Mitsubishi Hitachi Power Systems

Modellutbudet för H-25-turbiner presenteras i effektområdet 28-41 MW. Hela paketet med turbinproduktion, inklusive FoU och fjärrövervakningscenter, utförs vid anläggningen i Hitachi, Japan av MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.). Dess bildande faller i februari 2014 på grund av sammanslagningen av de genererande sektorerna för de erkända ledarna inom maskinteknik Mitsubishi Heavy Industries Ltd. och Hitachi Ltd.

H-25-modeller används i stor utsträckning över hela världen för både enkel cykeldrift på grund av hög effektivitet (34-37%) och kombinerad cykel i 1x1- och 2x1-konfigurationer med 51-53% effektivitet. Med höga temperaturindikatorer för avgaser har GTU också framgångsrikt visat sig fungera i kraftvärmeläge med en total verkningsgrad på mer än 80 %.

Många års expertis inom produktion av gasturbiner för ett brett spektrum av kapaciteter och en genomtänkt design av en enaxlad industriturbin utmärker N-25 med hög tillförlitlighet med en utrustningstillgänglighetsfaktor på mer än 99 %. Den totala drifttiden för modellen översteg 6,3 miljoner timmar under andra halvåret 2016. Den moderna gasturbinen är gjord med en horisontell axiell splittring, vilket säkerställer dess enkla underhåll, samt möjligheten att byta ut delar av den heta banan kl. verksamhetsplatsen.

Den motströms rörformiga förbränningskammaren ger stabil förbränning på olika typer av bränsle, såsom naturgas, dieselbränsle, flytande petroleumgas, rökgaser, koksugnsgas etc. förblandning av gas-luftblandningen (DLN). H-25 gasturbinmotorn är en 17-stegs axialkompressor kopplad till en trestegs aktiv turbin.

Ett exempel på tillförlitlig drift av N-25 GTU vid småskaliga produktionsanläggningar i Ryssland är driften som en del av en kraftvärmeenhet för de egna behoven av JSC Ammonii-anläggningen i Mendeleevsk, Republiken Tatarstan. Kraftvärmeenheten förser produktionsanläggningen med 24 MW el och 50 t/h ånga (390°C / 43 kg/cm3). I november 2017 genomfördes den första inspektionen av turbinförbränningssystemet framgångsrikt på platsen, vilket bekräftade tillförlitlig drift av maskinkomponenter och enheter vid höga temperaturer.

Inom olje- och gassektorn användes N-25 GTU:er för att driva Sakhalin II Onshore Processing Facility (OPF)-platsen för Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. OPF ligger 600 km norr om Yuzhno-Sakhalinsk i landföringsområdet för gasledningen till havs och är en av företagets viktigaste anläggningar som ansvarar för att förbereda gas och kondensat för efterföljande överföring via pipeline till oljeexportterminalen och LNG-anläggningen . Det tekniska komplexet omfattar fyra N-25 gasturbiner, som har varit i kommersiell drift sedan 2008. Kraftvärmeenheten baserad på N-25 GTU är maximalt integrerad i det integrerade OPF-kraftsystemet, i synnerhet värmen från avgaserna från turbinen används för att värma upp råolja för oljeraffinering.

Siemens industriella gasturbingeneratorer (nedan kallade GTU) kommer att hjälpa till att hantera svårigheterna på den dynamiskt utvecklande marknaden för distribuerad produktion. Gasturbiner med en märkeffekt från 4 till 66 MW uppfyller till fullo de höga kraven inom området industriell kombinerad energiproduktion, vad gäller anläggningseffektivitet (upp till 90%), driftsäkerhet, serviceflexibilitet och miljösäkerhet, vilket säkerställer låg livslängd cykelkostnader och hög avkastning på investeringen. Siemens har mer än 100 års erfarenhet av konstruktion av industriella gasturbiner och termiska kraftverk baserade på dem.

Siemens GTU:er från 4 till 66 MW används av små företag, oberoende kraftproducenter (t.ex. industrianläggningar) och olje- och gasindustrin. Användningen av teknik för distribuerad elproduktion med kombinerad generering av termisk energi gör det möjligt att vägra investera i många kilometer kraftledningar, minimera avståndet mellan energikällan och anläggningen som förbrukar den och uppnå allvarliga kostnadsbesparingar genom att täcka uppvärmning av industriföretag och infrastrukturanläggningar genom värmeåtervinning. En standard Mini-TPP baserad på en Siemens GTU kan byggas var som helst där det finns tillgång till en bränslekälla eller dess snabba tillförsel.

SGT-300 är en industriell gasturbin med en märkeffekt på 7,9 MW (se tabell 1), som kombinerar en enkel, pålitlig design med den senaste tekniken.

Tabell 1. Specifikationer för SGT-300 för mekanisk drivning och kraftproduktion

1) Elektrisk 2) Axelmonterad

Ris. 1. Struktur för gasgeneratorn SGT-300

För industriell kraftgenerering används en enaxlad version av gasturbinen SGT-300 (se fig. 1). Den är idealisk för kombinerad värme- och kraftproduktion (CHP). SGT-300 gasturbinen är en industriell gasturbin, ursprungligen designad för produktion och har följande driftsfördelar för driftorganisationer:

Elektrisk effektivitet - 31%, vilket är i genomsnitt 2-3% högre än effektiviteten hos gasturbiner med lägre effekt, på grund av det högre effektivitetsvärdet uppnås en ekonomisk effekt på att spara bränslegas;

Gasgeneratorn är utrustad med en torr förbränningskammare med låga utsläpp som använder DLE-teknik, vilket gör det möjligt att uppnå nivåer av NOx- och CO-utsläpp som är mer än 2,5 gånger lägre än de som fastställs av regulatoriska dokument;

GTP har goda dynamiska egenskaper på grund av sin enaxliga design och säkerställer stabil drift av generatorn i händelse av fluktuationer i belastningen på det externa anslutna nätverket;

Den industriella utformningen av gasturbinen ger lång livslängd och är optimal när det gäller att organisera servicearbeten som utförs på driftplatsen;

En betydande minskning av byggnadens fotavtryck, såväl som investeringskostnader, inklusive inköp av fabriksomfattande mekanisk och elektrisk utrustning, dess installation och driftsättning, vid användning av en lösning baserad på SGT-300 (Fig. 2).

Ris. 2. Vikt- och storleksegenskaper hos SGT-300-blocket

Den totala drifttiden för den installerade flottan av SGT-300 är mer än 6 miljoner timmar, med driftstiden för den ledande GTU 151 tusen timmar Tillgänglighet/tillgänglighetsförhållande - 97,3%, tillförlitlighetsförhållande - 98,2%.

OPRA (Nederländerna) är en ledande leverantör av energisystem baserade på gasturbiner. OPRA utvecklar, tillverkar och marknadsför toppmoderna gasturbinmotorer runt 2 MW. Bolagets nyckelverksamhet är produktion av el för olje- och gasindustrin.

Den pålitliga OPRA OP16-motorn ger högre prestanda till lägre kostnad och längre livslängd än någon annan turbin i sin klass. Motorn drivs med flera typer av flytande och gasformiga bränslen. Det finns en modifiering av förbränningskammaren med minskat innehåll av föroreningar i avgaserna. OPRA OP16 1,5-2,0 MW kraftverk kommer att vara en pålitlig assistent under svåra driftsförhållanden.

OPRA gasturbiner är den perfekta utrustningen för kraftgenerering i off-grid elektriska och småskaliga kraftvärmesystem. Utformningen av turbinen har varit under utveckling i mer än tio år. Resultatet är en enkel, pålitlig och effektiv gasturbinmotor, inklusive en lågemissionsmodell.

Ett utmärkande drag för tekniken för att omvandla kemisk energi till elektrisk energi i OP16 är COFARs patenterade bränsleblandningsberedning och styrsystem, som ger förbränningslägen med minimal bildning av kväve och koloxider, samt ett minimum av oförbrända bränslerester. Den patenterade geometrin hos den radiella turbinen och den generellt fribärande utformningen av den utbytbara patronen, inklusive axel, lager, centrifugalkompressor och turbin, är också original.

Specialisterna från OPRA och MES Engineering utvecklade konceptet att skapa ett unikt enhetligt tekniskt komplex för avfallshantering. Av de 55-60 miljoner ton av allt MSW som genereras i Ryssland per år faller en femtedel - 11,7 miljoner ton - på huvudstadsregionen (3,8 miljoner ton - Moskva-regionen, 7,9 miljoner ton - Moskva). Samtidigt tas 6,6 miljoner ton hushållsavfall bort från Moskva utanför Moskvas ringväg. Således lägger sig mer än 10 miljoner ton sopor i Moskvaregionen. Sedan 2013 har 22 av 39 deponier i Moskvaregionen stängts.De bör ersättas av 13 avfallssorteringskomplex, som tas i drift 2018-2019, samt fyra avfallsförbränningsanläggningar. Samma situation förekommer i de flesta andra regioner. Det är dock inte alltid lönsamt att bygga stora avfallsbearbetningsanläggningar, så problemet med avfallshantering är mycket relevant.

Det utvecklade konceptet med ett enda tekniskt komplex kombinerar helt radiella OPRA-anläggningar med hög tillförlitlighet och effektivitet med MES-förgasnings-/pyrolyssystemet, som möjliggör effektiv omvandling av olika typer av avfall (inklusive MSW, oljeslam, förorenad mark, biologisk och medicinsk avfall, träbearbetning, sliprar, etc.) till ett utmärkt bränsle för att generera värme och elektricitet. Som ett resultat av ett långsiktigt samarbete har ett standardiserat avfallshanteringskomplex med en kapacitet på 48 ton/dag designats och är under implementering. (Fig. 3).

Ris. 3. Allmän layout av ett smed en kapacitet på 48 ton/dag.

Anläggningen omfattar en MES-förgasningsenhet med en avfallslagringsplats, två OPRA gasturbiner med en total elektrisk effekt på 3,7 MW och en termisk effekt på 9 MW, samt olika hjälp- och skyddssystem.

Genomförandet av ett sådant komplex gör det möjligt på ett område på 2 hektar att få en möjlighet till autonom energi- och värmeförsörjning till olika industriella och kommunala anläggningar, samtidigt som man löser frågan om återvinning av olika typer av hushållsavfall.

Skillnaderna mellan den utvecklade komplexa och befintliga tekniken beror på den unika kombinationen av de föreslagna teknologierna. Små (2 t/h) volymer förbrukat avfall, tillsammans med en liten nödvändig del av platsen, gör det möjligt att placera detta komplex direkt nära små bosättningar, industriföretag, etc., vilket avsevärt sparar pengar på den ständiga transporten av avfall till deras bortskaffningsplatser. Komplett autonomi för komplexet gör att du kan distribuera det nästan var som helst. Användningen av det utvecklade standardprojektet, modulära strukturer och den maximala graden av fabriksberedskap för utrustningen gör det möjligt att minimera byggtiden till 1-1,5 år. Användningen av ny teknik garanterar komplexets högsta miljövänlighet. MES-förgasningsenheten producerar samtidigt gas- och vätskefraktioner av bränsle, och på grund av OPRA GTU:s dubbelbränslekaraktär används de samtidigt, vilket ökar bränsleflexibiliteten och strömförsörjningens tillförlitlighet. OPRA GTU:s låga krav på bränslekvalitet ökar tillförlitligheten hos hela systemet. MES-anläggningen tillåter användning av avfall med en fukthalt på upp till 85%, därför krävs ingen avfallstorkning, vilket ökar effektiviteten för hela komplexet. Den höga temperaturen hos avgaserna från OPRA GTU gör det möjligt att tillhandahålla tillförlitlig värmeförsörjning med varmvatten eller ånga (upp till 11 ton ånga per timme vid 12 bar). Projektet är standard och skalbart, vilket möjliggör bortskaffande av valfri mängd avfall.

Beräkningarna visar att kostnaden för elproduktion kommer att vara från 0,01 till 0,03 euro per 1 kWh, vilket visar projektets höga ekonomiska effektivitet. Således bekräftade OPRA-företaget återigen sitt fokus på att utöka utbudet av bränslen som används och öka bränsleflexibiliteten, samt fokusera på maximal användning av "gröna" teknologier i sin utveckling.

En turbin är vilken roterande enhet som helst som använder energin från en rörlig arbetsvätska (vätska) för att producera arbete. Typiska turbinvätskor är: vind, vatten, ånga och helium. Väderkvarnar och vattenkraftverk har använt turbiner i decennier för att vända elektriska generatorer och producera energi för industri och bostäder. Enkla turbiner har varit kända mycket längre, den första av dem dök upp i antikens Grekland.

I kraftproduktionens historia dök dock själva gasturbinerna upp för inte så länge sedan. Den första praktiska gasturbinen började generera elektricitet i Neuchatel, Schweiz 1939. Det utvecklades av Brown Boveri Company. Den första gasturbinen som drev ett flygplan körde också 1939 i Tyskland, med en gasturbin designad av Hans P. von Ohain. I England på 1930-talet ledde Frank Whittles uppfinning och design av gasturbinen till den första turbindrivna flygningen 1941.

Figur 1. Schema för en flygplansturbin (a) och en gasturbin för markanvändning (b)

Termen "gasturbin" är lätt missvisande eftersom det för många betyder en turbinmotor som använder gas som bränsle. Faktum är att en gasturbin (visad schematiskt i figur 1) har en kompressor som tillför och komprimerar gas (vanligtvis luft); förbränningskammaren, där förbränningen av bränsle värmer upp den komprimerade gasen och själva turbinen, som utvinner energi från flödet av heta, komprimerade gaser. Denna energi är tillräcklig för att driva kompressorn och finns kvar för användbara applikationer. En gasturbin är en förbränningsmotor (ICE) som använder kontinuerlig förbränning av bränsle för att producera användbart arbete. I detta skiljer sig turbinen från förgasar- eller dieselförbränningsmotorer, där förbränningsprocessen är intermittent.

Sedan användningen av gasturbiner började 1939 samtidigt inom kraftindustrin och inom flyget, används olika namn för flyg och landbaserade gasturbiner. Flyggasturbiner kallas turbojet- eller jetmotorer, och andra gasturbiner kallas gasturbinmotorer. På engelska finns det ännu fler namn på dessa, generellt sett, motorer av samma typ.

Användning av gasturbiner

I ett flygplansturbojet driver energin från turbinen en kompressor som drar in luft i motorn. Den heta gasen som lämnar turbinen drivs ut i atmosfären genom avgasmunstycket, vilket skapar dragkraft. På fig. 1a visar ett diagram över en turbojetmotor.

Figur 2. Schematisk representation av en turbojetmotor för ett flygplan.

En typisk turbojetmotor visas i fig. 2. Sådana motorer skapar dragkraft från 45 kgf till 45 000 kgf med en egenvikt på 13 kg till 9 000 kg. De minsta motorerna driver kryssningsmissiler, de största - enorma flygplan. Gasturbinen i fig. 2 är en turbofläktmotor med en kompressor med stor diameter. Drivkraft skapas både av luften som sugs in av kompressorn och luften som passerar genom själva turbinen. Motorn är stor och kan generera hög dragkraft vid låga starthastigheter, vilket gör den till den mest lämpliga för kommersiella flygplan. Turbojetmotorn har ingen fläkt och skapar dragkraft med luft som passerar helt genom gasbanan. Turbojets har små frontdimensioner och producerar mest dragkraft vid höga hastigheter, vilket gör dem mest lämpade för användning i stridsflygplan.

I icke-aeronautiska gasturbiner används en del av energin från turbinen för att driva kompressorn. Den återstående energin - "nyttig energi" tas bort från turbinaxeln vid en energiutnyttjandeanordning såsom en elektrisk generator eller en fartygspropeller.

En typisk landbaserad gasturbin visas i fig. 3. Sådana installationer kan generera energi från 0,05 MW till 240 MW. Inställningen som visas i fig. 3 är en gasturbin härledd från flygplanet, men lättare. Tyngre enheter är designade speciellt för markanvändning och kallas industriturbiner. Medan flygplansbaserade turbiner i allt högre grad används som primära kraftgeneratorer, används de fortfarande oftast som kompressorer för att pumpa naturgas, driva fartyg och användas som kompletterande kraftgeneratorer under perioder med hög efterfrågan. Gasturbingeneratorer kan slå på snabbt och leverera energi när det behövs som mest.

Figur 3. Den enklaste enstegs, landbaserade gasturbinen. Till exempel inom energi. 1 - kompressor, 2 - förbränningskammare, 3 - turbin.

De viktigaste fördelarna med en gasturbin är:

1. Den kan generera mycket kraft med en relativt liten storlek och vikt.
2. Gasturbinen arbetar i ett konstant rotationsläge, till skillnad från kolvmotorer som arbetar med konstant växlande belastning. Därför håller turbiner länge och kräver relativt lite underhåll.
3. Även om gasturbinen startas med hjälp av hjälputrustning som elmotorer eller en annan gasturbin, tar det bara några minuter att starta den. Som jämförelse mäts starttiden för en ångturbin i timmar.
4. En gasturbin kan använda en mängd olika bränslen. Stora landbaserade turbiner använder vanligtvis naturgas, medan flygturbiner tenderar att använda lätta destillat (fotogen). Dieselbränsle eller specialbehandlad eldningsolja kan också användas. Det är också möjligt att använda brännbara gaser från processen för pyrolys, förgasning och oljeraffinering, samt biogas.
5. Typiskt använder gasturbiner atmosfärisk luft som arbetsvätska. När man genererar el behöver en gasturbin inte kylvätska (som vatten).

Tidigare var en av de största nackdelarna med gasturbiner deras låga verkningsgrad jämfört med andra förbränningsmotorer eller ångturbiner i kraftverk. Men under de senaste 50 åren har förbättringar i deras design ökat den termiska verkningsgraden från 18 % 1939 på en Neuchatel gasturbin till den nuvarande verkningsgraden på 40 % i enkel cykeldrift och cirka 55 % i kombinerad cykel (mer om det nedan) . I framtiden kommer effektiviteten hos gasturbiner att öka ännu mer, med verkningsgraden som förväntas stiga till 45-47 % i den enkla cykeln och upp till 60 % i den kombinerade cykeln. Dessa förväntade verkningsgrader är avsevärt högre än andra vanliga motorer såsom ångturbiner.

Gasturbinens cykler

Sekvensdiagrammet visar vad som händer när luft kommer in, passerar genom gasbanan och lämnar gasturbinen. Vanligtvis visar ett cyklogram sambandet mellan luftvolym och systemtryck. På fig. Figur 4a visar Brayton-cykeln, som visar förändringen i egenskaperna hos en fast volym luft som passerar genom en gasturbin under dess drift. Nyckelområdena i detta cyklogram visas också i den schematiska representationen av gasturbinen i fig. 4b.

Figur 4a. Brayton-cykeldiagram i P-V-koordinater för arbetsvätskan, som visar arbetsflödena (W) och värme (Q).

Figur 4b. Schematisk illustration av en gasturbin som visar punkter från Braytons cykeldiagram.

Luften komprimeras från punkt 1 till punkt 2. Gasens tryck ökar samtidigt som gasens volym minskar. Luften värms sedan upp med konstant tryck från punkt 2 till punkt 3. Denna värme produceras genom att bränslet förs in i förbränningskammaren och brinner kontinuerligt.

Varm tryckluft från punkt 3 börjar expandera mellan punkt 3 och 4. Trycket och temperaturen i detta intervall faller och gasvolymen ökar. I motorn i fig. 4b representeras detta av gasflödet från punkt 3 genom turbinen till punkt 4. Detta producerar energi som sedan kan användas. I fig. 1a riktas flödet från punkt 3" till punkt 4 genom utloppsmunstycket och producerar dragkraft. "Användbart arbete" i fig. 4a visas av kurvan 3'-4. Detta är den energi som kan driva drivaxeln hos en markturbin eller skapa dragkraft för en flygplansmotor Cykeln Brighton avslutas i fig. 4 med en process där luftens volym och temperatur minskar när värme släpps ut i atmosfären.

Figur 5. Slutet system.

De flesta gasturbiner arbetar i ett öppet cykelläge. I en öppen krets tas luft från atmosfären (punkt 1 i fig. 4a och 4b) och drivs tillbaka till atmosfären vid punkt 4, så att den heta gasen kyls i atmosfären efter att den drivits ut ur motorn. I en gasturbin som arbetar i en sluten cykel används arbetsvätskan (vätska eller gas) konstant för att kyla avgaserna (vid punkt 4) i värmeväxlaren (visas schematiskt i fig. 5) och skickas till kompressorns inlopp. . Eftersom en sluten volym med en begränsad mängd gas används är en sluten turbin inte en förbränningsmotor. I ett slutet kretsloppssystem kan förbränningen inte upprätthållas och den konventionella förbränningskammaren ersätts av en sekundär värmeväxlare som värmer upp den komprimerade luften innan den kommer in i turbinen. Värmen tillhandahålls av en extern källa, såsom en kärnreaktor, en koleldad virvelbäddsugn eller annan värmekälla. Det föreslogs att använda gasturbiner med sluten cykel vid flygningar till Mars och andra långsiktiga rymdflygningar.

En gasturbin som är konstruerad och driven enligt Bryson-cykeln (Figur 4) kallas en enkel cykelgasturbin. De flesta gasturbiner på flygplan arbetar på en enkel cykel för att hålla motorns vikt och frontdimension så liten som möjligt. Men för användning på land eller till sjöss blir det möjligt att lägga till ytterligare utrustning till den enkla cykelturbinen för att öka effektiviteten och/eller kraften hos motorn. Tre typer av modifieringar används: regenerering, mellankyla och dubbelvärme.

Regeneration tillhandahåller installation av en värmeväxlare (återvinnare) på vägen för avgaser (punkt 4 i fig. 4b). Tryckluft från punkt 2 i fig. 4b förvärms på värmeväxlaren av avgaser innan den går in i förbränningskammaren (fig. 6a).

Om regenereringen är väl implementerad, det vill säga värmeväxlarens effektivitet är hög, och tryckfallet i den är litet, blir effektiviteten större än med en enkel turbincykel. Men kostnaden för regeneratorn bör också beaktas. Regeneratorerna användes i gasturbinmotorer i Abrams M1-tankar - huvudstridstanken i Operation Desert Storm - och i experimentella gasturbinmotorer för fordon. Gasturbiner med regenerering ökar effektiviteten med 5-6 % och deras effektivitet är ännu högre när de arbetar under dellast.

Mellankylning innebär också användning av värmeväxlare. En intercooler (intercooler) kyler gasen under dess kompression. Till exempel, om kompressorn består av två moduler, högt och lågt tryck, bör en intercooler installeras mellan dem för att kyla gasflödet och minska mängden arbete som krävs för att komprimera i högtryckskompressorn (fig. 6b). Kylmedlet kan vara atmosfärisk luft (så kallade luftkylare) eller vatten (t.ex. havsvatten i en fartygsturbin). Det är lätt att visa att effekten av en gasturbin med en väldesignad intercooler ökar.

dubbel uppvärmning används i turbiner och är ett sätt att öka effektuttaget från en turbin utan att ändra driften av kompressorn eller öka turbinens driftstemperatur. Om gasturbinen har två moduler, högt och lågt tryck, så används en överhetare (vanligtvis en annan brännare) för att värma upp gasflödet mellan hög- och lågtrycksturbinerna (fig. 6c). Det kan öka uteffekten med 1-3%. Dubbel uppvärmning i flygplansturbiner realiseras genom att lägga till en efterbrännare vid turbinmunstycket. Detta ökar dragkraften, men ökar bränsleförbrukningen avsevärt.

Kombinerat gasturbinkraftverk förkortas ofta som CCGT. Med kombinerad cykel avses ett kraftverk där en gasturbin och en ångturbin används tillsammans för att uppnå högre effektivitet än när de används separat. Gasturbinen driver en elektrisk generator. Turbinavgaser används för att producera ånga i en värmeväxlare, denna ånga driver en ångturbin som även producerar el. Om ånga används för uppvärmning kallas anläggningen för ett kraftvärmeverk. Med andra ord, i Ryssland används ofta förkortningen CHP (Heat and Power Plant). Men på kraftvärmeverk fungerar som regel inte gasturbiner utan vanliga ångturbiner. Och den använda ångan används för uppvärmning, så CHP och CHP är inte synonyma. På fig. 7 är ett förenklat diagram över ett kraftvärmeverk, som visar två värmemotorer installerade i serie. Den översta motorn är en gasturbin. Den överför energi till den nedre motorn - ångturbinen. Ångturbinen överför sedan värmen till kondensorn.

Figur 7. Diagram över ett kombikraftverk.

Effektiviteten för den kombinerade cykeln \(\nu_(cc) \) kan representeras av ett ganska enkelt uttryck: \(\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R \) Med andra ord, det är summan av effektiviteten för vart och ett av stegen minus deras arbete. Denna ekvation visar varför kraftvärme är så effektivt. Antag att \(\nu_B = 40%\) är en rimlig övre gräns för effektiviteten hos en gasturbin med Brayton-cykel. En rimlig uppskattning av effektiviteten hos en ångturbin som arbetar på Rankine-cykeln i det andra steget av kraftvärme är \(\nu_R = 30% \). Genom att ersätta dessa värden i ekvationen får vi: \(\nu_(cc) = 0,40 + 0,30 - 0,40 \ gånger 0,3 = 0,70 - 0,12 = 0,58 \). Det vill säga effektiviteten för ett sådant system kommer att vara 58%.

Detta är den övre gränsen för effektiviteten hos ett kraftvärmeverk. Den praktiska effektiviteten blir lägre på grund av den oundvikliga förlusten av energi mellan stegen. Praktiskt taget i de kraftvärmesystem som tagits i drift de senaste åren har en verkningsgrad på 52-58 % uppnåtts.

Gasturbinkomponenter

Driften av en gasturbin är bäst uppdelad i tre delsystem: kompressor, förbränningskammare och turbin, som visas i fig. 1. Därefter kommer vi kortfattat att granska vart och ett av dessa delsystem.

Kompressorer och turbiner

Kompressorn är kopplad till turbinen med en gemensam axel så att turbinen kan vrida kompressorn. En enaxlad gasturbin har en enda axel som förbinder turbinen och kompressorn. En tvåaxlad gasturbin (fig. 6b och 6c) har två koniska axlar. Den längre är kopplad till en lågtryckskompressor och en lågtrycksturbin. Den roterar inuti en kortare ihålig axel som förbinder högtryckskompressorn med högtrycksturbinen. Axeln som förbinder turbinen och högtryckskompressorn roterar snabbare än axeln på turbinen och lågtryckskompressorn. En treaxlad gasturbin har en tredje axel som förbinder turbinen och mellantryckskompressorn.

Gasturbiner kan vara centrifugala eller axiella, eller en kombination. Centrifugalkompressorn, i vilken tryckluft kommer ut runt maskinens yttre omkrets, är pålitlig, kostar vanligtvis mindre, men är begränsad till ett kompressionsförhållande på 6-7 till 1. De användes flitigt förr och används fortfarande idag i små gasturbiner.

I mer effektiva och produktiva axialkompressorer kommer tryckluft ut längs mekanismens axel. Detta är den vanligaste typen av gaskompressor (se figur 2 och 3). Centrifugalkompressorer består av ett stort antal identiska sektioner. Varje sektion innehåller ett roterande hjul med turbinblad och ett hjul med fasta blad (statorer). Sektionerna är arrangerade på ett sådant sätt att den komprimerade luften sekventiellt passerar genom varje sektion och ger en del av sin energi till var och en av dem.

Turbiner har en enklare design än en kompressor, eftersom det är svårare att komprimera gasflödet än att få det att expandera tillbaka. Axiella turbiner som de som visas i fig. 2 och 3 har färre sektioner än en centrifugalkompressor. Det finns små gasturbiner som använder centrifugalturbiner (med radiell gasinjektion), men axiella turbiner är vanligast.

Konstruktionen och tillverkningen av en turbin är svår eftersom det krävs för att öka livslängden för komponenterna i den heta gasströmmen. Frågan om tillförlitlighet i konstruktionen är mest kritisk i turbinens första steg, där temperaturen är högst. Specialmaterial och ett sofistikerat kylsystem används för att tillverka turbinblad som smälter vid en temperatur på 980-1040 grader Celsius i en gasström vars temperatur når 1650 grader Celsius.

Förbränningskammaren

En framgångsrik förbränningskammardesign måste uppfylla många krav, och dess korrekta design har varit en utmaning sedan Whittle- och von Ohin-turbinernas dagar. Den relativa betydelsen av vart och ett av kraven för förbränningskammaren beror på turbinens tillämpning och, naturligtvis, kommer vissa krav i konflikt med varandra. När man designar en förbränningskammare är kompromisser oundvikliga. De flesta designkraven är relaterade till motorns pris, effektivitet och miljövänlighet. Här är en lista över grundläggande krav för en förbränningskammare:

1. Hög bränsleförbränningseffektivitet under alla driftsförhållanden.
2. Låg bränsleförbränning och kolmonoxid (kolmonoxid) utsläpp, låga kväveoxidutsläpp under tung belastning och inga synliga rökutsläpp (minimering av miljöföroreningar).
3. Litet tryckfall när gas passerar genom förbränningskammaren. 3-4 % tryckförlust är ett typiskt tryckfall.
4. Förbränningen ska vara stabil i alla driftsätt.
5. Förbränningen måste vara stabil vid mycket låga temperaturer och lågt tryck på hög höjd (för flygplansmotorer).
6. Förbränningen ska vara jämn, utan pulseringar eller störningar.
7. Temperaturen måste vara stabil.
8. Lång livslängd (tusentals timmar), speciellt för industriturbiner.
9. Förmåga att använda olika typer av bränsle. Landturbiner använder vanligtvis naturgas eller diesel. För flygfotogenturbiner.
10. Längden och diametern på förbränningskammaren måste matcha storleken på motorenheten.
11. Den totala kostnaden för att äga en förbränningskammare bör hållas till ett minimum (detta inkluderar initialkostnad, drift- och underhållskostnader).
12. Förbränningskammaren för flygplansmotorer måste ha en minimivikt.

Förbränningskammaren består av minst tre huvuddelar: skal, flamrör och bränsleinsprutningssystem. Skalet måste tåla arbetstrycket och kan vara en del av gasturbinkonstruktionen. Skalet tillsluter ett relativt tunnväggigt flamrör i vilket förbränning och bränsleinsprutningssystemet sker.

Jämfört med andra typer av motorer, såsom diesel- och kolvmotorer för bilar, producerar gasturbiner den minsta mängden luftföroreningar per effektenhet. Bland gasturbinutsläppen är oförbränt bränsle, kolmonoxid (kolmonoxid), kväveoxider (NOx) och rök av störst oro. Även om bidraget från flygplansturbiner till de totala utsläppen av föroreningar är mindre än 1 %, fördubblades utsläppen direkt till troposfären mellan 40 och 60 grader nordlig latitud, vilket orsakade en ökning med 20 % av ozonkoncentrationerna. I stratosfären där överljudsflygplan flyger orsakar NOx-utsläpp ozonnedbrytning. Båda effekterna skadar miljön, så att minska kväveoxider (NOx) i utsläpp från flygmotorer är vad som måste hända under 2000-talet.

Detta är en ganska kort artikel som försöker täcka alla aspekter av turbintillämpningar, från flyg till energi, utan att förlita sig på formler. För att bli bättre bekant med ämnet kan jag rekommendera boken "Gasturbin i järnvägstransport" http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html. Om du hoppar över kapitlen som rör detaljerna kring användningen av turbiner på järnvägen är boken fortfarande mycket förståelig, men mycket mer detaljerad.

En turbin är en motor i vilken den potentiella energin hos en komprimerbar vätska omvandlas till kinetisk energi i skovelapparaten, och den senare i pumphjulen till mekaniskt arbete som överförs till en kontinuerligt roterande axel.

Ångturbiner representerar genom sin design en värmemotor som är ständigt i drift. Under drift kommer överhettad eller mättad vattenånga in i flödesvägen och, på grund av dess expansion, tvingar rotorn att rotera. Rotation uppstår som ett resultat av att ångflödet verkar på bladapparaten.

Ångturbinen är en del av ångturbinens design, som är designad för att generera energi. Det finns även installationer som förutom el kan generera termisk energi – ångan som passerat genom ångbladen kommer in i nätverkets varmvattenberedare. Denna typ av turbin kallas industrikraftvärme eller kraftvärmetyp av turbiner. I det första fallet tillhandahålls ångextraktion för industriella ändamål i turbinen. Komplett med en generator är en ångturbin en turbinenhet.

Typer av ångturbiner

Turbiner delas upp, beroende på i vilken riktning ångan rör sig, i radiella och axiella turbiner. Ångflödet i radiella turbiner är riktat vinkelrätt mot axeln. Ångturbiner kan vara en-, två- och trefasiga. Ångturbinen är utrustad med en mängd olika tekniska anordningar som förhindrar inträngning av omgivande luft i höljet. Dessa är en mängd olika tätningar, som förses med vattenånga i en liten mängd.

En säkerhetsregulator är placerad på den främre delen av axeln, utformad för att stänga av ångtillförseln när turbinhastigheten ökar.

Egenskaper för huvudparametrarna för de nominella värdena

· Turbinens märkeffekt- den maximala effekt som turbinen måste utveckla under lång tid vid terminalerna på den elektriska generatorn, med normala värden för huvudparametrarna eller när de ändras inom de gränser som specificeras av industri- och statliga standarder. En kontrollerad ångutvinningsturbin kan utveckla effekt över sin nominella effekt om detta är i enlighet med hållfasthetsförhållandena för dess delar.

· Turbin ekonomisk kraft- den effekt med vilken turbinen arbetar med störst effektivitet. Beroende på parametrarna för levande ånga och syftet med turbinen kan märkeffekten vara lika med den ekonomiska effekten eller mer med 10-25%.

· Nominell temperatur för regenerativ matarvattenuppvärmning- temperaturen på matarvattnet nedströms den sista värmaren i vattnets riktning.

· Nominell kylvattentemperatur- temperaturen på kylvattnet vid inloppet till kondensorn.

gasturbin(fr. turbin från lat. turbo virvel, rotation) är en kontinuerlig värmemotor, i vars bladapparat energin från komprimerad och uppvärmd gas omvandlas till mekaniskt arbete på axeln. Den består av en rotor (blad fästa på skivor) och en stator (ledskovlar fästa i huset).

Gas med hög temperatur och högt tryck kommer in genom turbinmunstycksanordningen in i lågtrycksområdet bakom munstycksdelen, samtidigt som den expanderar och accelererar. Vidare kommer gasflödet in i turbinbladen, vilket ger dem en del av dess kinetiska energi och ger vridmoment till bladen. Rotorbladen överför vridmoment genom turbinskivorna till axeln. Användbara egenskaper hos en gasturbin: en gasturbin, till exempel, driver en generator som är placerad på samma axel som den, vilket är det användbara arbetet med en gasturbin.

Gasturbiner används som en del av gasturbinmotorer (används för transport) och gasturbinenheter (används vid termiska kraftverk som en del av stationära GTU:er, CCGT). Gasturbiner beskrivs av Braytons termodynamiska cykel, där luft först komprimeras adiabatiskt, sedan förbränns vid konstant tryck och sedan adiabatiskt expanderas tillbaka till starttrycket.

Typer av gasturbiner

- Flygplan och jetmotorer

- Extra kraftenhet

- Industriella gasturbiner för elproduktion

- Turboaxelmotorer

- Radiella gasturbiner

- Mikroturbiner

Mekaniskt kan gasturbiner vara betydligt enklare än fram- och återgående förbränningsmotorer. Enkla turbiner kan ha en rörlig del: axel/kompressor/turbin/alternativ rotorenhet (se bilden ovan), inklusive bränslesystemet.

Mer komplexa turbiner (de som används i moderna jetmotorer) kan ha flera axlar (spolar), hundratals turbinblad, rörliga statorblad och ett omfattande system av komplexa rörledningar, förbränningskammare och värmeväxlare.

Som en allmän regel gäller att ju mindre motorn är, desto högre hastighet på axeln eller axlarna krävs för att bibehålla den maximala linjära hastigheten för bladen. Turbinbladens maximala hastighet bestämmer det maximala tryck som kan uppnås, vilket resulterar i maximal effekt, oavsett motorstorlek. Jetmotorn roterar med cirka 10 000 rpm och mikroturbinen med cirka 100 000 rpm.

Artikeln beskriver hur verkningsgraden för den enklaste gasturbinen beräknas, tabeller över olika gasturbiner och kombianläggningar ges för att jämföra deras verkningsgrad och andra egenskaper.

När det gäller industriell användning av gasturbin- och ånggasteknik har Ryssland släpat långt efter världens avancerade länder.

Världsledare inom produktion av högkapacitetsgas- och kombinerade kraftverk: GE, Siemens Wistinghouse, ABB - uppnådde värden för enhetseffekt för gasturbinanläggningar på 280-320 MW och en verkningsgrad på över 40 %, med en utnyttjande av ångkraftsöverbyggnad i en kombinerad cykelcykel (även kallad binär) - kapaciteter på 430-480 MW med effektivitet upp till 60%. Om du har frågor om tillförlitligheten av CCGT - läs artikeln.

Dessa imponerande siffror fungerar som riktmärken för att fastställa utvecklingsvägarna för kraftverksindustrin i Ryssland.

Hur bestäms effektiviteten hos en gasturbin?

Här är ett par enkla formler för att visa vad effektiviteten hos en gasturbinanläggning är:

Turbinens inre kraft:

• Nt = Gex * Lt, där Lt är turbinens drift, Gex är flödeshastigheten för avgaserna;

GTU intern ström:

• Ni gtu \u003d Nt - Nk, där Nk är den interna kraften hos luftkompressorn;

GTU effektiv effekt:

• Nef \u003d Ni gtu * Effektivitetsmekanism, effektivitetsmekanism - effektivitet förknippad med mekaniska förluster i lager, kan tas till 0,99

Elkraft:

• Nel \u003d Ne * T.ex. effektivitet, där verkningsgrad t.ex. är verkningsgraden förknippad med förluster i den elektriska generatorn, kan vi ta 0,985

Tillgänglig bränslevärme:

• Qsp = Gtop * Qrn, där Gref - bränsleförbrukning, Qrn - det lägsta arbetsvärmevärdet för bränslet

Absolut elektrisk verkningsgrad för en gasturbinanläggning:

• Effektivitet \u003d Nel / Q dist

CCGT effektivitet är högre än GTU effektivitet eftersom kombianläggningen använder värmen från gasturbinens avgaser. En spillvärmepanna är installerad bakom gasturbinen, i vilken värme från gasturbinens avgaser överförs till arbetsvätskan (matarvatten), den genererade ångan skickas till ångturbinen för att generera el och värme.

Läs också: Hur man väljer en gasturbinanläggning för en CCGT-anläggning

CCGT-effektivitet representeras vanligtvis av förhållandet:

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

B är graden av binaritet för cykeln

Effektivitet PSU - Effektivitet för ett ångkraftverk

• B = Qks/(Qks+Qku)

Qks är värmen från bränsle som förbränns i en gasturbins förbränningskammare

Qku - värme av ytterligare bränsle som bränns i spillvärmepannan

Samtidigt noteras att om Qku = 0, så är B = 1, dvs installationen är helt binär.

Inverkan av graden av binaritet på CCGT-effektiviteten

Låt oss sekventiellt presentera tabeller med egenskaperna för effektiviteten hos gasturbiner och efter dem indikatorerna för CCGT med dessa gasmotorer, och jämför effektiviteten hos en enskild gasturbin och effektiviteten hos CCGT.

Egenskaper hos moderna kraftfulla gasturbiner

ABB gasturbiner

Kombianläggningar med ABB gasturbiner

GE gasturbiner

Läs också: Varför bygga kombinerade värmekraftverk? Vilka är fördelarna med kombianläggningar.

Kombianläggningar med GE gasturbiner

Siemens gasturbiner

Kombianläggningar med Siemens gasturbiner

Westinghouse-Mitsubishi-Fiat gasturbiner

Termisk turbin med konstant verkan, där den termiska energin hos komprimerad och uppvärmd gas (vanligtvis bränsleförbränningsprodukter) omvandlas till mekaniskt rotationsarbete på en axel; är ett strukturellt element i en gasturbinmotor.

Uppvärmning av komprimerad gas sker som regel i förbränningskammaren. Det är också möjligt att utföra uppvärmning i en kärnreaktor etc. Gasturbiner kom först i slutet av 1800-talet. som gasturbinmotor och designmässigt närmade man sig en ångturbin. Strukturellt sett är en gasturbin en serie ordnade, fasta bladkanter på munstycksanordningen och roterande fälgar på pumphjulet, vilka som ett resultat bildar en flödesdel. Turbinsteget är en munstycksapparat kombinerad med ett pumphjul. Scenen består av en stator, som inkluderar stationära delar (hus, munstycksblad, mantelringar), och en rotor, som är en uppsättning roterande delar (såsom rotorblad, skivor, axel).

Klassificeringen av en gasturbin utförs enligt många designegenskaper: i gasflödets riktning, antalet steg, metoden för att använda värmeskillnaden och metoden för att tillföra gas till pumphjulet. I gasflödets riktning kan gasturbiner särskiljas axiella (den vanligaste) och radiella, samt diagonala och tangentiella. I axiella gasturbiner transporteras flödet i meridionalsektionen huvudsakligen längs turbinens hela axel; i radiella turbiner är den tvärtom vinkelrät mot axeln. Radiella turbiner är uppdelade i centripetal och centrifugal. I en diagonalturbin strömmar gasen i någon vinkel mot turbinens rotationsaxel. Impellern på en tangentiell turbin har inga skovlar; sådana turbiner används vid mycket låga gasflöden, vanligtvis i mätinstrument. Gasturbiner är en-, dubbel- och flerstegs.

Antalet steg bestäms av många faktorer: syftet med turbinen, dess designschema, den totala effekten och utvecklas av ett steg, såväl som det aktiverade tryckfallet. Enligt metoden att använda den tillgängliga värmeskillnaden särskiljs turbiner med hastighetssteg, där endast flödet vrids i pumphjulet, utan tryckförändring (aktiva turbiner), och turbiner med trycksteg, där trycket minskar både i munstycksapparat och på rotorbladen (jetturbiner). I partiella gasturbiner tillförs gas till pumphjulet längs en del av munstycksapparatens omkrets eller längs hela dess omkrets.

I en flerstegsturbin består energiomvandlingsprocessen av ett antal successiva processer i enskilda steg. Komprimerad och uppvärmd gas tillförs munstycksapparatens mellanbladskanaler med en initial hastighet, där, i expansionsprocessen, en del av det tillgängliga värmefallet omvandlas till den kinetiska energin hos utflödesstrålen. Ytterligare expansion av gasen och omvandlingen av värmefallet till användbart arbete sker i pumphjulets mellanbladskanaler. Gasflödet, som verkar på rotorbladen, skapar ett vridmoment på turbinens huvudaxel. I detta fall minskar gasens absoluta hastighet. Ju lägre denna hastighet är, desto större del av gasenergin omvandlas till mekaniskt arbete på turbinaxeln.

Verkningsgrad kännetecknar effektiviteten hos gasturbiner, vilket är förhållandet mellan det arbete som avlägsnas från schaktet och den tillgängliga gasenergin framför turbinen. Den effektiva effektiviteten hos moderna flerstegsturbiner är ganska hög och når 92-94%.

Principen för driften av en gasturbin är som följer: gas sprutas in i förbränningskammaren av en kompressor, blandas med luft, bildar en bränsleblandning och antänds. De resulterande förbränningsprodukterna med hög temperatur (900-1200 ° C) passerar genom flera rader av blad monterade på turbinaxeln och får turbinen att rotera. Den resulterande mekaniska energin från axeln överförs genom en växellåda till en generator som genererar elektricitet.

Värmeenergi gaser som lämnar turbinen kommer in i värmeväxlaren. I stället för att producera elektricitet kan turbinens mekaniska energi användas för att driva olika pumpar, kompressorer etc. Det vanligaste bränslet för gasturbiner är naturgas, även om detta inte kan utesluta möjligheten att använda andra typer av gasformiga bränslen . Men samtidigt är gasturbiner mycket nyckfulla och ställer höga krav på kvaliteten på dess beredning (vissa mekaniska inneslutningar, fuktighet är nödvändiga).

Temperaturen på gaser som lämnar turbinen är 450-550 ° С. Det kvantitativa förhållandet mellan termisk energi och elektrisk energi i gasturbiner sträcker sig från 1,5: 1 till 2,5: 1, vilket gör det möjligt att bygga kraftvärmesystem som skiljer sig åt i typen av kylmedel:

1) direkt (direkt) användning av heta avgaser;
2) produktion av låg- eller medeltrycksånga (8-18 kg/cm2) i en extern panna;
3) produktion av varmvatten (bättre när den erforderliga temperaturen överstiger 140 °C);
4) produktion av högtrycksånga.

Ett stort bidrag till utvecklingen av gasturbiner gjordes av sovjetiska forskare B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov och andra. skapandet av gasturbiner för stationära och mobila gasturbinanläggningar uppnåddes av utländska företag (det schweiziska Brown-Boveri, där den berömda slovakiske vetenskapsmannen A. Stodola arbetade, och Sulzer, amerikanska General Electric, etc.).

I framtiden beror utvecklingen av gasturbiner på möjligheten att öka gastemperaturen framför turbinen. Detta beror på skapandet av nya värmebeständiga material och pålitliga kylsystem för rotorblad med en betydande förbättring av flödesvägen etc.

Tack vare den omfattande övergången på 1990-talet. naturgas som huvudbränsle för elproduktion har gasturbiner ockuperat ett betydande segment av marknaden. Trots att utrustningens maximala effektivitet uppnås vid kapaciteter från 5 MW och högre (upp till 300 MW), producerar vissa tillverkare modeller i intervallet 1-5 MW.

Gasturbiner används i flyg och kraftverk.

• Föregående: GAS ANALYZER
• Följande: GASMOTOR