Miben különbözik a gázturbina a gőzturbinától? Gázturbina felépítése és működési elve. Dugattyús és gázturbinás motorok közvetlen összehasonlítása
Folyamatos hőturbina, amelyben a sűrített és felmelegített gáz (általában égéstermékek) hőenergiáját egy tengelyen mechanikus forgómunkává alakítják át; gázturbinás motor szerkezeti eleme.
A sűrített gáz felmelegítése általában az égéstérben történik. Lehetőség van fűtésre atomreaktorban stb. is. A gázturbinák először a 19. század végén jelentek meg. gázturbinás motorként és kialakításukban közel álltak a gőzturbinához. A gázturbina szerkezetileg a fúvóka berendezés rendezetten elhelyezett álló lapátperemeinek és a járókerék forgó peremeinek sorozata, amelyek ennek eredményeként az áramlási részt alkotják. A turbinafokozat egy járókerékkel kombinált fúvókaberendezés. A színpad áll egy állórészből, amely álló részeket (ház, fúvókalapátok, kötszergyűrűk) tartalmaz, és egy forgórészből, amely forgó alkatrészek halmaza (például forgó lapátok, tárcsák, tengely).
Osztályozás gázturbina számos tervezési jellemző szerint hajtják végre: a gázáramlás iránya, a fokozatok száma, a hőkülönbség felhasználásának módja és a járókerék gázellátásának módja. A gázáramlás iránya alapján a gázturbinák megkülönböztethetők axiális (leggyakoribb) és radiális, valamint átlós és érintőleges. Az axiális gázturbinákban a meridionális szakaszban az áramlást elsősorban a turbina teljes tengelye mentén szállítják; a radiális turbináknál éppen ellenkezőleg, merőleges a tengelyre. A radiális turbinákat centripetálisra és centrifugálisra osztják. Az átlós turbinában a gáz egy bizonyos szögben áramlik a turbina forgástengelyéhez képest. A tangenciális turbina járókereke nem rendelkezik lapátokkal, az ilyen turbinákat nagyon alacsony gázáramlásra használják, általában mérőműszerekben. A gázturbinák egy-, két- és többfokozatúak.
A fokozatok számát számos tényező határozza meg: a turbina rendeltetése, kialakítása, az egy fokozat által kifejlesztett összteljesítmény, valamint a kiváltott nyomásesés. A rendelkezésre álló hőkülönbség felhasználási módja szerint megkülönböztetünk olyan fordulatszámú turbinákat, amelyeknél csak az áramlás fordul a járókerékben, nyomásváltozás nélkül (aktív turbinák), illetve a nyomásfokozatos turbinákat, amelyekben a nyomás csökken mind a fúvóka berendezésben, mind a forgórészlapátokon (sugárturbinák). Részleges gázturbináknál a gázt a járókerékhez a fúvóka berendezés kerületének egy részén vagy teljes kerülete mentén táplálják.
Egy többfokozatú turbinában az energiaátalakítási folyamat több egymást követő folyamatból áll, az egyes szakaszokban. A sűrített és felmelegített gáz kezdeti sebességgel kerül a fúvóka-berendezés lapátközi csatornáiba, ahol a tágulási folyamat során a rendelkezésre álló hőveszteség egy része átalakul kinetikus energiaáramlási patakok. A gáz további expanziója és a hőátadás hasznos munkává való átalakítása a járókerék lapátközi csatornáiban történik. A forgórészlapátokra ható gázáram nyomatékot hoz létre a turbina főtengelyén. Ebben az esetben az abszolút gázsebesség csökken. Minél kisebb ez a fordulatszám, annál több gázenergiát alakítanak át mechanikai munkává a turbina tengelyén.
A hatásfok a gázturbinák hatásfokát jellemzi, amely az aknából eltávolított munka és a turbina előtt rendelkezésre álló gázenergia aránya. A modern többfokozatú turbinák effektív hatásfoka meglehetősen magas és eléri a 92-94%-ot.
A gázturbina működési elve a következő: a gázt kompresszor szivattyúzza az égéstérbe, levegővel keveredik, tüzelőanyag-keveréket képez és meggyújtják. A keletkező magas hőmérsékletű (900-1200 °C) égéstermékek több soron áthaladnak a turbina tengelyére szerelt lapátokon, és a turbina forgásához vezetnek. A tengely így keletkező mechanikai energiáját egy sebességváltón keresztül egy generátorhoz továbbítják, amely villamos energiát termel.
Hőenergia A turbinát elhagyó gázok belépnek a hőcserélőbe. Emellett a turbina mechanikai energiáját villamosenergia-termelés helyett különféle szivattyúk, kompresszorok stb. működtetésére lehet felhasználni. A gázturbinák leggyakrabban használt tüzelőanyaga a földgáz, bár ez nem zárja ki más gáznemű tüzelőanyag felhasználásának lehetőségét sem. Ugyanakkor a gázturbinák nagyon szeszélyesek, és fokozott követelményeket támasztanak az előkészítés minőségével szemben (bizonyos mechanikai zárványok és páratartalom szükséges).
A turbinából kiáramló gázok hőmérséklete 450-550 °C. A hőenergia és az elektromos energia mennyiségi aránya a gázturbináknál 1,5: 1 és 2,5: 1 között van, ami lehetővé teszi a hűtőfolyadék típusában eltérő kapcsolt energiatermelési rendszerek építését:
1) forró kipufogógázok közvetlen (közvetlen) felhasználása;
2) alacsony vagy közepes nyomású gőz (8-18 kg/cm2) előállítása külső kazánban;
3) melegvíz előállítása (jobb, ha a szükséges hőmérséklet meghaladja a 140 °C-ot);
4) nagynyomású gőztermelés.
A szovjet tudósok B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov és mások nagymértékben hozzájárultak a gázturbinák fejlesztéséhez. A helyhez kötött és mobil gázturbina-egységekhez való gázturbinák létrehozását külföldi cégek érték el ( A svájci Brown-Boveri, ahol a híres szlovák tudós, A. Stodola dolgozott, és Sulzer, az amerikai General Electric stb.).
BAN BEN további fejlődés gázturbinák a turbina előtti gázhőmérséklet növelésének lehetőségétől függ. Ez annak köszönhető, hogy új hőálló anyagokat és megbízható hűtőrendszereket hoztak létre a munkalapátok számára, jelentős fejlesztésekkel az áramlási részben stb.
Köszönhetően az 1990-es évek széleskörű átmenetének. A gázturbinák jelentős piaci szegmenst foglalnak el a földgáznak az elektromos energiatermelés fő tüzelőanyagaként való felhasználásában. Annak ellenére, hogy a berendezések maximális hatásfoka 5 MW és annál nagyobb teljesítményen érhető el (300 MW-ig), egyes gyártók 1-5 MW tartományban gyártanak modelleket.
A gázturbinákat a légi közlekedésben és az erőművekben használják.
- Előző: GÁZELEMZŐ
- Következő: GÁZMOTOR
„Turbófeltöltés”, „turbóhajtómű”, „turbóprop” – ezek a kifejezések szilárdan bekerültek a 20. századi tervezéssel és karbantartással foglalkozó mérnökök szókincsébe. Járműés helyhez kötött elektromos berendezések. Még a kapcsolódó területeken és a reklámozásban is használatosak, amikor a terméknévnek valamilyen utalást kívánnak adni a különleges erőre és hatékonyságra. A gázturbinát leggyakrabban repülésben, rakétákban, hajókban és erőművekben használják. Hogyan épül fel? Működik-e földgázzal (ahogy a névből gondolhatnád), és milyen típusú gázok ezek? Miben különbözik a turbina más típusú belsőégésű motoroktól? Mik az előnyei és a hátrányai? Ez a cikk megpróbálja a lehető legteljesebb választ adni ezekre a kérdésekre.
Az orosz mérnöki vezető UEC
Oroszországnak – sok más, a Szovjetunió összeomlása után létrejött független államtól eltérően – sikerült nagyrészt megőriznie a gépgyártási ipart. Különösen a Saturn cég speciális célú erőművek gyártásával foglalkozik. A cég gázturbináit a hajógyártásban, a nyersanyagiparban és az energiaszektorban használják. A termékek csúcstechnológiásak, speciális megközelítést igényelnek a telepítés, hibakeresés és üzemeltetés során, valamint speciális ismereteket és drága berendezéseket igényelnek a rutin karbantartáshoz. Mindezek a szolgáltatások az "UEC - Gas Turbines" cég ügyfelei rendelkezésére állnak, ahogyan ma nevezik. Nincs olyan sok ilyen vállalkozás a világon, bár a fő termék elve első pillantásra egyszerű. A felhalmozott tapasztalat nagy jelentőséggel bír, lehetővé téve számunkra, hogy figyelembe vegyünk számos technológiai finomságot, amelyek nélkül lehetetlen az egység tartós és megbízható működését elérni. Ez csak egy része az UEC termékpalettának: gázturbinák, erőművek, gázszivattyús egységek. A megrendelők között van a Rosatom, a Gazprom és a vegyipari és energetikai más „bálnák”.
Az ilyen összetett gépek gyártása minden esetben egyedi megközelítést igényel. A gázturbina számítása jelenleg teljesen automatizált, de a beépítési diagramok anyagai és jellemzői minden esetben számítanak.
És minden olyan egyszerűen kezdődött...
Keresések és párosítások
Az emberiség az ókorban végezte el az első kísérleteket egy áramlás transzlációs energiájának forgó erővé való átalakítására, egy közönséges vízikerék segítségével. Minden rendkívül egyszerű, a folyadék fentről lefelé folyik, és a pengék belekerülnek az áramlásába. A kerületükön ezekkel felszerelt kerék forog. A szélmalom ugyanígy működik. Aztán eljött a gőz kora, és felgyorsult a kerék forgása. Egyébként az úgynevezett „aeolipil”, amelyet az ókori görög gém talált fel körülbelül 130 évvel Krisztus születése előtt, pontosan ezen az elven működő gőzgép volt. Lényegében ez volt az első gázturbina, amelyet a történelemtudomány ismert (végül is a gőz a víz aggregációjának gázhalmazállapota). Ma is szokás e két fogalom szétválasztása. Abban az időben Alexandriában különösebb lelkesedés nélkül, bár kíváncsian reagáltak Heron találmányára. A turbinás típusú ipari berendezések csak a 19. század végén jelentek meg, miután a svéd Gustaf Laval megalkotta a világ első fúvókával felszerelt aktív erőművét. Parsons mérnök megközelítőleg ugyanabban az irányban dolgozott, és több, funkcionálisan összefüggő fokozattal szerelte fel gépét.
Gázturbinák születése
Egy évszázaddal korábban egy bizonyos John Barber zseniális ötlettel állt elő. Miért kell először felmelegíteni a gőzt? Nem egyszerűbb-e az üzemanyag elégetésekor keletkező kipufogógázt közvetlenül felhasználni, és ezzel kiküszöbölni a felesleges közvetítést az energiaátalakítási folyamatban? Így lett az első igazi gázturbina. Az 1791-es szabadalom felvázolja a ló nélküli kocsik használatának alapötletét, de elemeit ma már modern rakéta-, repülőgép-tartály- és autóhajtóművekben használják. A sugárhajtóművek gyártásának folyamatát 1930-ban Frank Whittle indította el. Ő azzal az ötlettel állt elő, hogy egy turbinát használjon egy repülőgép meghajtására. Ezt követően számos turboprop és turbojet projektben fejlesztették ki.
Nikola Tesla gázturbina
A híres tudós-feltaláló mindig nem szabványos módon közelítette meg az általa vizsgált kérdéseket. Mindenki számára nyilvánvalónak tűnt, hogy a lapátos vagy lapátos kerekek jobban „fogják” a közeg mozgását, mint a lapos tárgyak. A Tesla a rá jellemző módon bebizonyította, hogy ha a tengelyen egymás után egymás után elhelyezett tárcsákból állítunk össze egy rotorrendszert, akkor a határoló rétegeket felvevő gázáram miatt az nem fog rosszabbul, sőt esetenként jobban is forogni, mint egy többlapátú légcsavar. Igaz, a mozgó közeg irányának érintőlegesnek kell lennie, ami a modern egységeknél nem mindig lehetséges vagy kívánatos, de a kialakítás jelentősen leegyszerűsödik - egyáltalán nem igényel pengéket. A Tesla sémája szerinti gázturbina még nem épül, de talán az ötlet még csak a maga idejére vár.
Sematikus ábrája
Most a gép alapfelépítéséről. Ez egy tengelyre szerelt forgó rendszer (rotor) és egy álló rész (állórész) kombinációja. A tengelyre egy munkalapátokkal ellátott korongot helyeznek, amely koncentrikus rácsot képez, és speciális fúvókákon keresztül nyomás alatt szállított gáznak vannak kitéve. Az expandált gáz ezután belép a járókerékbe, amely szintén munkásoknak nevezett lapátokkal van felszerelve. Speciális csöveket használnak a levegő-üzemanyag keverék beszívására és a kimenetre (kipufogó). Egy kompresszor is részt vesz a teljes rendszerben. Különféle elvek szerint készülhet, a szükséges üzemi nyomástól függően. Működtetéséhez az energia egy részét a tengelyről veszik, és a levegő összenyomására használják fel. A gázturbina levegő-üzemanyag keverék égési folyamatán keresztül működik, amelyet jelentős térfogatnövekedés kísér. A tengely forog, energiája hasznosan hasznosítható. Az ilyen áramkört egyáramkörnek nevezik, de ha megismétlődik, akkor többfokozatúnak minősül.
A repülőgép-turbinák előnyei
Az ötvenes évek közepe táján megjelentek a repülőgépek új generációja, köztük utasszállító repülőgépek (a Szovjetunióban ezek voltak az Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124 stb.), olyan tervekben, amelyekben a repülőgépek dugattyús hajtóműveit végül és visszavonhatatlanul turbinás hajtóművek váltották fel. Ez az ilyen típusú erőművek nagyobb hatékonyságát jelzi. A gázturbina jellemzői sok tekintetben felülmúlják a karburátoros motorokat, különösen a repülés szempontjából kiemelten fontos teljesítmény/tömeg arányban, valamint az ugyanilyen fontos megbízhatósági mutatókban. Alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás, kevesebb mozgó alkatrész, jobb környezeti paraméterek, csökkentett zaj és vibráció. A turbinák kevésbé kritikusak az üzemanyag minősége szempontjából (ez az üzemanyagrendszerekről nem mondható el), könnyebben karbantarthatók, és nem igényelnek annyi kenőolajat. Általában első pillantásra úgy tűnik, hogy nem fémből készülnek, hanem szilárd előnyökkel járnak. Jaj, ez nem igaz.
A gázturbinás motoroknak is vannak hátrányai.
A gázturbina működés közben felmelegszik és hőt ad át a környező szerkezeti elemeknek. Ez különösen kritikus a repülésben, amikor olyan módosított elrendezési sémát használunk, amely magában foglalja a farokegység alsó részének sugársugárral történő mosását. Maga a motorház pedig speciális hőszigetelést és speciális tűzálló anyagok használatát igényel, amelyek ellenállnak a magas hőmérsékletnek.
A gázturbinák hűtése összetett technikai kihívás. Nem vicc, gyakorlatilag a testben végbemenő robbanás módjában működnek. A hatásfok egyes üzemmódokban alacsonyabb, mint a karburátoros motoroké, azonban kétkörös áramkör használatakor ez a hátrány megszűnik, bár a tervezés bonyolultabbá válik, mint például akkor, ha az áramkörbe „fokozó” kompresszorokat is beépítenek. A turbinák felgyorsítása és az üzemmód elérése eltart egy ideig. Minél gyakrabban indul és áll le az egység, annál gyorsabban elhasználódik.
Helyes alkalmazás
Nos, egyetlen rendszer sem nélkülözheti a hiányosságait. Fontos mindegyiknek olyan felhasználási módot találni, amelyben az előnyei világosabban megmutatkoznak. Például olyan tartályok, mint az amerikai Abrams, amelynek erőműve gázturbinára épül. Bármivel megtölthető, ami ég, a magas oktánszámú benzintől a whiskyig, és nagy teljesítményt produkál. Lehet, hogy a példa nem túl sikeres, mivel az iraki és afganisztáni tapasztalatok azt mutatják, hogy a kompresszorlapátok sérülékenyek a homokkal szemben. A gázturbinákat az USA-ban, a gyártó üzemben kell javítani. Oda vinni a tankot, aztán vissza, és maga a karbantartás költsége plusz alkatrészek...
A helikopterek, az orosz, amerikai és más országok, valamint az erős motorcsónakok kevésbé szenvednek elzáródást. A folyékony rakéták nem nélkülözhetik őket.
A modern hadihajók és polgári hajók is gázturbinás motorral rendelkeznek. És energiát is.
Trigenerátoros erőművek
A repülőgépgyártók problémái nem annyira aggasztóak a gyártók számára ipari berendezések villamos energia előállítására. Ebben az esetben a súly már nem annyira fontos, és olyan paraméterekre összpontosíthat, mint a hatékonyság és az általános hatékonyság. A gázturbinás generátoregységek masszív kerettel, megbízható kerettel és vastagabb lapátokkal rendelkeznek. A megtermelt hőt nagyon sokféle igényre lehet hasznosítani - a másodlagos újrahasznosítástól magában a rendszerben, a háztartási helyiségek fűtéséig és az abszorpciós típusú hűtőegységek hőellátásáig. Ezt a megközelítést trigenerátornak nevezik, és a hatékonyság ebben az üzemmódban megközelíti a 90%-ot.
Atomerőművek
Egy gázturbinánál nincs alapvető különbség, hogy milyen forrásból származik a felmelegített közeg, amely energiáját adja a lapátjainak. Ez lehet égetett levegő-üzemanyag keverék, vagy egyszerűen túlhevített gőz (nem feltétlenül víz), a lényeg, hogy zavartalan áramellátást biztosítson. Maguk az energiarendszerek atomerőművek, tengeralattjárók, repülőgép-hordozók, jégtörők és néhány katonai felszíni hajó (például a "Nagy Péter" rakétacirkáló) gőzzel forgatható gázturbinán (GTU) alapulnak. Biztonsági és környezetvédelmi kérdések zárt primer kört írnak elő. Ez azt jelenti, hogy a primer hőközeg (az első mintákban ezt a szerepet az ólom töltötte be, most a paraffin váltotta fel) nem hagyja el a reaktorzónát, körben áramlik a fűtőelemek körül. A munkaanyagot a következő körökben felmelegítik, és az elpárolgott szén-dioxid, hélium vagy nitrogén forgatja a turbina kerekét.
Széles alkalmazás
Az összetett és nagyméretű installációk szinte mindig egyediek, kis tételekben, vagy akár egyetlen példányban készülnek. Leggyakrabban a nagy mennyiségben előállított egységeket a gazdaság békés ágazataiban használják, például szénhidrogén-nyersanyagok szivattyúzására csővezetékeken. Pontosan ezeket gyártja az ODK cég Saturn márkanév alatt. A szivattyúállomások gázturbinái teljes mértékben megfelelnek a nevüknek. Valójában földgázt szivattyúznak, és annak energiáját munkájukhoz használják fel.
Gritsyna V.P.
Az oroszországi villamosenergia-tarifák többszörös emelése miatt sok vállalkozás fontolgatja saját kis teljesítményű erőművek építését. Számos régióban kis vagy mini hőerőművek építésére irányuló programokat dolgoznak ki, különösen az elavult kazánházak helyettesítésére. Egy új kisüzemi hőerőműben, ahol a tüzelőanyag-felhasználás eléri a 90%-ot a termelésben és fűtésben a test teljes kihasználásával, az átvett villamos energia költsége lényegesen alacsonyabb lehet, mint a hálózatról átvett villamos energia költsége.
A kis hőerőművek építésére irányuló projektek mérlegelésekor az energetikusokat és a vállalati szakembereket a nagy energiaszektorban elért mutatók vezérlik. A nagyüzemi energiatermelésben használható gázturbinák (GTU) folyamatos fejlesztése lehetővé tette hatásfokuk 36%-ra vagy még magasabbra emelését, a kombinált gőz-gáz ciklus (CCG) alkalmazása pedig növelte a villamosenergia-hatékonyságot. hőerőművek 54%-57%-ra.
A kisüzemi villamosenergia-termelésben azonban nem célszerű figyelembe venni a CCGT egységek kombinált ciklusának összetett sémáit villamosenergia-termelésre. Ezenkívül a gázturbinák a gázmotorokhoz képest, mint az elektromos generátorok hajtásai jelentősen veszítenek hatásfok- és teljesítményjellemzőikben, különösen alacsony (10 MW-nál kisebb) teljesítményen. Mivel hazánkban sem a gázturbinák, sem a gázdugattyús motorok még nem terjedtek el a kisméretű, helyhez kötött áramtermelésben, jelentős problémát jelent a konkrét műszaki megoldás kiválasztása.
Ez a probléma a nagyüzemi energia esetében is aktuális, pl. villamosenergia-rendszerekhez. Modernben gazdasági feltételek, forrás hiányában elavult projekteket használó nagy erőművek építésére, amelyek között szerepel az 5 éve tervezett hazai 325 MW-os CCGT projekt is. Az oroszországi energiarendszereknek és a RAO UES-nek kiemelt figyelmet kell fordítania a kisüzemi energia fejlesztésére, amelynek létesítményeiben új technológiákat lehet kipróbálni, amelyek lehetővé teszik a hazai turbina- és gépgyártó üzemek felélesztésének megkezdését és a nagyobb kapacitásokra való átállást. a jövőben.
Az elmúlt évtizedben külföldön 100-200 MW teljesítményű nagy dízel- vagy gázüzemű hőerőművek épültek. A dízel- vagy gázmotoros erőművek (DTEPS) elektromos hatásfoka eléri a 47%-ot, ami meghaladja a gázturbinás erőművek mutatóit (36%-37%), de elmarad a CCGT erőművek mutatóitól (51%-57%). A CCGT erőművek nagy választékot tartalmaznak a berendezésekből: gázturbina, hulladékhő kazán, gőzturbina, kondenzátor, vízkezelő rendszer (plusz nyomásfokozó kompresszor, ha alacsony vagy közepes nyomású földgázt égetnek el. A dízelgenerátorok nehéz tüzelőanyaggal működhetnek, ami 2-szer olcsóbb, mint a gázturbinás tüzelőanyag, és alacsony nyomású gázzal üzemelhet nyomásfokozó kompresszorok használata nélkül. Az S.E.M.T. PIELSTICK szerint a 20 MW teljesítményű dízel erőforrás 15 év alatti üzemeltetésének teljes költsége kétszer annyi, mint a azonos teljesítményű gázturbinás hőerőmű, ha mindkét erőmű folyékony tüzelőanyagot használ.
A 22 MW-ig terjedő dízelmotorok ígéretes orosz gyártója a Brjanszki Gépgyár, amely akár 50%-ig megnövelt hatásfokkal rendelkező erőforrásokat kínál ügyfeleinek akár 700 cSt viszkozitású nehéz tüzelőanyaggal, 50 C-on és 50 cSt-ig. legfeljebb 5% kéntartalommal és gáznemű tüzelőanyaggal történő üzemeltetéshez.
A nagy dízel hőerőmű választása előnyösebb lehet a gázturbinás erőművel szemben.
A 10 MW-nál kisebb egységteljesítményű kisüzemi áramtermelésben a modern dízelgenerátorok előnyei még hangsúlyosabbak.
Tekintsünk három lehetőséget a gázturbinás egységekkel és gázdugattyús motorokkal rendelkező hőerőművekre.
Az elsõ két (eltérõ villamos hatásfokú) erõmûvi lehetõség tüzelõanyag-felhasználási tényezõje a hõellátás miatt a 80%-94%-ot is elérheti gázturbinák és motorhajtások esetében egyaránt.
Az összes erőművi lehetőség hatékonysága elsősorban az „első szakasz” - az elektromos generátor meghajtásának - megbízhatóságától és hatékonyságától függ.
A kis gázturbinák kedvelői a nagyobb teljesítménysűrűségre hivatkozva kampányolnak széleskörű használatuk mellett. Például az [1]-ben arról számolnak be, hogy az Elliot Energy Systems (1998-1999-ben) 240 forgalmazóból álló elosztóhálózatot hoz létre Észak-Amerikában, mérnöki és szerviztámogatást nyújtva a „mikro” gázturbinák értékesítéséhez. A villamosenergia-rendszer egy 45 kW-os turbina gyártását rendelte meg, amelyet 1998 augusztusában kellett volna átadni. Megállapította továbbá, hogy a turbina elektromos hatásfoka eléri a 17%-ot, és megjegyezte, hogy a gázturbinák megbízhatósága magasabb, mint a dízel generátorok.
Ez az állítás pont az ellenkezője!
Ha ránéz az asztalra. 1. akkor látni fogjuk, hogy ilyen széles tartományban több száz kW-tól több tíz MW-ig a motorhajtás hatásfoka 13% -17%-kal magasabb. A Vyartsilya cég motorhajtásának feltüntetett élettartama garantált élettartamot jelent a teljes felújításig. Az új gázturbinák élettartama kiszámított erőforrás, amelyet tesztek igazolnak, de nem a valós működési statisztikák. Számos forrás szerint a gázturbinák erőforrása 30-60 ezer óra, ami a teljesítmény csökkenésével csökken. A külföldi gyártású dízelmotorok élettartama 40-100 ezer óra vagy több.
Asztal 1
Az elektromos generátor hajtások főbb műszaki paraméterei
G-gázturbinás erőmű, D-gázdugattyús generátor üzem Vyartsilyában.
D - gázolaj a Gazprom katalógusból
*Minimális szükséges tüzelőanyag nyomás = 48 ata!!
Teljesítmény jellemzők
Elektromos hatásfok (és teljesítmény) A Vyartsilya cég szerint ha a terhelést 100%-ról 50%-ra csökkentik, a gázmotorral hajtott elektromos generátor hatásfoka alig változik.
A gázmotor hatásfoka 25 °C-ig gyakorlatilag változatlan marad.
A gázturbina teljesítménye egyenletesen csökken -30 °C-ról +30 °C-ra.
40 °C feletti hőmérsékleten a gázturbina teljesítményének csökkenése (a névleges értékről) 20%.
Kezdési idő gázmotor 0-tól 100%-os terhelésig kevesebb, mint egy perc és vészhelyzet 20 másodperc alatt. A gázturbina elindítása körülbelül 9 percet vesz igénybe.
Gázellátási nyomás gázturbinánál 16-20 bar legyen.
A hálózati gáznyomás gázmotornál 4 bar (abs), 175 SG motornál akár 1,15 bar is lehet.
Tőkeberuházások egy körülbelül 1 MW teljesítményű hőerőműnél a Vyartsilya szakemberei szerint 1400 dollár/kW gázturbinás erőműnél és 900 dollár/kW gázdugattyús erőműnél.
Kombinált ciklusú alkalmazás kis hőerőműveknél egy további gőzturbina beépítése nem praktikus, mivel megduplázza a termomechanikus berendezések mennyiségét, a turbinacsarnok területét és a kiszolgáló személyzet számát, miközben a teljesítményt csak másfélszeresére növeli.
Amikor a CCGT blokk teljesítményét 325 MW-ról 22 MW-ra csökkentik, a Mashproekt atomerőmű (Ukrajna, Nikolaev) adatai szerint az erőmű ceremoniális hatásfoka 51,5%-ról 43,6%-ra csökken.
A 20-10 MW teljesítményű (gázüzemanyagot használó) dízel erőforrás hatásfoka 43,3%. Vegye figyelembe, hogy nyáron a dízelegységgel rendelkező CHP-erőművekben a melegvíz-ellátás a motor hűtőrendszeréből biztosítható.
A gázmotoros erőművek versenyképességére vonatkozó számítások azt mutatták, hogy a kiserőművek (1-1,5 MW) villamos energia költsége hozzávetőlegesen 4,5 cent / kWh, nagyban pedig 32-40 MW gázmotoros 3, 8 US cent/kWh.
Hasonló számítási módszer szerint a kondenzációs atomerőműből származó áram körülbelül 5,5 US cent/kWh. , a szén IES pedig körülbelül 5,9 cent. US/kWh A széntüzelésű CPP-hez képest egy gázmotoros állomás 30%-kal olcsóbban termel áramot.
A mikroturbinákkal előállított villamos energia költsége más források szerint 0,06 és 0,10 USD/kWh között mozog.
Egy komplett 75 kW-os gázturbinás generátor (USA) várható ára 40 000 dollár, ami megfelel a nagyobb (több mint 1000 kW-os) erőművek egységköltségének. A gázturbinás erőművek nagy előnye a kisebb méretek és a 3-szor kisebb tömeg.
Vegye figyelembe, hogy az elektromos termelő egységek egységköltsége Orosz termelés Az 50-150 kW teljesítményű autómotorokon alapuló motorok többszöröse is lehet, mint az említett turbóegységek (USA), figyelembe véve a motorok sorozatgyártását és az alacsonyabb anyagköltséget.
Íme a dán szakértők véleménye a kiserőművek megvalósításában szerzett tapasztalataikról.
"Egy 0,5-40 MW kapacitású, elkészült, kulcsrakész földgázerőműbe történő beruházás 6,5-4,5 millió DKK/1 MW (1 korona körülbelül 1 rubelnek felelt meg 1998 nyarán). Kombinált ciklusú CHP erőmű 50 MW alatti teljesítmény eléri a 40-44%-os elektromos hatásfokot.
A kenőolajok működési költségei, Karbantartás a hőerőművekben a személyzet fenntartása pedig eléri a 0,02 koronát a gázturbinák által termelt 1 kWh-ra. A gázmotoros CHP-erőművek esetében az üzemeltetési költségek körülbelül 0,06 dátum. CZK/1 kWh A jelenlegi dán áramárak mellett a gázmotorok nagy teljesítménye bőven kompenzálja magasabb működési költségeiket.
Dán szakértők úgy vélik, hogy a 10 MW alatti hőerőművek többségét a következő években gázmotorral szerelik fel."
következtetéseket
Úgy tűnik, hogy a fenti becslések egyértelműen bemutatják a motorhajtás előnyeit az alacsony teljesítményű erőművekben.
Jelenleg azonban a javasolt orosz gyártású földgázmotoros hajtás teljesítménye nem haladja meg a 800 kW-1500 kW teljesítményt (RUMO üzem, N-novgorodi és kolomnai gépgyár), és több üzem ennél magasabbat is kínálhat. teljesítményű turbóhajtások.
Két üzem Oroszországban: növény a nevét. A Klimova (Szentpétervár) és a Perm Motors készen áll arra, hogy hulladékhő-kazánokkal ellátott komplett mini-CHP erőműveket szállítson.
Területi szervezés esetén szolgáltatóközpont a kisturbinás turbinák karbantartási és javítási kérdései megoldhatók a turbina 2-4 órán belüli tartalék cseréjével és további javításával a műszaki központ gyári körülményei között.
A gázturbinák hatásfoka jelenleg 20-30%-kal növelhető gőz teljesítménybefecskendezésével egy gázturbinába (STIG ciklus vagy kombinált ciklusú gázciklus egy turbinában). A korábbi években ezt a műszaki megoldást a Nikolaevben (Ukrajna) található Aquarius erőmű teljes körű terepi tesztjein tesztelték az Atomerőmű Mashproekt és a PA Zarya, ami lehetővé tette a turbinaegység teljesítményének 16-ról 25 MW-ra való növelését, ill. a hatásfok 32 ,8%-ról 41,8%-ra nőtt.
Semmi sem akadályoz meg bennünket abban, hogy ezt a tapasztalatot kisebb kapacitásokba ültessük át, és így sorozatban szállított CCGT egységeket hozzunk létre. Ebben az esetben az elektromos hatásfok a dízelmotorokéhoz hasonlítható, a teljesítménysűrűség pedig annyira megnő, hogy a tőkeköltségek 50%-kal alacsonyabbak lehetnek, mint a gázüzemű CHP-erőművekben, ami nagyon vonzó.
Ezt az áttekintést azért végezték el, hogy megmutassák: az oroszországi erőművek építésének lehetőségeinek mérlegelésekor, és még inkább az erőművek építési programjának megalkotására vonatkozó irányvonalak mérlegelésekor nem az egyes lehetőségeket kell figyelembe venni, amelyeket a tervező szervezetek tehetnek. kínálat, hanem a kérdések széles skálája, figyelembe véve a hazai és regionális gyártók berendezéseinek lehetőségeit és érdekeit.
Irodalom
1. Power Value, Vol.2, No.4, 1998. július/augusztus, USA, Ventura, CA.
A kis turbina piactér
Stan Price, Northwest Energy Efficiency Council, Seattle, Washington és Portland, Oregon
2. Új energiatermelési irányok Finnországban
ASKO VUORINEN, Assoc. Prof. tech. Tudományok, JSC Vyartsila NSD Corporation, "ENERGETIK" -1997.11. 22. o
3. Központi hőellátás. Technológiai kutatás és fejlesztés Dániában. Energiaügyi Minisztérium. Energiaügyi Igazgatóság, 1993
4. DÍZEL ERŐMŰVEK. S.E.M.T. PIELSTICK. POWERTEK 2000 Exhibition Prospect, 2000. március 14-17.
5. Az OAO GAZPROM üzemeiben használatra javasolt erőművek és elektromos blokkok. KATALÓGUS. Moszkva 1999
6. Dízel erőmű. A „Brjanszki Gépgyártó Üzem” JSC kilátása. 1999 Kiállítási tájékoztató POWERTEK 2000/
7. NK-900E Blokk-moduláris hőerőmű. JSC Samara Tudományos és Műszaki Komplexum névadója. N.D. Kuznyecova. POWERTEK 2000 kiállítási prospektus
Hébe-hóba elhangzik a hírekben, hogy például egy ilyen-olyan állami körzeti erőműnél javában zajlik a 400 MW-os CCGT építése, egy másik CHPP-2-nél pedig egy olyan gázturbinás blokk telepítése. sok MW-ot helyeztek üzembe. Az ilyen eseményekről írnak és foglalkoznak, hiszen az ilyen erős és hatékony egységek beépítése nem csak „pipa” a megvalósításban állami program, hanem az erőművek, a regionális energiarendszer, sőt az egységes energiarendszer hatékonyságának valódi növekedése is.
De nem az állami programok vagy előrejelzési mutatók végrehajtására szeretném felhívni a figyelmet, hanem a PSU-ra és a GTU-ra. Nemcsak az átlagember, hanem egy kezdő energetikai mérnök is összezavarhat ebben a két kifejezésben.
Kezdjük azzal, ami egyszerűbb.
A GTU - gázturbina egység - egy gázturbina és egy elektromos generátor egy házban kombinálva. Előnyös, ha hőerőműveknél telepítik. Ez hatékony, és a hőerőművek számos rekonstrukciója éppen ilyen turbinák telepítését célozza.
Íme egy hőközpont egyszerűsített működési ciklusa:
A gáz (tüzelőanyag) belép a kazánba, ahol eléget és hőt ad át a víznek, amely gőzként távozik a kazánból és megpörgeti a gőzturbinát. A gőzturbina pedig forgatja a generátort. Az áramot a generátortól kapjuk, az ipari igényekre (fűtés, fűtés) gőzt szükség esetén a turbinából veszünk.
A gázturbinás beépítésnél pedig a gáz éget és pörget egy gázturbinát, ami áramot termel, a kipufogógázok pedig a vizet gőzzé alakítják egy hulladékhő kazánban, i.e. a gáz kettős haszonnal működik: először elégeti és forgatja a turbinát, majd felmelegíti a vizet a kazánban.
És ha maga a gázturbina telepítése még részletesebben látható, akkor ez így fog kinézni:
Ez a videó jól mutatja, milyen folyamatok mennek végbe egy gázturbinás üzemben.
De még nagyobb haszna lesz, ha a keletkező gőzt működőképessé teszik – tedd gőzturbinába, hogy egy másik generátor működjön! Ekkor a gázturbinás egységünk STEAM-GAS UNIT (SGU) lesz.
Ennek eredményeként a PSU tágabb fogalom. Ez a létesítmény egy független erőmű, ahol egyszer használnak tüzelőanyagot, és kétszer termelnek villamos energiát: egy gázturbinás egységben és egy gőzturbinában. Ez a ciklus nagyon hatékony, és körülbelül 57%-os hatásfokkal rendelkezik! Ez egy nagyon jó eredmény, amely lehetővé teszi, hogy jelentősen csökkentse az egy kilowattórára eső üzemanyag-fogyasztást!
Fehéroroszországban az erőművek hatékonyságának növelése érdekében a gázturbinás blokkokat a meglévő hőerőművi konstrukció „felépítményeként”, az állami kerületi erőművekben pedig a kombinált ciklusú gázturbinás blokkokat önálló erőműként építik. Az erőművekben működő gázturbinák nemcsak az „előrejelzett műszaki-gazdasági mutatókat” növelik, hanem javítják a termelésirányítást is, mivel nagy manőverezőképességgel rendelkeznek: az indítási sebesség és az áramtermelés.
Ennyire hasznosak ezek a gázturbinák!
Autonóm termelésben - kisüzemi energia be Utóbbi időben jelentős figyelmet fordítanak gázturbinák eltérő teljesítmény. Erőművek a bázison gázturbinák ipari vagy háztartási célokra villamos energia és hőenergia fő vagy tartalék forrásaként használják. Gázturbinák az erőművek részeként Oroszország bármely éghajlati viszonyai között történő működésre tervezték. Felhasználási területek gázturbinák gyakorlatilag korlátlan: olaj- és gázipar, ipari vállalkozások, lakás- és kommunális szolgáltatások struktúrái.
Pozitív használati tényező gázturbinák a lakás- és kommunális szolgáltatások szektorban az a tartalom káros kibocsátások a kipufogógázokban az NO x és a CO 25 és 150 ppm szinten van (a dugattyús egységeknél ezek az értékek sokkal magasabbak), ami lehetővé teszi az erőmű lakóépületek közelében történő telepítését. Használat gázturbinák mivel az erőművek erőművei elkerülik a magas kémények építését.
Az Ön igényeitől függően gázturbinák gőz- vagy melegvíz-hulladékhő kazánnal van felszerelve, amely lehetővé teszi, hogy az erőműből vagy gőzt (alacsony, közepes, nagy nyomású) a folyamatigényekhez, vagy meleg vizet (HMV) szabványos hőmérsékleti értékekkel fogadjon. Egyszerre kaphat gőzt és forró vizet. A gázturbinákon alapuló erőmű által termelt hőenergia teljesítménye általában kétszerese a villamos energia teljesítményének.
Az erőműben azzal gázturbinák ebben a konfigurációban az üzemanyag-hatékonyság 90%-ra nő. Magas felhasználási hatékonyság gázturbinák mivel a tápegységeket hosszú távú, maximális elektromos terhelés melletti működés során biztosítják. Elég nagy teljesítményen gázturbinák Lehetőség van gőzturbinák kombinált használatára. Ezzel az intézkedéssel jelentősen javítható az erőmű hatásfoka, 53%-ra növelve az elektromos hatásfokot.
Mennyibe kerül egy gázturbinás erőmű? Mennyi a teljes ára? Mit tartalmaz a kulcsrakész ár?
Autonóm hőerőmű alapján gázturbinák van egy csomó további drága, de gyakran egyszerűen szükséges felszerelést(valóságos példa – befejezett projekt). Első osztályú berendezések használatával az ilyen szintű kulcsrakész erőmű költsége nem haladja meg a 45 000 - 55 000 rubelt 1 kW beépített elektromos teljesítményre. A gázturbinás erőmű végső ára a fogyasztó konkrét feladataitól és igényeitől függ. Az ár tartalmazza a tervezési, kivitelezési és üzembe helyezési munkákat. Maguk a gázturbinák, mint tápegységek, kiegészítő berendezések nélkül, a gyártó cégtől és a teljesítménytől függően 400-800 dollárba kerülnek 1 kW-onként.
Ahhoz, hogy az adott esetben egy erőmű vagy hőerőmű építésének költségéről tájékozódjon, egy kitöltött kérdőívet kell elküldenie cégünknek. Ezt követően 2-3 nap múlva az ügyfél-ügyfél előzetes műszaki és kereskedelmi ajánlatot kap - TCP (rövid példa). A TCP alapján a megrendelő hozza meg a végső döntést egy gázturbinás erőmű építéséről. Általában a döntés meghozatala előtt az ügyfél felkeres egy meglévő létesítményt, hogy saját szemével lásson egy modern erőművet, és „megérintsen mindent a kezével”. Az ügyfél közvetlenül a helyszínen kap választ kérdéseire.
A gázturbinákra épülő erőművek építése gyakran a blokk-moduláris felépítés elvén alapul. Blokk-moduláris kialakítás biztosítja magas szint gázturbinás erőművek gyári készenlétét és csökkenti az energetikai létesítmények építési idejét.
Gázturbinák - egy kis számtani a megtermelt energia költségére
1 kW villamos energia előállításához a gázturbinák mindössze 0,29–0,37 m³/óra gázüzemanyagot fogyasztanak. Egy köbméter gáz elégetésekor a gázturbinák 3 kW villamos energiát és 4-6 kW hőenergiát termelnek. A földgáz (átlagos) árával 2011-ben 3 rubel. 1 m³-enként a gázturbinából nyert 1 kW villamos energia költsége körülbelül 1 rubel. Ezen felül a fogyasztó 1,5-2 kW ingyenes hőenergiát kap!
Gázturbinás erőműből származó autonóm energiaellátás esetén a megtermelt villamos energia és hő költsége 3-4-szer alacsonyabb, mint a jelenlegi országos tarifák, és ez nem veszi figyelembe az állami áramra való csatlakozás magas költségét. rácsok (60 000 rubel 1 kW-onként a moszkvai régióban, 2011).
Autonóm erőművek építése alapján gázturbinák jelentős megtakarítást tesz lehetővé Pénz a drága távvezetékek (PTL) építési és üzemeltetési költségeinek kiküszöbölésével a gázturbinás erőművek jelentősen növelhetik a villamos- és hőellátás megbízhatóságát, egyéni vállalkozások vagy szervezetek és régiók egésze.
A gázturbinákon alapuló erőmű automatizáltsági foka lehetővé teszi a karbantartó személyzet nagyszámú kiiktatását. A gázerőmű üzemeltetése során mindössze hárman: egy kezelő, egy ügyeletes villanyszerelő és egy ügyeletes szerelő gondoskodik a működéséről. Bármikor vészhelyzetek A személyzet biztonsága, a gázturbinás rendszerek és egységek biztonsága érdekében megbízható védelmi rendszereket biztosítanak.
A légköri levegő egy szűrőrendszerrel felszerelt légbeömlőn keresztül (az ábrán nem látható) egy többfokozatú axiális kompresszor bemenetére kerül. A kompresszor összenyomja a légköri levegőt, és azt nagy nyomással az égéstérbe juttatja. Ugyanakkor a fúvókákon keresztül bizonyos mennyiségű gáztüzelőanyagot juttatnak a turbina égésterébe. Az üzemanyag és a levegő összekeveredik és meggyullad. A tüzelőanyag-levegő keverék elég, nagy mennyiségű energia szabadul fel. A gáznemű égéstermékek energiája mechanikai munkává alakul át a turbinalapátok forró gázsugár általi forgása miatt. A kapott energia egy részét a turbinás kompresszorban lévő levegő kompressziójára fordítják. A munka többi része a hajtótengelyen keresztül az elektromos generátorra kerül. Ez a munka egy gázturbina hasznos munkája. Az égéstermékek, amelyek hőmérséklete körülbelül 500-550 °C, a kipufogócsatornán és a turbina diffúzoron keresztül távoznak, és tovább felhasználhatók, például hőcserélőben hőenergia előállítására.
A gázturbinák, mint motorok, a legnagyobb teljesítménysűrűséggel rendelkeznek a belső égésű motorok között, 6 kW/kg-ig.
A következő gázturbinás üzemanyagok használhatók: kerozin, gázolaj, gáz.
A modern gázturbinák egyik előnye a hosszú életciklus - a motor élettartama (összesen akár 200 000 óra, nagyjavítás előtt 25 000-60 000 óra).
Modern gázturbinák rendkívül megbízhatóak. Bizonyítékok vannak arra, hogy egyes blokkok több évig folyamatosan működtek.
Sok gázturbina beszállító gyárt jelentős felújítás felszerelés a helyszínen, az egyes alkatrészek cseréje a gyártóhoz történő szállítás nélkül, ami jelentősen csökkenti az időköltséget.
A hosszú távú működés lehetősége bármely 0 és 100 közötti teljesítménytartományban, a vízhűtés hiánya, kétféle tüzelőanyaggal történő működés - mindez a gázturbinákat népszerűvé teszi a modern autonóm erőművekben.
A gázturbinák leghatékonyabb felhasználása átlagos erőművi teljesítményeknél, 30 MW feletti teljesítményeknél pedig kézenfekvő a választás.