Miben különbözik a gázturbina a gőzturbinától? A gázturbina berendezése és működési elve. Dugattyús és gázturbinás motorok közvetlen összehasonlítása
Állandó hatású hőturbina, amelyben a sűrített és felmelegített gáz (általában tüzelőanyag égéstermékek) hőenergiáját egy tengelyen mechanikus forgómunkává alakítják; gázturbinás motor szerkezeti eleme.
A sűrített gáz melegítése általában az égéstérben történik. Fűtést is lehet atomreaktorban stb. végezni. A gázturbinák először a 19. század végén jelentek meg. gázturbinás motorként és kialakítását tekintve gőzturbinához közelítettek. Szerkezetileg a gázturbina a fúvóka berendezés rendezetten elrendezett álló lapátperemeinek és a járókerék forgó peremeinek sorozata, amelyek ennek eredményeként áramlási részt alkotnak. A turbinafokozat egy járókerékkel kombinált fúvókaberendezés. A fokozat áll egy állórészből, amely álló részekből (ház, fúvókalapátok, védőgyűrűk) és egy forgórészből áll, amely forgó alkatrészek halmaza (például rotorlapátok, tárcsák, tengely).
Osztályozás gázturbina Számos tervezési jellemző szerint hajtják végre: a gázáramlás iránya, a fokozatok száma, a hőkülönbség felhasználási módja és a járókerék gázellátásának módja. A gázáramlás irányában a gázturbinák megkülönböztethetők axiális (leggyakoribb) és radiális, valamint átlós és érintőleges. Axiális gázturbinákban a meridionális szakaszban az áramlást főleg a turbina teljes tengelye mentén szállítják; radiális turbináknál éppen ellenkezőleg, merőleges a tengelyre. A radiális turbinákat centripetálisra és centrifugálisra osztják. Egy diagonális turbinában a gáz a turbina forgástengelyéhez képest bizonyos szögben áramlik. A tangenciális turbina járókerekének nincs lapátja, az ilyen turbinákat nagyon alacsony gázáramlási sebességgel használják, általában mérőműszerekben. A gázturbinák egy-, két- és többfokozatúak.
A fokozatok számát számos tényező határozza meg: a turbina rendeltetése, tervezési sémája, az egy fokozattal kifejlesztett összteljesítmény, valamint a működtetett nyomásesés. A rendelkezésre álló hőkülönbség felhasználási módja szerint megkülönböztetik a fordulatszám fokozatos turbinákat, amelyekben csak az áramlás fordul a járókerékben, nyomásváltozás nélkül (aktív turbinák), valamint a nyomásfokozatos turbinákat, amelyekben a nyomás mindkét szakaszban csökken. fúvókákon és 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, egyes szakaszokban. A sűrített és felmelegített gáz kezdeti sebességgel kerül a fúvóka berendezés lapátközi csatornáiba, ahol a tágulás során a rendelkezésre álló hőveszteség egy része átalakul kinetikus energiaáramlássugarak. A járókerék lapátközi csatornáiban a gáz további expanziója és a hőcsepp hasznos munkává alakítása történik. A forgórészlapátokra ható gázáram nyomatékot hoz létre a turbina főtengelyén. Ebben az esetben a gáz abszolút sebessége csökken. Minél kisebb ez a fordulatszám, a gázenergia nagyobb része mechanikai munkává alakul át 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 kompresszorral fecskendezik az égéstérbe, levegővel keverik, tüzelőanyag-keveréket képeznek és meggyújtják. A keletkező magas hőmérsékletű (900-1200 °C) égéstermékek a turbina tengelyére szerelt lapátok sorain haladnak át, és a turbinát elforgatják. A tengely így keletkező mechanikai energiáját egy sebességváltón keresztül továbbítják egy generátorhoz, amely villamos energiát termel.
Hőenergia a turbinából kilépő gázok a hőcserélőbe jutnak. Ezenkívül a turbina mechanikai energiáját elektromos áram előállítása helyett különféle szivattyúk, kompresszorok stb. működtetésére lehet felhasználni. A gázturbinák leggyakrabban használt üzemanyaga a földgáz, bár ez nem zárja ki más típusú gáznemű tüzelőanyagok alkalmazását sem. . Ugyanakkor a gázturbinák nagyon szeszélyesek, és magas követelményeket támasztanak az előkészítés minőségével szemben (bizonyos mechanikai zárványok, páratartalom szükséges).
A turbinából kilépő gázok hőmérséklete 450-550 °C. A hőenergia és az elektromos energia mennyiségi aránya a gázturbinákban 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 gőz előállítása.
A gázturbinák fejlesztéséhez nagymértékben hozzájárultak a szovjet tudósok: B. S. Stechkin, G. S. Zsiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov és mások. A gázturbinák létrehozását helyhez kötött és mobil gázturbinás erőművekhez külföldi cégek (a svájci Brown-Boveri, amelyben A. Stodola híres szlovák tudós 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 rotorlapátokhoz, amelyek jelentősen javítják az áramlási utat stb.
Köszönhetően az 1990-es évek széles körű átmenetének. A földgáz, mint az energiatermelés fő tüzelőanyaga, a gázturbinák a piac jelentős szegmensét foglalják el. Annak ellenére, hogy a berendezések maximális hatásfoka 5 MW-tól és nagyobb teljesítménytől (300 MW-ig) érhető el, egyes gyártók 1-5 MW-os modelleket gyártanak.
A gázturbinákat a légi közlekedésben és az erőművekben használják.
- Előző: GÁZELEMZŐ
- Következő: GÁZMOTOR
"Turbo", "turbojet", "turboprop" - ezek a kifejezések szilárdan beépültek a 20. századi tervezéssel és karbantartással foglalkozó mérnökök lexikonjába. Járműés helyhez kötött elektromos berendezések. Még a kapcsolódó területeken és reklámozásban is használatosak, amikor a termék nevéhez kívánnak utalni a különleges erőre és hatékonyságra. A légi közlekedésben, rakétákban, hajókban és erőművekben a gázturbinát leggyakrabban használják. Hogyan van megszervezve? Földgázzal működik (ahogy a név is sugallja), és milyenek? Miben különbözik a turbina a többi belsőégésű motortól? Mik az előnyei és a hátrányai? Ez a cikk megpróbálja a lehető legteljesebb választ adni ezekre a kérdésekre.
Az orosz gépgyártás vezetője, az UEC
Oroszországnak, ellentétben sok más, a Szovjetunió összeomlása után létrejött független állammal, sikerült nagyrészt megőriznie a gépgyártási ipart. A Saturn cég különösen speciális célú erőművek gyártásával foglalkozik. A cég gázturbináit a hajógyártásban, a nyersanyagiparban és az energetikában használják. A termékek csúcstechnológiásak, speciális megközelítést igényelnek a telepítés, hibakeresés és üzemeltetés során, valamint speciális ismereteket és drága berendezéseket igényelnek az ütemezett karbantartáshoz. Mindezek a szolgáltatások elérhetőek az UEC - Gas Turbines, ahogyan ma nevezik, ügyfelei. Nincs olyan sok ilyen vállalkozás a világon, bár a fő termék elrendezésének elve első pillantásra egyszerű. A felhalmozott tapasztalat nagy jelentőséggel bír, amely lehetővé teszi számos technológiai finomság figyelembevételét, amelyek nélkül lehetetlen elérni az egység tartós és megbízható működését. Ez csak egy része az UEC termékpalettának: gázturbinák, erőművek, gázszivattyús egységek. Az ügyfelek között van a "Rosatom", a "Gazprom" és más vegyipari és energiaipari "bálnák".
Az ilyen összetett gépek gyártása minden esetben egyedi megközelítést igényel. A gázturbina számítása jelenleg teljesen automatizált, de a kapcsolási rajzok anyagai és jellemzői minden esetben számítanak.
És minden olyan könnyen kezdődött...
Keresések és párok
Az első kísérleteket az áramlás transzlációs energiájának forgóerővé alakítására az emberiség az ókorban egy közönséges vízikerék segítségével végezte. Minden rendkívül egyszerű, a folyadék fentről lefelé folyik, a pengék belekerülnek az áramlásába. A kerületükön ezekkel felszerelt kerék forog. A szélmalom ugyanígy működik. Aztán eljött a gőz kora, és gyorsabban forgott a kerék. Egyébként az úgynevezett "eolipil", amelyet az ókori görög gém talált fel körülbelül 130 évvel Krisztus születése előtt, egy gőzgép volt, amely pontosan ezen az elven működik. Lényegében ez volt az első gázturbina, amelyet a történelemtudomány ismert (végül is a gőz a víz aggregációjának gázhalmazállapota). Ma azonban szokás ezt a két fogalmat különválasztani. Heron találmányát azután Alexandriában különösebb lelkesedés nélkül, bár kíváncsian kezelték. 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. Körülbelül ugyanabban az irányban dolgozott Parsons mérnök, aki több, funkcionálisan összefüggő lépcsővel látta el gépét.
A gázturbinák születése
Egy évszázaddal korábban egy bizonyos John Barbernek zseniális ötlete támadt. Miért kell először felmelegíteni a gőzt, nem egyszerűbb-e közvetlenül felhasználni az üzemanyag elégetésekor keletkező kipufogógázt, és ezzel kiküszöbölni a felesleges közvetítést az energiaátalakítási folyamatban? Így született meg az első igazi gázturbina. Az 1791-es szabadalom lefekteti a ló nélküli kocsikban való használat alapgondolatát, de ennek elemeit ma már modern rakéta-, repülőgép-, harckocsi- és autómotorokban használják. A sugárhajtóművek gyártási folyamatának kezdetét 1930-ban Frank Whittle adta. Azzal az ötlettel állt elő, hogy turbinát használjon egy repülőgép meghajtására. Később számos turboprop és turbojet projektben talált fejlesztést.
Nikola Tesla gázturbina
A híres tudós-feltaláló mindig is nem szabványos módon közelítette meg a vizsgált kérdéseket. Mindenki számára nyilvánvalónak tűnt, hogy a lapátos vagy lapátos kerekek jobban "fogják" a közeg mozgását, mint a lapos tárgyak. A Tesla a tőle megszokott módon bebizonyította, hogy ha a tengelyen sorba rendezett tárcsákból összeállítunk egy rotorrendszert, akkor a határoló rétegeket gázárammal felszedve nem fog rosszabbul, sőt esetenként jobban is forogni, mint egy többlapátos légcsavar. Igaz, a mozgó közeg irányának tangenciálisnak kell lennie, ami a modern egységeknél nem mindig lehetséges vagy kívánatos, de a kialakítás jelentősen leegyszerűsödik - egyáltalán nincs szükség pengékre. Tesla séma szerinti gázturbina még nem épül, de talán az ötlet még csak a maga idejére vár.
kördiagramm
Most a gép alapvető eszközéről. Ez egy tengelyre szerelt forgó rendszer (rotor) és egy rögzített rész (állórész) kombinációja. A tengelyen van egy tárcsa munkalapátokkal, amelyek koncentrikus rácsot alkotnak, ezeket speciális fúvókákon keresztül nyomás alatt szállított gáz befolyásolja. Ezután az expandált gáz belép a szintén lapátokkal ellátott, munkásoknak nevezett járókerékbe. A levegő-üzemanyag keverék bemenetéhez és a kimenethez (kipufogó) speciális csöveket használnak. A kompresszor is részt vesz a teljes rendszerben. A szükséges üzemi nyomástól függően más elv szerint is elkészíthető. Működéséhez az energia egy részét a tengelyről veszik, ami a levegő összenyomására szolgál. A gázturbina a levegő-üzemanyag keverék elégetésének folyamatán keresztül működik, amelyet jelentős térfogatnövekedés kísér. A tengely forog, energiája hasznosan hasznosítható. Az ilyen sémát egykörösnek nevezik, de ha megismétlődik, akkor többlépcsősnek minősül.
A repülőgép-turbinák előnyei
Az ötvenes évek közepe óta a repülőgépek új generációja jelent meg, beleértve az utasszállítókat is (a Szovjetunióban ezek az Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124 stb.). ), amelynek kialakításában a repülőgépek dugattyús hajtóműveit véglegesen és visszavonhatatlanul kiszorították a turbinás motorok. Ez az ilyen típusú erőművek nagyobb hatékonyságát jelzi. A gázturbina jellemzői sok tekintetben felülmúlják a karburátoros motorok paramétereit, különösen a teljesítmény / tömeg tekintetében, ami kiemelkedően fontos a repülés szempontjából, valamint a megbízhatóság ugyanolyan fontos mutatói. Alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás, kevesebb mozgó alkatrész, jobb környezeti teljesítmény, csökkentett zaj és vibráció. A turbinák kevésbé kritikusak az üzemanyag minősége szempontjából (ez az üzemanyagrendszerekről nem mondható el), könnyebben karbantarthatók, kevesebb kenőolajat igényelnek. Általában első pillantásra úgy tűnik, hogy nem fémből állnak, hanem szilárd erényekből. Sajnos nem az.
A gázturbinás motoroknak vannak hátrányai
A gázturbina működés közben felmelegszik és hőt ad át a környező szerkezeti elemeknek. Ez különösen kritikus, ismét a repülésben, amikor olyan redan 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 a kétkörös séma alkalmazásakor ez a hátrány kiküszöbölhető, bár a tervezés bonyolultabbá válik, mint az "erősítő" kompresszorok beépítése esetén. A turbinák felgyorsítása és az üzemmód elérése némi időt igényel. Minél gyakrabban indul és áll le az egység, annál gyorsabban elhasználódik.
Helyes alkalmazás
Nos, nincs rendszer hibák nélkül. Fontos mindegyiknek olyan alkalmazást találni, amelyben az előnyei világosabban megnyilvánulnak. Például olyan tartályok, mint az amerikai Abrams, amelyet gázturbina hajt. Bármivel megtölthető, ami ég, a magas oktánszámú benzintől a whiskyig, és nagy teljesítményt ad ki. Lehet, hogy ez nem túl jó példa, mivel az iraki és afganisztáni tapasztalatok azt mutatják, hogy a kompresszorlapátok sérülékenyek a homokkal szemben. A gázturbinák javítását az USA-ban, a gyártó üzemben kell elvégezni. Vidd oda a tankot, aztán vissza, és maga a karbantartás költsége, plusz a tartozékok...
A helikoptereket, az orosz, amerikai és más országokat, valamint az erős motorcsónakokat kevésbé érinti az eltömődés. A folyékony rakétákban nélkülözhetetlenek.
A modern hadihajók és polgári hajók is gázturbinás motorral rendelkeznek. És energiát is.
Trigenerátoros erőművek
A repülőgépgyártók problémái nem olyan aggasztóak azok számára, akik ipari berendezéseket gyártanak villamosenergia-termelésre. A súly ebben az esetben már nem olyan 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 hő hasznosítása nagyon sokrétű, a rendszerben történő másodlagos újrahasznosítástól a háztartási helyiségek fűtéséig és az abszorpciós hűtőegységek hőellátásáig sokféle célra felhasználható. Ezt a megközelítést trigenerátornak nevezik, és a hatásfok ebben az üzemmódban megközelíti a 90%-ot.
Atomerőművek
Egy gázturbinánál nincs alapvető különbség, hogy mi a forrása a felmelegített közegnek, amely energiáját adja a lapátjainak. Lehet égetett levegő-üzemanyag keverék, vagy egyszerűen túlhevített gőz (nem feltétlenül víz), a lényeg, hogy biztosítsa a zavartalan áramellátását. Lényegében az erőművek minden atomerőművek, a tengeralattjárók, repülőgép-hordozók, jégtörők és néhány katonai felszíni hajó (például a Nagy Péter rakétacirkáló) gőzzel forgatható gázturbinán (GTU) alapul. A biztonsági és környezetvédelmi kérdések zárt elsődleges 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 reaktorközeli zónát, körben áramlik a fűtőelemek körül. A munkaanyag felmelegítése a következő körökben történik, és az elpárolgott szén-dioxid, hélium vagy nitrogén forgatja a turbina kerekét.
Széles körű alkalmazás
Az összetett és nagy telepítések szinte mindig egyediek, gyártásuk kis tételekben történik, vagy általában egy példányban készülnek. Leggyakrabban a nagy mennyiségben előállított egységeket a gazdaság békés ágazataiban használják, például szénhidrogén-nyersanyagok szivattyúzására csővezetékeken. Ezeket az UEC cég a Saturn márkanév alatt gyártja. A szivattyúállomások gázturbinái teljes mértékben megfelelnek a nevüknek. Valójában földgázt pumpálnak, saját energiájukat használják fel munkájukhoz.
Gritsyna V.P.
Az oroszországi villamosenergia-tarifák többszörös növekedésével összefüggésben sok vállalkozás fontolgatja saját kis teljesítményű erőművek építését. Számos régióban programokat dolgoznak ki kis vagy mini hőerőművek építésére, különösen az elavult kazánházak pótlására. Egy új, akár 90%-os tüzelőanyag-felhasználású CHP kiserőműben a test teljes termelési és fűtési felhasználása mellett az átvett villamos energia költsége lényegesen alacsonyabb lehet, mint az elektromos hálózatról átvett villamos energia költsége.
A kis hőerőművek építésére irányuló projektek mérlegelésekor az energetikai mérnökök és a vállalkozások szakemberei a nagyenergia-iparban elért mutatók vezérelnek. A nagyüzemi energiatermelésben használható gázturbinák (GTU) folyamatos fejlesztése lehetővé tette hatásfokuk 36%-ra vagy még magasabbra növelését, a kombinált gőz-gáz ciklus (CCGT) alkalmazása pedig növelte a hőerőművek elektromos hatásfokát. 54-57%-ra.
A kisüzemi villamosenergia-termelésben azonban nem célszerű figyelembe venni a kombinált CCGT-ciklusok összetett sémáinak villamosenergia-termelésre való alkalmazásának lehetőségét. Ezenkívül a gázturbinák a gázmotorokhoz képest, mint elektromos generátorok hajtásai, jelentősen veszítenek hatékonyságuk és teljesítményük tekintetében, különösen alacsony (10 MW alatti) teljesítményen. Mivel hazánkban sem a gázturbinát, sem a gázdugattyús motort még nem alkalmazták elterjedten a kisüzemi helyhez kötött áramtermelésben, jelentős probléma a konkrét műszaki megoldás kiválasztása.
Ez a probléma a nagyüzemi energia esetében is aktuális, pl. villamosenergia-rendszerekhez. Modernben gazdasági feltételek, az elavult projekteken nagy erőművek építésére forrás hiányában, ami már az 5 éve tervezett 325 MW-os CCGT hazai projektjének tudható be. Az oroszországi energetikai rendszereknek és a RAO UES-nek kiemelt figyelmet kell fordítania a kisüzemi áramtermelés fejlesztésére, amelynek létesítményeiben olyan új technológiákat lehet kipróbálni, amelyek lehetővé teszik a hazai turbina- és gépgyártó üzemek újjáélesztésének megkezdését, ill. ezt követően váltson át nagy kapacitásra.
Az elmúlt évtizedben külföldön 100-200 MW teljesítményű nagy dízel- vagy gázmotoros hőerőművek épültek. A dízel vagy gázüzemű erőművek (DTPP) elektromos hatásfoka eléri a 47%-ot, ami meghaladja a gázturbinák teljesítményét (36%-37%), de elmarad a CCGT-től (51%-57%). A CCGT erőművek sokféle berendezést tartalmaznak: gázturbina, hulladékhőgőz kazán, gőzturbina, kondenzátor, vízkezelő rendszer (plusz nyomásfokozó kompresszor, ha alacsony vagy közepes nyomású földgázt égetnek el. A dízelgenerátorok működhetnek nehéz tüzelőanyagon, amely 2-szer olcsóbb, mint a gázturbinás tüzelőanyag, és alacsony nyomású gázzal tud működni nyomásfokozó kompresszorok használata nélkül.A SEMT PIELSTICK szerint a 20 MW teljesítményű dízel erőforrás teljes üzemeltetési költsége 15 év felett évben 2-szer kevesebb, mint egy azonos teljesítményű gázturbinás hőerőműnél, ha mindkét erőmű folyékony tüzelőanyagot használ.
A 22 MW-ig terjedő dízel erőforrások ígéretes orosz gyártója a Brjanszki Gépgyár, amely akár 50%-ig megnövelt hatásfokú erőforrásokat kínál ügyfeleinek mind nehéz tüzelőanyaggal, akár 700 cSt viszkozitású 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.
Tekintsük a gázturbinás és gázdugattyús motoros hőerőművek három változatát.
Az erőművek első két lehetőségénél (különböző villamos hatásfokú) a tüzelőanyag-felhasználási tényező a hőszolgáltatás miatt elérheti a 80-94%-ot mind a gázturbinák, mind a motorhajtások esetében.
Az erőművek összes változatának jövedelmezősége elsősorban az "első szakasz" - az elektromos generátor meghajtásának - megbízhatóságától és hatékonyságától függ.
A kis gázturbinák használatának rajongói kampányolnak azok széles körű elterjedése mellett, megjegyezve a nagyobb teljesítménysűrűséget. Például az [1]-ben arról számolnak be, hogy az Elliot Energy Systems (1998-1999) 240 forgalmazóból álló elosztóhálózatot épít ki Észak-Amerikában, amely mérnöki és szerviztámogatást nyújt a "mikro" gázturbinák értékesítéséhez. Az áramhálózat 1998 augusztusában egy 45 kW-os turbinát rendelt szállításra. Azt is közölték, hogy a turbina elektromos hatásfoka eléri a 17%-ot, és megjegyezte, hogy a gázturbinák megbízhatóbbak, mint a dízelgenerátorok.
Ez az állítás pont az ellenkezője!
Ha megnézed a táblázatot. 1. akkor látni fogjuk, hogy ilyen széles tartományban a több száz kW-tól a több tíz MW-ig a motorhajtás hatásfoka 13% -17%-kal magasabb. A "Vyartsilya" cég motorhajtásának jelzett erőforrása garantált erőforrást jelent a teljes felújításig. Az új gázturbinák erőforrása kiszámított erőforrás, amelyet tesztek igazolnak, de nem a valós üzemben végzett munka statisztikák. Számos forrás szerint a gázturbinák erőforrása 30-60 ezer óra, a teljesítmény csökkenésével csökken. A külföldi gyártású dízelmotorok erőforrása 40-100 ezer óra vagy több.
Asztal 1
Az elektromos generátoros hajtások főbb műszaki paraméterei
G-gázturbinás erőmű, D-gázdugattyús erőmű Vyartsilyában.
D - gázolaj a Gazprom katalógusból
* A tüzelőgáz szükséges nyomásának minimális értéke = 48 ATA!!
Teljesítmény jellemzők
Elektromos hatásfok (és teljesítmény) Värtsilä adatai szerint, ha a terhelést 100%-ról 50%-ra csökkentik, a gázmotorral hajtott elektromos generátor hatásfoka alig változik.
A gázmotor hatásfoka 25 °C-ig gyakorlatilag nem változik.
A gázturbina teljesítménye egyenletesen csökken -30°C-ról +30°C-ra.
40 °C feletti hőmérsékleten a gázturbina teljesítményének csökkenése (a névlegesről) 20%.
Kezdési idő gázmotor 0-tól 100%-os terhelésig kevesebb, mint egy perc és vészhelyzet 20 másodpercen belül. A gázturbina elindítása körülbelül 9 percet vesz igénybe.
Gázellátási nyomás gázturbinánál 16-20 bar legyen.
A gáznyomás a hálózatban egy gázmotornál 4 bar (abs), és akár 1,15 bar is lehet egy 175 SG motornál.
Tőkeberuházások egy körülbelül 1 MW teljesítményű hőerőműnél a Vartsila szakemberei szerint 1400 dollár/kW gázturbinás, 900 dollár/kW gázdugattyús erőmű esetén.
Kombinált ciklusú alkalmazás a kis CHPP-knél egy további gőzturbina beépítése nem praktikus, mivel teljesítménynövekedéssel mindössze másfélszeresére növeli a hő- és gépészeti berendezések számát, a turbinacsarnok területét és a karbantartók számát.
A CCGT teljesítményének 325 MW-ról 22 MW-ra történő csökkentésével a Mashproekt atomerőmű (Ukrajna, Nikolaev) szerint az erőmű elülső hatásfoka 51,5%-ról 43,6%-ra csökken.
A 20-10 MW teljesítményű (gázüzemanyagot használó) dízel erőforrás hatásfoka 43,3%. Meg kell jegyezni, hogy nyáron a dízelegységgel rendelkező CHPP-nél 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, a nagy, 32-40 MW-os gázüzemű erőműveknél 3, 8 US cent/kWh
Hasonló számítási módszer szerint a kondenzációs atomerőműből származó áram körülbelül 5,5 amerikai cent/kWh. , és a szén IES körülbelül 5,9 cent. US/kWh A széntüzelésű CPP-hez képest egy gázmotoros erőmű 30%-kal olcsóbban termel áramot.
A mikroturbinákkal előállított villamos energia költségét más források szerint 0,06 és 0,10 USD/kWh közé becsülik
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, a 3-szor kisebb tömeg.
Megjegyzendő, hogy az orosz gyártmányú, 50-150 kW teljesítményű autómotorokra épülő elektromos generátoregységek fajlagos költsége többszöröse lehet az említett turbóblokkokénak (USA), tekintettel a motorok sorozatgyártására és az alacsonyabb teljesítményre. anyagok költsége.
Íme a dán szakértők véleménye, akik értékelik a kiserőművek megvalósításában szerzett tapasztalataikat.
"Egy 0,5-40 MW teljesítményű, kész, kulcsrakész földgázzal működő CHP-erőműbe történő beruházás 6,5-4,5 millió dán korona/MW (1 korona körülbelül 1 rubelnek felelt meg 1998 nyarán). Az 50 MW alatti kombinált ciklusú CHP erőművek 40-44%-os elektromos hatásfok elérése.
A kenőolajok működési költségei, Karbantartás a CHP-k személyzetének fenntartása pedig eléri a 0,02 koronát a gázturbinák által termelt 1 kWh-ra. A gázmotoros CHP-erőműveknél az üzemeltetési költségek körülbelül 0,06 dat. korona per 1 kWh. A jelenlegi dán villamosenergia-árak mellett a gázmotorok nagy teljesítménye bőven ellensúlyozza magasabb működési költségeiket.
A dán szakemberek úgy vélik, hogy a legtöbb 10 MW alatti CHP erőművet gázmotorral szerelik fel az elkövetkező években."
következtetéseket
Úgy tűnik, hogy a fenti becslések egyértelműen megmutatják az erőművek kis teljesítményű motorhajtásának előnyeit.
Jelenleg azonban a javasolt orosz gyártmányú földgázmotoros hajtás teljesítménye nem haladja meg a 800 kW-1500 kW teljesítményt (RUMO üzem, N-novgorodi és kolomnai gépgyár), és több üzem is kínál turbóhajtást. nagyobb teljesítmény.
Két gyár Oroszországban: üzem im. A Klimov (Szentpétervár) és a Perm Motors készen áll a hulladékhő-kazánokkal ellátott mini-CHP teljes erőműveinek szállítására.
Területi szervezés esetén szolgáltatóközpont turbinák kis turbináinak karbantartási és javítási kérdései a turbina 2-4 órán belüli tartalék cseréjével és további javításával a műszaki központ gyári körülményei között megoldhatók.
A gázturbinák hatásfoka jelenleg 20-30%-kal növelhető gőz teljesítménybefecskendezésével egy gázturbinába (STIG ciklus vagy gőz-gáz ciklus egy turbinában). A korábbi években ezt a műszaki megoldást a Nikolaevben (Ukrajna) található Vodoley erőmű teljes körű, teljes körű terepi tesztjein tesztelték a Mashproekt Research and Production Enterprise és a Zarya Production Association, ami lehetővé tette a turbina teljesítményének növelését. egység 16-ról 25 MW-ra, a hatásfokot pedig 32,8%-ról 41,8%-ra növelték.
Semmi sem akadályoz meg bennünket abban, hogy ezt a tapasztalatot kisebb kapacitásokba ültessük át, és így a CCGT-t soros szállításban alkalmazzuk. Ebben az esetben az elektromos hatásfok a dízelmotorokéhoz hasonlítható, és a fajlagos teljesítmény annyira megnő, hogy a tőkeköltség 50%-kal alacsonyabb lehet, mint egy gázmotoros CHP-erőműben, ami nagyon vonzó.
Ezt a felülvizsgálatot annak bemutatására végezték el, hogy az oroszországi erőművek építésének lehetőségeinek mérlegelésekor, és még inkább az erőművek építési programjának létrehozására vonatkozó irányvonalak mérlegelésekor nem az egyes lehetőségeket kell figyelembe venni. szervezetek kínálhatnak, de a kérdések széles skáláját figyelembe véve a hazai és regionális gyártók 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. Az energiatermelés új irányai Finnországban
ASKO VUORINEN, Assoc. tech. Sciences, Vartsila NSD Corporation JSC, "ENERGETIK" -1997.11. 22. oldal
3. Távfűtés. Technológiai kutatás és fejlesztés Dániában. Energiaügyi Minisztérium. Energiaügyi Igazgatóság, 1993
4. DÍZEL ERŐMŰVEK. S.E.M.T. PIELSTICK. POWERTEK 2000 kiállítási tájékoztató, 2000. március 14-17.
5. Az OAO GAZPROM telephelyein használatra javasolt erőművek és elektromos blokkok. KATALÓGUS. Moszkva 1999
6. Dízel erőmű. Az OAO "Brjanszki Gépgyártó Üzem" kilátása. 1999 Kiállítási prospektus POWERTEK 2000/
7. NK-900E Blokk-moduláris hőerőmű. Az OJSC Samara Tudományos és Műszaki Komplexum V.I. 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 blokk építése, egy másik CHPP-2-nél pedig egy olyan GTP telepítés. sok MW kerül üzembe. Az ilyen eseményekről írnak, foglalkoznak velük, 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 CCGT-re és a GTU-ra. Ebben a két kifejezésben nemcsak a laikusok, hanem a kezdő energetikusok is összezavarodhatnak.
Kezdjük a könnyebbel.
A GTU - gázturbina üzem - egy gázturbina és egy elektromos generátor egy épületben kombinálva. Előnyös hőerőműben telepíteni. Ez hatékony, és sok CHP-rekonstrukció éppen ilyen turbinák telepítését célozza.
Íme egy hőerőmű egyszerűsített működési ciklusa:
A gáz (tüzelőanyag) belép a kazánba, ahol eléget és hőt ad át a víznek, amely gőz formájában hagyja el a kazánt és megforgatja a gőzturbinát. A gőzturbina forgatja a generátort. Az áramot a generátorról kapjuk, az ipari igényekre (fűtés, fűtés) gőzt pedig szükség esetén a turbináról veszünk.
Egy gázturbinás üzemben pedig a gáz kiég és megforgatja a gázturbinát, ami áramot termel, a kilépő gázok pedig a hulladékhő kazánban gőzzé alakítják a vizet, i.e. A gáz kettős haszonnal működik: először elégeti és forgatja a turbinát, majd felmelegíti a vizet a kazánban.
És ha magát a gázturbinás üzemet még részletesebben bemutatjuk, akkor ez így fog kinézni:
Ebből a videóból jól látható, milyen folyamatok mennek végbe egy gázturbinás üzemben.
De még hasznosabb lesz, ha a keletkező gőzt működőképessé teszik - tedd gőzturbinába, hogy működjön egy másik generátor! Ekkor a GTU-nk STEAM-GAS UNIT (CCGT) lesz.
Ennek eredményeként a PSU tágabb fogalom. Ez az egység egy független erőmű, ahol egyszer használnak tüzelőanyagot és kétszer termelnek villamos energiát: egy gázturbinás üzemben és egy gőzturbinában. Ez a ciklus nagyon hatékony, és körülbelül 57%-os hatásfokkal rendelkezik! Ez egy nagyon jó eredmény, amely lehetővé teszi az üzemanyag-fogyasztás jelentős csökkentését egy kilowattóra villamos energia megszerzéséhez!
Fehéroroszországban az erőművek hatékonyságának javítása érdekében a gázturbinákat a meglévő CHP-rendszer „felépítményeként” használják, az állami kerületi erőművekben pedig önálló erőművekként CCGT-ket építenek. Az erőművekben dolgozó gázturbinák nemcsak az "előrejelzett műszaki-gazdasági mutatókat" növelik, hanem javítják a termelés irányítását is, mivel nagy manőverezőképességgel rendelkeznek: indítási sebesség és teljesítménynövelés.
Ennyire hasznosak ezek a gázturbinák!
Autonóm termelésben - kis energiatermelés be Utóbbi időben jelentős figyelmet szentelnek gázturbinák különböző teljesítmény. Erőművek a bázison gázturbinák ipari vagy háztartási létesítmények villamosenergia- és hőenergia fő vagy tartalék forrásaként használják. gázturbinák az erőművek részeként Oroszország bármely éghajlati körülményei között történő működésre tervezték. Felhasználási területek gázturbinák gyakorlatilag korlátlan: olaj- és gázipar, ipari vállalkozások, lakásépítést és kommunális szolgáltatásokat épít.
Pozitív használati tényező gázturbinák a lakásszektorban az a tartalom káros kibocsátások a kipufogógázokban az NO x és a CO 25 és 150 ppm szinten van (a dugattyús erőműveknél ezek az értékek sokkal magasabbak), ami lehetővé teszi egy erőmű telepítését a lakóterületek közelében. Használat gázturbinák mivel az erőművek erőművei elkerülik a magas kémények építését.
Az igényektől függően gázturbinák gőz- vagy melegvíz-hulladékhő kazánnal felszerelt, amely lehetővé teszi az erőműből akár gőz (alacsony, közepes, nagy nyomású) feldolgozási igényekhez, akár meleg víz (HMV) fogadását szabványos hőmérsékleti értékekkel. Egyszerre kaphat gőzt és forró vizet. A gázturbinákon alapuló erőmű által termelt hőenergia teljesítménye általában kétszerese a villamos energia teljesítményének.
Az erőműben gázturbinák ebben a konfigurációban az üzemanyag-hatékonyság 90%-ra nő. Magas használati hatékonyság gázturbinák mivel a tápegységeket hosszú távú, maximális elektromos terhelés melletti működés során biztosítják. Elegendő erővel gázturbinák lehetőség van gőzturbinák kombinált használatára. Ez az intézkedés lehetővé teszi az erőmű használatának hatékonyságának jelentős növelését, akár 53%-kal 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, csak szükséges felszerelést(valóságos példa egy befejezett projekt). Első osztályú berendezések használatával egy ilyen szintű erőmű költsége kulcsrakész alapon nem haladja meg a 45 000 - 55 000 rubelt 1 kW beépített elektromos kapacitásonként. A gázturbinára épülő erőmű végső ára a fogyasztó konkrét feladataitól és igényeitől függ. A költség magában foglalja a tervezést, a kivitelezést és az üzembe helyezést. Maguk a gázturbinák, mint tápegységek, kiegészítő felszerelés nélkül, a gyártótól és a teljesítménytől függően 400-800 dollárba kerülnek 1 kW-onként.
Ahhoz, hogy az adott esetben egy erőmű vagy hőerőmű építésének költségeiről tájékozódjon, egy kitöltött kérdőívet kell elküldenie cégünknek. Ezt követően 2-3 nap elteltével az ügyfél-ügyfél előzetes műszaki és kereskedelmi ajánlatot kap - TCH (rövid példa). A TCH 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”. Közvetlenül a létesítményben az ügyfél választ kap a meglévő kérdéseire.
A blokk-moduláris konstrukció koncepcióját gyakran veszik alapul a gázturbinákon alapuló erőművek építésekor. Blokk-moduláris kialakítás biztosítja magas szint a gázturbinás erőművek gyári készenlétét, és csökkenti az energetikai létesítmények építési idejét.
Gázturbinák - néhány számtani a megtermelt energia költségére
1 kW villamos energia előállításához a gázturbinák mindössze 0,29-0,37 m³/h gáztüzelőanyagot 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 gázturbinától kapott 1 kW villamos energia költsége körülbelül 1 rubel. Ezen felül a fogyasztó 1,5-2 kW ingyenes hőenergiát kap!
Gázturbinás erőműből származó autonóm áramellátással a megtermelt villamos energia és hő költsége 3-4-szer alacsonyabb az országos tarifáknál, 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 villamos vezetékek (TL) építési és üzemeltetési költségeinek kiküszöbölésével a gázturbinás erőművek jelentősen növelhetik az elektromos, hőellátás megbízhatóságát, egyéni vállalkozások szervezetek vagy régiók egészére.
A gázturbinákon alapuló erőmű automatizáltsági foka lehetővé teszi a karbantartó személyzet nagyszámú elhagyását. Egy gázerőmű üzemeltetése során mindössze hárman gondoskodnak a működéséről: egy kezelő, egy villanyszerelő ügyeletes és egy szerelő. Amikor vészhelyzetek Megbízható védelmi rendszerek biztosítják a személyzet biztonságát, a gázturbina rendszereinek és egységeinek biztonságát.
A légköri levegőt egy szűrőrendszerrel felszerelt légbeömlőn keresztül vezetik be (az ábrán nem látható) egy többfokozatú axiális kompresszor bemenetéhez. A kompresszor összenyomja a légköri levegőt, és nagy nyomással az égéstérbe juttatja. Ugyanakkor a fúvókákon keresztül bizonyos mennyiségű gáztüzelőanyag kerül a turbina égésterébe. Az üzemanyag és a levegő összekeveredik és meggyullad. A levegő-üzemanyag keverék ég, és nagy mennyiségű energia szabadul fel. A gáznemű égéstermékek energiája mechanikai munkává alakul át a turbinalapátok forgása miatt forró gázsugár által. A kapott energia egy részét a turbinás kompresszorban lévő levegő összenyomására fordítják. A munka többi része a hajtótengelyen keresztül az elektromos generátorra kerül. Ez a munka a gázturbina hasznos munkája. Az égéstermékek, amelyek hőmérséklete körülbelül 500-550 °C, a kipufogócsatornán és a turbina diffúzoron keresztül távoznak, és tovább használhatók, például hőcserélőben hőenergia előállítására.
A gázturbinák, mint motorok, a legnagyobb fajlagos teljesítménnyel rendelkeznek a belső égésű motorok közül, 6 kW/kg-ig.
Gázturbinás üzemanyagként kerozin, gázolaj, gáz használható.
A modern gázturbinák egyik előnye a hosszú életciklus - motor erőforrás (teljes 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 nagyjavítás felszerelés a helyszínen, az egyes alkatrészek cseréje a gyártó üzembe 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 alkalmazása a közepes erőműveknél a leghatékonyabb, 30 MW feletti teljesítményen pedig kézenfekvő a választás.