Centrale termice mici. turbine cu gaz sau motoare cu gaz

O turbină termică continuă în care energie termală gazul comprimat și încălzit (de obicei produse de ardere a combustibilului) este transformat în lucru mecanic de rotație pe arbore; este un element structural al unui motor cu turbină cu gaz.

Încălzirea gazului comprimat are loc de obicei în camera de ardere. De asemenea, este posibil să se efectueze încălzirea într-un reactor nuclear etc. Turbinele cu gaz au apărut pentru prima dată în sfârşitul XIX-lea V. ca motor cu turbină cu gaz și din punct de vedere al designului erau aproape de turbină cu abur. O turbină cu gaz este din punct de vedere structural o serie de jante staționare ale paletelor dispuse ordonat ale aparatului de duză și jante rotative ale rotorului, care, ca rezultat, formează partea de curgere. Etapa turbinei este un aparat cu duză combinat cu un rotor. Etapa constă dintr-un stator, care include părți staționare (carcasă, lame de duză, inele de bandaj) și un rotor, care este un set de părți rotative (cum ar fi lamele rotative, discuri, arbore).

Clasificarea turbinelor cu gaz se realizează în funcție de mulți caracteristici de proiectare: în funcție de direcția fluxului de gaz, numărul de trepte, metoda de utilizare a diferenței de căldură și metoda de alimentare cu gaz la rotor. Pe baza direcției fluxului de gaz, turbinele cu gaz pot fi distinse între axiale (cele mai frecvente) și radiale, precum și diagonale și tangențiale. In axial turbine cu gaz fluxul în secțiunea meridională este transportat în principal de-a lungul întregii axe a turbinei; V turbine radiale, dimpotrivă, perpendicular pe ax. Turbinele radiale sunt împărțite în centripete și centrifuge. Într-o turbină diagonală, gazul curge la un anumit unghi față de axa de rotație a turbinei. Rotorul unei turbine tangenţiale nu are pale; astfel de turbine sunt folosite pentru un debit foarte scăzut de gaz, de obicei la instrumentele de măsură. Turbinele cu gaz vin în tipuri simple, duble și cu mai multe trepte.

Numărul de trepte este determinat de mulți factori: scopul turbinei, proiectarea acesteia, puterea totală dezvoltată de o treaptă, precum și căderea de presiune care se declanșează. După metoda de utilizare a diferenței de căldură disponibilă, se face distincția între turbinele cu trepte de viteză, în care doar debitul se rotește în rotor, fără modificarea presiunii (turbine active), și turbinele cu trepte de presiune, în care presiunea scade atat in aparatul duzei cat si pe paletele rotorului (turbine cu jet). În turbinele parțiale cu gaz, gazul este furnizat rotorului de-a lungul unei părți a circumferinței aparatului cu duză sau de-a lungul întregii sale circumferințe.

Într-o turbină cu mai multe etape, procesul de conversie a energiei constă dintr-un număr de procese secvenţiale în etape individuale. Gazul comprimat și încălzit este furnizat canalelor interlame ale aparatului duzei la o viteză inițială, unde, în timpul procesului de expansiune, o parte din diferența de căldură disponibilă este convertită în energia cinetică a jetului de ieșire. O expansiune suplimentară a gazului și conversia transferului de căldură în lucru util are loc în canalele inter-lame ale rotorului. Fluxul de gaz, care acționează asupra palelor rotorului, creează cuplu pe arborele principal al turbinei. În acest caz, viteza absolută a gazului scade. Cu cât această viteză este mai mică, cu atât majoritatea energia gazoasă a fost transformată în lucru mecanic pe arborele turbinei.

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

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

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

Temperatura gazelor emanate din turbină este de 450-550 °C. Raportul cantitativ dintre energia termică și energia electrică pentru turbinele cu gaz variază de la 1,5: 1 la 2,5: 1, ceea ce face posibilă construirea de sisteme de cogenerare care diferă prin tipul de lichid de răcire:

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

Oamenii de știință sovietici B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov și alții au avut o mare contribuție la dezvoltarea turbinelor cu gaz, crearea de turbine cu gaz pentru unități de turbine cu gaz staționare și mobile a realizat companii străine(Swiss Brown-Boveri, unde a lucrat celebrul om de știință slovac A. Stodola, și Sulzer, American General Electric etc.).

ÎN dezvoltare ulterioară turbinele cu gaz depinde de posibilitatea creșterii temperaturii gazului în fața turbinei. Acest lucru se datorează creării de noi materiale rezistente la căldură și sisteme de răcire fiabile pentru lamele de lucru, cu îmbunătățiri semnificative în partea de curgere etc.

Datorită tranziției pe scară largă din anii 1990. Turbinele cu gaz au ocupat un segment semnificativ de piață pentru utilizarea gazului natural ca principal combustibil pentru generarea de energie electrică. Cu toate că eficienta maxima echipamentele se realizează la puteri de 5 MW și mai mari (până la 300 MW), unii producători produc modele în intervalul 1-5 MW.

Turbinele cu gaz sunt folosite în aviație și centrale electrice.

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

Categorie: Industrie pe G 

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

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

Denis Cherepanov, co-președinte al comitetului pentru energie Business Russia, susține că viitorul este al propriei noastre generații. Potrivit prim-vicepreședintelui Comitetului Dumei de Stat pentru energie, Serghei Yesyakov, în cazul energiei distribuite în lanțul „consumator de energie”, veriga decisivă este consumatorul, și nu sectorul energetic. Atunci când își generează propria energie electrică, consumatorul declară puterea necesară, configurațiile și chiar tipul de combustibil, economisind în același timp prețul unui kilowatt de energie primit. Printre altele, experții consideră că se pot realiza economii suplimentare dacă centrala funcționează în regim de cogenerare: energia termică recuperată va fi folosită pentru încălzire. Apoi perioada de rambursare a centralei electrice va fi redusă semnificativ.

Cea mai activă zonă de dezvoltare a energiei distribuite este construcția de centrale electrice cu turbine cu gaz putere redusă. Centralele cu turbine cu gaz sunt proiectate pentru funcționarea în orice condiții climatice ca sursă principală sau de rezervă de energie electrică și căldură pentru instalațiile industriale și casnice. Utilizarea unor astfel de centrale electrice în zone îndepărtate face posibilă obținerea unor economii semnificative de costuri prin eliminarea costurilor de construcție și exploatare a liniilor electrice lungi, iar în zonele centrale - pentru a crește fiabilitatea furnizării de energie electrică și termică atât pentru întreprinderi individuale, cât și pentru organizații. , și teritorii în ansamblu. Să ne uităm la niște turbine cu gaz și unități cu turbine cu gaz, care sunt oferite de producători cunoscuți pentru construcția de centrale electrice cu turbine cu gaz pe piața rusă.

General Electric

Soluțiile de turbine aeroderivate de la GE sunt extrem de fiabile și potrivite pentru utilizare într-o gamă largă de industrii, de la petrol și gaze până la utilități. În special, în producția la scară mică, sunt utilizate în mod activ unitățile de turbine cu gaz GE din familia LM2500, cu o capacitate de 21 până la 33 MW și o eficiență de până la 39%. LM2500 este folosit ca acționare mecanică și acționare a generatorului electric, funcționează în centrale electrice în ciclu simplu, ciclu combinat, mod de cogenerare, platforme offshoreși conducte.

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

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

Pentru a oferi clienților suport de încredere pe tot parcursul ciclului de viață al echipamentelor de generare, GE a deschis Centru de specialitate tehnologii energetice în Kaluga. Oferă clienților soluții moderne pentru întreținerea, inspecția și repararea turbinelor cu gaz. Compania a implementat un sistem de management al calității în conformitate cu Standardul ISO 9001.

Kawasaki Heavy Industries

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

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

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

Având o bună experiență în tehnologii criogenice, tehnologii de producție, depozitare și transport gaze lichefiate, Kawasaki desfășoară activități de cercetare și dezvoltare în domeniul hidrogenului ca combustibil.

În special, compania are deja prototipuri de turbine care utilizează hidrogen ca aditiv la combustibilul metan. În viitor, sunt așteptate turbine pentru care hidrogenul, care este mult mai bogat în energie și absolut prietenos cu mediul, va înlocui hidrocarburile.

Turbină cu gaz Kawasaki seria GPB proiectat pentru funcționarea la sarcină de bază, inclusiv scheme de interacțiune a rețelei în paralel și izolate, cu baza gamei de putere fiind mașini de la 1,7 la 30 MW.

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

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

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

Turbinele cu gaz Kawasaki se disting prin: fiabilitate ridicată și mare resursă; design compact, care este deosebit de atractiv la înlocuirea echipamentelor instalațiilor de generare existente; ușurință de întreținere datorită designului împărțit al carcasei, arzătoarelor detașabile, orificiilor de inspecție amplasate optim etc., ceea ce simplifică inspecția și întreținerea, inclusiv de către personalul utilizatorului;

Ecologic și economic. Camerele de ardere ale turbinelor Kawasaki sunt proiectate folosind cele mai avansate metode, ceea ce permite optimizarea procesului de ardere și obținerea unui randament mai bun al turbinei, precum și reducerea conținutului de NOx și alte substanțe nocive din evacuare. Performanța de mediu este, de asemenea, îmbunătățită prin utilizarea tehnologiei îmbunătățite de suprimare a emisiilor uscate (DLE);

Posibilitate de utilizare a unei game largi de combustibili. Gaze naturale, kerosen, combustibil diesel, păcură ușoară tip „A”, precum și gaze petroliere asociate;

Serviciu post-vânzare de încredere. Nivel ridicat de servicii, inclusiv un sistem de monitorizare online gratuit (TechnoNet) cu rapoarte și prognoze, suport tehnic de către personal cu înaltă calificare, precum și înlocuirea cu predare a unui motor cu turbină cu gaz în timpul unei revizii majore (timpul de nefuncționare al unei turbine cu gaz este redus la 2-3 săptămâni), etc.

În septembrie 2011, Kawasaki a prezentat cel mai recent sistem camera de ardere, permițând reducerea emisiilor de NOx la mai puțin de 10 ppm pentru motorul cu turbină cu gaz M7A-03, ceea ce este chiar mai mic decât cer reglementările actuale. Una dintre abordările companiei în ceea ce privește designul este crearea tehnologie nouă, îndeplinind nu numai cerințe moderne, ci și viitoare, mai stricte pentru performanța de mediu.

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

Turbina M1A-17D datorită utilizării unei camere de ardere design original cu suprimare a emisiilor uscate (DLE) are performanțe de mediu de vârf din clasă (NOx< 15 ppm) и эффективности.

Masa ultra-scăzută a turbinei (1470 kg), minimă din clasa sa, se datorează utilizării pe scară largă a materialelor compozite și a ceramicii, din care, de exemplu, sunt realizate paletele rotorului. Ceramica este mai rezistentă la lucru temperaturi ridicate, mai puțin predispus la contaminare decât metalele. Unitatea cu turbină cu gaz are o eficiență electrică apropiată de 27%.

În Rusia, în prezent Kawasaki Heavy Industries, Ltd. în colaborare cu companiile rusești a implementat o serie de proiecte de succes:

Minicentrala termică „Central” din Vladivostok

Din ordinul JSC Far Eastern Energy companie de management» (JSC DVEUK) 5 turbine cu gaz GPB70D (M7A-02D) au fost furnizate TPP „Tsentralnaya”. Stația furnizează energie electrică și căldură consumatorilor din partea centrală a insulei Russky și campusul din Orientul Îndepărtat universitate federală. TPP „Tsentralnaya” este prima unitate de energie din Rusia cu turbine Kawasaki.

Minicentrala termică „Oceanarium” din Vladivostok

Acest proiect a fost implementat și de JSC DVEUK pentru a furniza energie complexului științific și educațional Primorsky Oceanarium situat pe insulă. Au fost furnizate două turbine cu gaz GPB70D.

GTU fabricat de Kawasaki la PJSC Gazprom

Partenerul rus al Kawasaki, MPP Energotekhnika LLC, bazat pe turbina cu gaz M1A-17D, produce o centrală electrică de containere Corvette 1.7K pentru instalare pe zone deschise cu o gamă de temperaturi ambientale de la -60 la + 40 °C.

Ca parte a acordului de cooperare, cinci EGTE CORVET-1.7K au fost dezvoltate și asamblate la unitățile de producție ale MPP Energotekhnika. Responsabilitățile companiilor în acest proiect au fost distribuite astfel: Kawasaki a furnizat motorul cu turbină cu gaz M1A-17D și sistemele de control al turbinei, Siemens AG a furnizat generatorul de înaltă tensiune. MPP Energotekhnika LLC produce un container bloc, un dispozitiv de evacuare și de admisie a aerului, un sistem de control al unității de alimentare (inclusiv sistemul de excitare SHUVGm), echipamente electrice - principale și auxiliare, completează toate sistemele, asamblează și furnizează centrale electrice complete, precum și vânzări APCS.

EGTES Corvette-1.7K a trecut testele interdepartamentale și este recomandat pentru utilizare la unitățile PJSC Gazprom. Unitatea de putere cu turbină cu gaz a fost dezvoltată de LLC MPP Energotekhnika conform specificațiilor tehnice ale PJSC Gazprom în cadrul Programului de cooperare științifică și tehnică al PJSC Gazprom și al Agenției pentru Resurse Naturale și Energie din Japonia.

Turbină pentru CCGT de 10 MW la NRU MPEI

Kawasaki Heavy Industries Ltd., a fabricat și furnizat o unitate completă de turbină cu gaz GPB80D cu o putere nominală de 7,8 MW pentru National Universitatea de Cercetare„MPEI”, situat în Moscova. CHPP MPEI este educațional și practic și, generând energie electrică și căldură la scară industrială, le furnizează însuși Institutul Energetic din Moscova și le furnizează rețelelor de utilități din Moscova.

Extinderea geografiei proiectelor

Compania Kawasaki, atrăgând atenția asupra avantajelor dezvoltării energiei locale în direcția generării distribuite, și-a propus să înceapă implementarea proiectelor folosind unități cu turbine cu gaz de putere minimă.

Mitsubishi Hitachi Power Systems

Gama de modele de turbine N-25 este prezentată în gama de puteri de 28-41 MW. Gama completă de producție de turbine, inclusiv cercetare și dezvoltare și un centru de monitorizare la distanță, este realizată la uzina din Hitachi, Japonia, de către MHPS (Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd.). Înființarea sa a avut loc în februarie 2014 datorită fuziunii sectoarelor generatoare ale liderilor recunoscuți în inginerie mecanică Mitsubishi Heavy Industries Ltd. și Hitachi Ltd.

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

Competențele pe termen lung în producția de turbine cu gaz cu o gamă largă de capacități și proiectarea atentă a unei turbine industriale cu un singur arbore disting N-25 cu fiabilitate ridicată, cu o rată de disponibilitate a echipamentelor de peste 99%. Durata totală de funcționare a modelului a depășit 6,3 milioane de ore în a doua jumătate a anului 2016. Unitatea modernă de turbină cu gaz este realizată cu un conector axial orizontal, care asigură ușurința întreținerii, precum și capacitatea de a înlocui părți ale căii calde la locul de operare.

Camera de ardere cu inel tubular în contracurent asigură arderea stabilă a diferitelor tipuri de combustibil, cum ar fi gaz natural, motorină, gaz petrolier lichefiat, gaze de ardere, gaz de cocs etc. Camera poate fi realizată într-o versiune cu modul de ardere prin difuzie. , precum și o cameră de ardere uscată cu emisii scăzute de preamestec al amestecului gaz-aer (DLN). Motorul cu turbină cu gaz H-25 este un compresor cu flux axial în 17 trepte cuplat la o turbină activă în trei trepte.

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

În sectorul petrolului și gazelor, unitățile cu turbine cu gaz N-25 au fost utilizate pentru a opera site-ul complexului de procesare onshore Sakhalin II (OPF) al companiei Sakhalin Energy Investment Company, Ltd. OPF este situat la 600 km nord de Yuzhno-Sakhalinsk, în zona de aterizare a gazoductului offshore și este una dintre cele mai importante facilități ale companiei, responsabilă de pregătirea gazului și a condensului pentru transportul ulterioar prin conductă la terminalul de export de petrol și producția de GNL. plantă. Complexul tehnologic include patru turbine cu gaz N-25 situate în operare industriala din 2008. Unitatea de cogenerare bazată pe unitatea de turbină cu gaz N-25 a fost integrată la maximum în sistemul energetic complex OPF, în special, căldura de la gazele de evacuare a turbinei este utilizată pentru încălzirea țițeiului pentru nevoile de rafinare a petrolului.

Seturile de generatoare industriale cu turbine cu gaz de la Siemens (denumite în continuare GTU) vor ajuta să facă față dificultăților pieței de generare distribuită în dezvoltare dinamică. Turbinele cu gaz cu o putere nominală unitară de la 4 la 66 MW îndeplinesc pe deplin cerințele înalte din domeniul producției industriale combinate de energie, în ceea ce privește eficiența instalației (până la 90%), fiabilitatea operațională, flexibilitatea întreținerii și siguranța mediului, asigurând costuri reduse pe întreaga durată de viață și profituri mari din investiții. Experiența companiei Siemens în construcția de unități industriale de turbine cu gaz și construcția de centrale termice pe baza acestora datează de mai bine de 100 de ani.

Unitățile de turbine cu gaz Siemens cu o capacitate de la 4 la 66 MW sunt utilizate de companiile energetice mici, producătorii independenți de energie (de exemplu, întreprinderile industriale), precum și în industria petrolului și gazelor. Utilizarea tehnologiilor de generare a energiei electrice distribuite cu producție combinată de energie termică face posibilă evitarea investițiilor în linii de transport electric de mai mulți kilometri, minimizarea distanței dintre sursa de energie și obiectul care o consumă și realizarea unor economii serioase de costuri prin acoperirea încălzirii instalațiilor industriale. întreprinderilor și infrastructurii prin recuperarea căldurii. O minicentrală termică standard bazată pe o unitate de turbină cu gaz Siemens poate fi construită în orice loc unde există acces la o sursă de combustibil sau la o alimentare promptă a acesteia.

SGT-300 este o unitate industrială cu turbină cu gaz cu o putere electrică nominală de 7,9 MW (vezi Tabelul 1), combină un design simplu, fiabil și cele mai noi tehnologii.

Tabelul 1. Caracteristici SGT-300 pentru acționarea mecanică și generarea de energie

Producere de energie		Acționare mecanică
	7,9 MW	8 MW	9 MW
Putere în ISO
	Gaze naturale/combustibil lichid/combustibil dual și alți combustibili la cerere; Schimbarea automată a combustibilului de la principal la rezervă, la orice sarcină
Ud. consumul de căldură	11.773 kJ/kWh	10,265 kJ/kWh	10,104 kJ/kWh
Viteza turbinei de putere		5.750 - 12.075 rpm	5.750 - 12.075 rpm
Rata compresiei
Debitul gazelor de evacuare
Temperatura gazelor de evacuare	542 °C (1,008 °F)	491 °C (916 °F)	512 °C (954 °F)
Emisii de NO X Combustibil pe gaz cu sistem DLE

1) Electric 2) Montat pe arbore

Orez. 1. Proiectarea generatorului de gaz SGT-300

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

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

Generatorul de gaz este echipat cu o cameră de ardere uscată cu emisii reduse, folosind tehnologia DLE, care permite atingerea unor niveluri de emisii de NOx și CO care sunt de peste 2,5 ori mai mici decât cele stabilite prin acte normative;

Unitatea de turbină cu gaz are caracteristici dinamice bune datorită designului său cu un singur arbore și asigură funcționarea stabilă a generatorului atunci când sarcina rețelei externe conectate fluctuează;

Designul industrial al turbinei cu gaz asigură o durată lungă de viață între revizii și este optim din punct de vedere organizatoric munca de serviciu, care se desfășoară la locul de exploatare;

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

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

Timpul total de funcționare al flotei SGT-300 instalate este de peste 6 milioane de ore, timpul de funcționare al turbinei cu gaz principal fiind de 151 mii ore.Factorul de disponibilitate/disponibilitate este de 97,3%, factorul de fiabilitate este de 98,2%.

OPRA (Olanda) - furnizor lider sisteme energetice pe baza de turbine cu gaz. OPRA dezvoltă, produce și comercializează motoare moderne cu turbină cu gaz cu o putere de aproximativ 2 MW. Activitatea cheie a companiei este producerea de energie electrică pentru industria petrolului și gazelor.

Motorul de încredere OPRA OP16 oferă mai mult performanta ridicata la un cost mai mic și o durată de viață mai lungă decât orice altă turbină din clasa sa. Motorul funcționează cu mai multe tipuri de combustibil lichid și gazos. Există o modificare a camerei de ardere cu un conținut redus de poluanți în evacuare. Centrala OPRA OP16 1,5-2,0 MW va fi un asistent de încredere în condiții grele de funcționare.

Turbinele cu gaz OPRA sunt echipamentul perfect pentru generarea de energie electrică în sisteme electrice autonome și de cogenerare la scară mică. Dezvoltarea designului turbinei a durat mai mult de zece ani. Rezultatul a fost un motor simplu, fiabil și eficient cu turbină cu gaz, inclusiv un model cu emisii reduse.

O trăsătură distinctivă a tehnologiei de conversie a energiei chimice în energie electrică în OP16 este sistemul de control brevetat pentru prepararea și furnizarea amestecului de combustibil COFAR, care asigură moduri de ardere cu formare minimă de azot și oxizi de carbon, precum și un minim a reziduurilor de combustibil nearse. De asemenea, originală este geometria patentată a turbinei radiale și designul general în consolă al cartuşului înlocuibil, care include un arbore, rulmenți, un compresor centrifugal și o turbină.

Specialiștii companiilor „OPRA” și „MES Engineering” au dezvoltat un concept pentru crearea unui complex unic unic de procesare a deșeurilor tehnice. Din cele 55-60 de milioane de tone de toate deșeurile solide generate în Rusia pe an, o cincime - 11,7 milioane de tone - revine regiunii capitalei (3,8 milioane de tone - regiunea Moscova, 7,9 milioane de tone - Moscova). În același timp, 6,6 milioane de tone de deșeuri menajere sunt exportate din Moscova dincolo de șoseaua de centură a Moscovei. Astfel, peste 10 milioane de tone de gunoi se instalează în regiunea Moscovei. Din 2013 au fost închise 22 din cele 39 de depozite de deșeuri din regiunea Moscovei, care ar trebui înlocuite cu 13 complexe de sortare a deșeurilor, care vor fi puse în funcțiune în 2018-2019, precum și patru instalații de incinerare a deșeurilor. Aceeași situație se întâmplă în majoritatea celorlalte regiuni. Cu toate acestea, construcția de fabrici mari de procesare a deșeurilor nu este întotdeauna profitabilă, așa că problema reciclării deșeurilor este foarte relevantă.

Conceptul dezvoltat de un singur complex tehnic combină instalațiile OPRA complet radiale, care au fiabilitate și eficiență ridicate, cu sistemul de gazeificare/piroliză al companiei MES, care permite o conversie eficientă. tipuri variate deșeurile (inclusiv deșeuri solide, nămoluri petroliere, sol contaminat, deșeuri biologice și medicale, deșeuri de lemn, traverse etc.) în combustibil excelent pentru generarea de căldură și electricitate. Ca urmare a cooperării pe termen lung, a fost proiectat un complex standardizat de procesare a deșeurilor cu o capacitate de 48 de tone/zi, care este acum în stadiul de implementare. (Fig. 3).

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

Complexul include o instalație de gazeificare MES cu zonă de depozitare a deșeurilor, două turbine cu gaz OPRA cu o putere electrică totală de 3,7 MW și o putere termică de 9 MW, precum și diverse sisteme auxiliare și de protecție.

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

Diferențele dintre tehnologiile complexe dezvoltate și cele existente apar din combinația unică a tehnologiilor propuse. Volumele mici (2 t/h) de deșeuri consumate, împreună cu suprafața mică necesară a șantierului, fac posibilă plasarea acest complex direct aproape de așezări mici, întreprinderi industriale etc., economisind în mod semnificativ bani pentru transportul constant al deșeurilor la locurile de eliminare. Autonomia completă a complexului îi permite să fie implementat aproape oriunde. Utilizarea unui design standard dezvoltat, a structurilor modulare și a gradului maxim de pregătire în fabrică a echipamentelor face posibilă reducerea timpului de construcție la 1-1,5 ani. Utilizarea noilor tehnologii asigură cea mai înaltă compatibilitate cu mediul complexului. Unitatea de gazeificare MES produce simultan fracții de gaz și combustibil lichid și, datorită naturii cu dublu combustibil a turbinei cu gaz OPRA, acestea sunt utilizate simultan, ceea ce crește flexibilitatea combustibilului și fiabilitatea alimentării cu energie. Cerințele scăzute ale unității de turbină cu gaz OPRA privind calitatea combustibilului măresc fiabilitatea întregului sistem. Instalația MES permite utilizarea deșeurilor cu un conținut de umiditate de până la 85%; prin urmare, nu este necesară uscarea deșeurilor, ceea ce crește eficiența întregului complex. Temperatura ridicată a gazelor de eșapament ale unității cu turbine cu gaz OPRA permite o furnizare fiabilă a căldurii apa fierbinte sau abur (până la 11 tone de abur pe oră la 12 bar). Proiectul este standard și scalabil, ceea ce permite eliminarea oricărei cantități de deșeuri.

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

În generarea autonomă - energie la scară mică, recent i s-a acordat o atenție considerabilă turbine cu gaz putere diferită. Centrale electrice la bază turbine cu gaz sunt utilizate ca sursă principală sau de rezervă de energie electrică și termică în scopuri industriale sau casnice. Turbine cu gaz ca parte a centralelor electrice sunt proiectate pentru funcționarea în orice condiții climatice ale Rusiei. Domenii de utilizare turbine cu gaz practic nelimitat: industria petrolului și gazelor, întreprinderile industriale, structuri de locuințe și servicii comunale.

Factorul pozitiv de utilizare turbine cu gazîn sectorul locuințelor și serviciilor comunale este că conținutul de emisii nocive din gazele de eșapament NO x și CO este la nivelul de 25, respectiv 150 ppm (pentru unitățile alternative aceste valori sunt mult mai mari), ceea ce face posibilă pentru a instala o centrală electrică lângă clădiri de locuit. Utilizare turbine cu gaz ca unități de putere ale centralelor electrice evită construirea coșurilor de fum înalte.

În funcție de nevoile dvs turbine cu gaz este echipat cu cazane de caldura reziduala cu abur sau apa calda, ceea ce va permite sa primiti de la centrala fie abur (presiune joasa, medie, inalta) pentru nevoi de proces, fie apa calda (ACM) cu valori standard de temperatura. Puteți obține abur și apă fierbinte în același timp. Puterea energiei termice produsă de o centrală bazată pe turbine cu gaz este de obicei de două ori mai mare decât a energiei electrice.

La centrala cu turbine cu gazîn această configurație, eficiența combustibilului crește la 90%. Eficiență ridicată de utilizare turbine cu gaz ca unități de putere este asigurată în timpul funcționării pe termen lung la maximum sarcina electrica. La putere suficient de mare turbine cu gaz Există posibilitatea utilizării combinate a turbinelor cu abur. Această măsură poate îmbunătăți semnificativ eficiența centralei, crescând randamentul electric la 53%.

Cât costă o centrală electrică bazată pe turbine cu gaz? Care este prețul său integral? Ce este inclus in pretul la cheie?

Autonom centrala termica bazat pe turbine cu gaz are o mulțime de costuri suplimentare, dar de multe ori simplu echipamentul necesar(exemplu de viață reală – proiect finalizat). Folosind echipamente de primă clasă, costul unei centrale electrice la cheie de acest nivel nu depășește 45.000 - 55.000 de ruble per 1 kW de putere electrică instalată. Prețul final al unei centrale electrice bazată pe turbine cu gaz depinde de sarcinile și nevoile specifice ale consumatorului. Pretul include lucrarile de proiectare, constructie si punere in functiune. Turbinele cu gaz în sine, ca unități de putere, fără echipamente suplimentare, în funcție de compania producătoare și de putere, costă de la 400 la 800 de dolari pe 1 kW.

Pentru a obține informații despre costul construirii unei centrale electrice sau centralei termice în cazul dumneavoastră specific, trebuie să trimiteți un chestionar completat companiei noastre. După aceasta, după 2–3 zile, clientul-client primește o propunere tehnică și comercială preliminară - TCP (scurt exemplu). Pe baza TCP, clientul ia decizia finală privind construcția unei centrale electrice bazată pe turbine cu gaz. De regulă, înainte de a lua o decizie, clientul vizitează o instalație existentă pentru a vedea o centrală electrică modernă cu propriii ochi și „atinge totul cu mâinile”. Clientul primește răspunsuri la întrebările sale direct pe site.

Construcția de centrale electrice pe bază de turbine cu gaz se bazează adesea pe conceptul de construcție bloc-modulară. Designul bloc-modular oferă nivel inalt pregătirea din fabrică a centralelor cu turbine cu gaz și reduce timpul de construcție a instalațiilor energetice.

Turbine cu gaz - puțină aritmetică asupra costului energiei produse

Pentru a produce 1 kW de energie electrică, turbinele cu gaz consumă doar 0,29–0,37 m³/oră de combustibil gazos. La arderea unui metru cub de gaz, turbinele cu gaz generează 3 kW de energie electrică și 4–6 kW de energie termică. Cu prețul (mediu) pentru gaze naturale în 2011 3 ruble. pe 1 m³, costul pentru 1 kW de energie electrică obținută de la o turbină cu gaz este de aproximativ 1 rublă. În plus, consumatorul primește 1,5–2 kW de energie termică gratuită!

Cu o alimentare autonomă de la o centrală electrică bazată pe turbine cu gaz, costul energiei electrice și căldurii produse este de 3-4 ori mai mic decât tarifele actuale din țară, iar acest lucru nu ia în considerare cost ridicat conexiuni la rețelele electrice de stat (60.000 de ruble pe 1 kW în regiunea Moscova, 2011).

Construirea centralelor autonome pe baza turbine cu gaz vă permite să obțineți economii semnificative prin eliminarea costurilor de construcție și exploatare a liniilor electrice scumpe (linii electrice).Centralele electrice bazate pe turbine cu gaz pot crește semnificativ fiabilitatea alimentării cu energie electrică și termică atât pentru întreprinderi individuale sau organizații, cât și pentru regiuni, ca întreg.
Gradul de automatizare a unei centrale electrice pe bază de turbine cu gaz face posibilă eliminarea unui număr mare de personal de întreținere. În timpul funcționării unei centrale pe gaz, funcționarea acesteia este asigurată de doar trei persoane: un operator, un electrician de serviciu și un mecanic de serviciu. În cazul unor situații de urgență, sunt prevăzute sisteme de protecție fiabile pentru a asigura siguranța personalului și siguranța sistemelor și ansamblurilor cu turbine cu gaz.

Aerul atmosferic printr-o admisie de aer echipată cu un sistem de filtrare (nu este prezentat în diagramă) este furnizat la intrarea unui compresor axial cu mai multe trepte. Compresorul comprimă aerul atmosferic și îl furnizează la presiune mare către camera de ardere. În același timp, o anumită cantitate de combustibil gazos este furnizată în camera de ardere a turbinei prin duze. Combustibilul și aerul se amestecă și se aprind. Amestecul combustibil-aer arde, eliberând o cantitate mare de energie. Energia produselor de ardere gazoasă este transformată în lucru mecanic datorită rotației palelor turbinei prin jeturi de gaz fierbinte. O parte din energia primită este cheltuită pentru compresia aerului în compresorul turbinei. Restul lucrării este transferat la generatorul electric prin axa de antrenare. Această lucrare este munca utilă a unei turbine cu gaz. Produsele de ardere, care au o temperatură de aproximativ 500-550 °C, sunt evacuate prin canalul de evacuare și difuzorul turbinei și pot fi utilizate în continuare, de exemplu, într-un schimbător de căldură, pentru a obține energie termică.

Turbinele cu gaz, ca motoare, au cea mai mare densitate de putere dintre motoarele cu ardere internă, până la 6 kW/kg.

Pot fi utilizați următorii combustibili pentru turbine cu gaz: kerosen, motorină, gaz.

Unul dintre avantajele turbinelor moderne cu gaz este lung ciclu de viață- durata de viață a motorului (total până la 200.000 ore, înainte de reparații majore 25.000–60.000 ore).

Modern turbine cu gaz sunt extrem de fiabile. Există dovezi ale funcționării continue a unor unități de câțiva ani.

Mulți furnizori de turbine cu gaz produc renovare majoră echipamente la fața locului, înlocuind componentele individuale fără transport la producător, ceea ce reduce semnificativ costurile de timp.

Posibilitatea de funcționare pe termen lung în orice interval de putere de la 0 la 100%, absența răcirii cu apă, funcționarea cu două tipuri de combustibil - toate acestea fac turbinele cu gaz unități de putere populare pentru centralele autonome moderne.

Cea mai eficientă utilizare a turbinelor cu gaz este la capacități medii ale centralelor electrice, iar la capacități de peste 30 MW, alegerea este evidentă.

Din când în când se spune în știri că, de exemplu, la o astfel de centrală raională de stat este în plină desfășurare construcția unui CCGT de 400 MW, iar la un alt CHPP-2 instalarea unei turbine cu gaz de așa fel. multi MW au fost pusi in functiune. Despre astfel de evenimente sunt scrise și acoperite, deoarece includerea unor astfel de unități puternice și eficiente nu este doar o „bifă” în implementare. program de stat, dar și o creștere reală a eficienței centralelor electrice, a sistemului energetic regional și chiar a sistemului energetic unificat.

Dar aș dori să vă atrag atenția nu despre implementarea programelor de stat sau a indicatorilor de prognoză, ci despre PSU și GTU. Nu numai o persoană obișnuită, ci și un inginer energetic începător pot fi confuzi în acești doi termeni.

Să începem cu ceea ce este mai simplu.

GTU - unitate de turbină cu gaz - este o turbină cu gaz și un generator electric combinate într-o singură carcasă. Este benefic sa-l instalezi la centrale termice. Acest lucru este eficient și multe reconstrucții ale centralelor termice au ca scop instalarea doar de astfel de turbine.

Iată un ciclu simplificat de funcționare a unei stații termice:

Gazul (combustibilul) intră în cazan, unde arde și transferă căldură apei, care iese din cazan sub formă de abur și rotește turbina cu abur. Și turbina cu abur întoarce generatorul. Primim energie electrică de la generator, iar dacă este necesar, luăm abur pentru nevoi industriale (încălzire, încălzire) de la turbină.

Și într-o instalație de turbină cu gaz, gazul arde și învârte o turbină cu gaz, care generează energie electrică, iar gazele de evacuare transformă apa în abur într-un cazan de căldură reziduală, adică. gazul functioneaza cu dublu beneficiu: mai intai arde si invarte turbina, apoi incalzeste apa din cazan.

Și dacă instalația turbinei cu gaz în sine este prezentată și mai detaliat, va arăta astfel:

Acest videoclip arată clar ce procese au loc într-o instalație de turbină cu gaz.

Dar va exista și mai mult beneficiu dacă aburul rezultat este făcut să funcționeze - puneți-l într-o turbină cu abur, astfel încât să funcționeze un alt generator! Apoi, unitatea noastră de turbină cu gaz va deveni o UNITATE DE ABUR-GAZ (SGU).

Ca rezultat, PSU este un concept mai larg. Această instalație este o unitate de putere independentă, unde combustibilul este folosit o dată și electricitatea este generată de două ori: într-o unitate cu turbină cu gaz și într-o turbină cu abur. Acest ciclu este foarte eficient și are o eficiență de aproximativ 57%! Acesta este un rezultat foarte bun, care vă permite să reduceți semnificativ consumul de combustibil pe kilowatt-oră de energie electrică!

În Belarus, pentru a crește eficiența centralelor electrice, unitățile cu turbine cu gaz sunt utilizate ca „suprastructură” pentru schema centrală termică existentă, iar unitățile cu turbine cu gaz cu ciclu combinat sunt construite la centralele electrice districtuale de stat ca unități de putere independente. Funcționând la centralele electrice, aceste turbine cu gaz nu numai că măresc „indicatorii tehnici și economici de prognoză”, dar îmbunătățesc și managementul generației, deoarece au o manevrabilitate ridicată: viteza de pornire și generarea energiei.

Atât de utile sunt aceste turbine cu gaz!

O turbină cu gaz este un motor în care, în procesul de funcționare continuă, organul principal al dispozitivului (rotorul) se transformă (în alte cazuri abur sau apă) în lucru mecanic. În acest caz, jetul de substanță de lucru acționează asupra palelor fixate în jurul circumferinței rotorului, determinându-le să se miște. Pe baza direcției de curgere a gazului, turbinele sunt împărțite în axiale (gazul se mișcă paralel cu axa turbinei) sau radiale (mișcare perpendiculară față de aceeași axă). Există atât mecanisme cu o singură etapă, cât și cu mai multe etape.

O turbină cu gaz poate acționa asupra palelor în două moduri. În primul rând, acesta este un proces activ atunci când gazul este furnizat în zona de lucru pentru viteze mari. În acest caz, fluxul de gaz tinde să se miște în linie dreaptă, iar partea curbată a lamei care stă în calea sa îl deviază, rotindu-se singură. În al doilea rând, acesta este un proces reactiv, în care debitul de gaz este scăzut, dar se folosesc presiuni mari. tipul nu se găsește aproape niciodată în forma sa pură, deoarece în turbinele lor este prezent, care acționează asupra palelor împreună cu forța de reacție.

Unde este folosită turbina cu gaz astăzi? Principiul de funcționare al dispozitivului îi permite să fie utilizat pentru a antrena generatoare de curent electric, compresoare etc. Turbinele de acest tip sunt utilizate pe scară largă în transport (unități cu turbine cu gaz pentru nave). În comparație cu analogii de abur, au o greutate și dimensiuni relativ mici; nu necesită instalarea unei camere de cazane sau a unei unități de condensare.

Turbina cu gaz este rapid gata de funcționare după pornire, dezvoltă puterea maximă în aproximativ 10 minute, este ușor de întreținut, necesită cantitate mica apa pentru racire. Spre deosebire de motoarele cu ardere internă, acesta nu are influențe inerțiale de la mecanismul manivelei. de o ori și jumătate mai scurt decât motoarele diesel și de peste două ori mai ușor. Dispozitivele au capacitatea de a funcționa cu combustibil de calitate scăzută. Calitățile de mai sus ne permit să considerăm motoarele de acest tip ca fiind de interes deosebit pentru navele cu hidrofoil și hidrofoil.

Turbina cu gaz ca componentă principală a motorului are și o serie de dezavantaje semnificative. Printre acestea, remarcă zgomot ridicat, mai puțin decât motoarele diesel, eficiență, durată scurtă de viață la temperaturi mari(dacă mediul gazos utilizat are o temperatură de aproximativ 1100 o C, atunci perioada de utilizare a turbinei poate fi în medie de până la 750 de ore).

Eficiența unei turbine cu gaz depinde de sistemul în care este utilizată. De exemplu, dispozitivele utilizate în sectorul energetic cu o temperatură inițială a gazului peste 1300 de grade Celsius, cu aer în compresor nu mai mult de 23 și nu mai puțin de 17, au un coeficient de aproximativ 38,5% în timpul operațiunilor autonome. Astfel de turbine nu sunt foarte răspândite și sunt utilizate în principal pentru acoperirea vârfurilor de sarcină în sistemele electrice. Astăzi, la o serie de centrale termice din Rusia funcționează aproximativ 15 turbine cu gaz cu o capacitate de până la 30 MW. În instalațiile cu mai multe etape se obține o rată mult mai mare acțiune utilă(aproximativ 0,93) din cauza Eficiență ridicată elemente structurale.