I øjeblikket er der flere tusinde termiske kraftværker og statlige distriktskraftværker i Rusland samt mere end 66 tusind kedelhuse, der leverer næsten 80% af den producerede varme. I denne henseende er Rusland den ubestridte verdensleder hvad angår mængden af ​​fjernvarme. Bemærk, at hvad angår centralisering, er Rusland verdensførende, ikke kun inden for energiområdet.
Eksperter bemærker imidlertid ineffektiviteten ved at bruge gas på forældede enheder samt det lave effektivitetsniveau for traditionelle dampkraftmøller, som ikke overstiger 38%. I centraliserede netværk produceres varme mest på udstyr fra tidligere generationer, mens overskydende varme "varmer" luften.
Anvendelse af lokale systemer til produktion af elektrisk og termisk energi ved hjælp af gasturbinekraftværker (GTU) drift på naturgas eller propan er en af ​​de mulige løsninger på dette problem.
I denne henseende er der en tendens til konstruktion af decentrale kombinerede el- og varmeforsyningskilder (den såkaldte kraftvarmefunktion) installeret både i eksisterende varmekedelhuse og på nybyggede varmekilder. Det mest presserende spørgsmål er overgangen til nye små faciliteter ved hjælp af moderne gasturbiner, der leverer kraftvarmeproduktion.

I de udviklede lande øges andelen af ​​små kraftværker med kraftvarmecyklus, hvilket gør det muligt at optimere produktionen af ​​varme og elektricitet i den sociale og industrielle infrastruktur samt sikre en effektiv energibesparelse. For eksempel når USA og Storbritannien andelen af ​​kraftvarmeproduktion i mindre energi op på 80%, i Holland - 70%, i Tyskland - 50%. I udlandet understøttes denne proces aktivt af staten både gennem lovgivningsmæssig regulering og gennem budgetmidler.
Grundlaget for den økonomiske effektivitet af gasturbinekraftværker er deres høje elektriske og termiske effektivitet, der opnås på grund af den grundlæggende driftsmåde for varmeforbrug (opvarmning, varmtvandsforsyning, varmeforsyning til industrielle behov).
Gasturbineenheder anerkendes nu i kraftindustrien som fuldt ud mestret, pålideligt udstyr.
Ydeevneindikatorer for gasturbiner på kraftværker er på samme niveau som konventionelt kraftudstyr. De er kendetegnet ved arbejdsvilje inden for 90% af kalendertiden, 2 - 3 års reparationscyklus, startstabilitet 95 - 97%.
Lav specifik vægt, kompakthed, let transport og nem installation er nogle af de største fordele ved gasturbineanlæg, de mest attraktive set fra deres anvendelse.
Fordelene ved GTU'er omfatter også korte konstruktionstider, øget pålidelighed af varme og strømforsyning til forbrugere, minimale mængder af skadelige emissioner til miljøet, reduceret inerti af termisk regulering og tab i varme netværk i forhold til netværk forbundet til store RTS og kraftvarmeværker.

Beskrivelse gasturbinteknologi .
GTU er baseret på en gasgenerator, der fungerer som en kilde til komprimerede varme forbrændingsprodukter til at drive en motorturbine.
Gasgeneratoren består af en kompressor, et forbrændingskammer og en kompressordrevturbine. I kompressoren komprimeres atmosfærisk luft, som kommer ind i forbrændingskammeret, hvor brændstof (normalt gas) tilføres den gennem dyserne, derefter brændes brændstoffet i luftstrømmen. Forbrændingsprodukter tilføres kompressorturbinen og effektturbinen (med en enkeltakslet version kombineres kompressoren og effektturbinen) .Effekten udviklet af effektmøllen overstiger betydeligt den effekt, kompressoren forbruger til luftkomprimering, som samt at overvinde friktionen i lejerne og den effekt, der bruges på drev af hjælpeenheder ... Forskellen mellem disse værdier er den nyttige kraft i GTU'en.
En turbinegenerator (elektrisk generator) er placeret på mølleakslen.
Gasserne, der udledes i gasturbinen, kører gennem udstødningsanordningen og lyddæmperen går ind i skorstenen. Det er muligt at genvinde varmen fra udstødningsgasser, når udstødningsgasserne kommer ind i spildevarmekedlen, hvor der genereres varmeenergi i form af damp og / eller varmt vand. Damp eller varmt vand fra spildevarmekedlen kan overføres direkte til varmeforbrugeren.
Den elektriske effektivitet i moderne gasturbineværker er 33–39%. Under hensyntagen til den høje temperatur i udstødningsgasser i kraftfulde gasturbineanlæg er det imidlertid muligt at anvende gas- og dampturbiner i kombination. En sådan teknisk tilgang kan forbedre brændstofforbrugets effektivitet betydeligt og øge den elektriske effektivitet i installationer med op til 57–59%.

Fordelene ved gasturbineanlæg er lav specifik vægt, kompakthed, nem transport og nem installation. Installation af en gasturbineenhed på det tekniske gulv i en bygning eller et tagarrangement af laveffekt gasturbineenheder er tilladt. Denne nyttige egenskab ved GTU er en vigtig faktor i byudviklingen.
Ved drift af gasturbineanlæg er indholdet af skadelige emissioner af NOx og CO i udstødningsgasserne minimalt. Sådanne fremragende miljøkvaliteter gør det let at lokalisere gasturbineenheder i umiddelbar nærhed af menneskelig beboelse.

Derudover leveres GTP'er med lille kapacitet normalt i form af en eller flere enheder med fuld fabriksklarhed, hvilket kræver en lille mængde installationsarbejde, og deres relativt lille størrelse gør det muligt at installere dem i en trang overordnet plan. Derfor den relativt billige konstruktion og installationsarbejde.
Gasturbineenheder har ubetydelige vibrationer og støj i området 65–75 dB (hvilket svarer til lyden af ​​en støvsuger i en afstand af 1 meter på støjniveauet). Som regel er der ikke behov for særlig lydisolering for sådant højteknologisk generationsudstyr.
Moderne gasturbineenheder er yderst pålidelige. Der er tegn på kontinuerlig drift af nogle enheder i flere år. Mange gasturbineleverandører genopbygger udstyr på stedet og udskifter individuelle komponenter uden at transportere dem til producenten, hvilket reducerer omkostningerne ved vedligeholdelse af enheden betydeligt.
De fleste gasturbineenheder er i stand til at overbelaste, dvs. stigning i magt over det nominelle. Dette opnås ved at øge arbejdsfluidens temperatur.
Imidlertid pålægger producenterne strenge restriktioner for varigheden af ​​sådanne tilstande, hvilket tillader drift med et overskridelse af den oprindelige temperatur i højst flere hundrede timer. Overtrædelse af disse begrænsninger reducerer installationens ressource betydeligt.

  En ske med tjære.
Der er imidlertid vanskeligheder ved at indføre kraftgasturbineenheder. Dette er først og fremmest behovet for foreløbig komprimering af gasformigt brændstof, hvilket øger omkostningerne ved energiproduktion betydeligt, især for små gasturbineenheder og i nogle tilfælde er en betydelig hindring for deres implementering i kraftindustrien. For moderne gasturbiner med høje luftkompressionsforhold kan det nødvendige brændstofgastryk overstige 25-30 kg / cm 2.
En anden væsentlig ulempe ved GTU er et kraftigt fald i effektivitet med faldende belastning.
Levetiden for en gasturbineenhed er meget kortere end for andre kraftværker og ligger normalt i intervallet 45-125 tusinde timer.

Historisk set var pionererne inden for udviklingen af ​​gasturbinteknologi skaberne af motorer til skibe og fly. Derfor har de på nuværende tidspunkt samlet den største erfaring på dette område og er de mest kvalificerede specialister.
I Rusland indtages ledende positioner inden for fremstilling af gasturbinekraftværker af virksomheder, der udvikler og fremstiller flyturbinemotorer og gasturbineanlæg designet specielt til energiforbrug:
   - JSC "Lyulka-Saturn"(Moskva by),
   - Rybinsk Motors OJSC(Rybinsk),
begge er inkluderet i NPO Saturn,
   - NPP dem. V. Ya. Klimova(Sankt Petersborg),
   - FSUE MMPP "Salyut"(Moskva by),
Andet

I 2004-2006 i Moskva med deltagelse OJSC "Saturn - gasturbiner" konstruktion og drift af eksperimentelle gasturbineenheder (GTU) blev udført på RTS "Kuryanovo" og RTS "Penyagino". Hovedopgaven ved brug af gasturbineenheder er at sikre en uafhængig forsyning af elektricitet og varme til boliger og kommunale tjenester. Begge RTS'er var udstyret med to gasturbineenheder. GTA-6RM enhedskapacitet på 6 MW. GTA-6RM er en af ​​hovedtyperne af jordbaserede produkter fra NPO Saturn.
Gasturbinenheder GTA-6RM samles på basis af serielle, relativt billige, flymotorer D-30KU / KP, som har etableret sig som den mest pålidelige motor i Rusland, som drives på masseproducerede fly IL-62M, TU-154M og IL-76. Den samlede driftstid for disse motorer oversteg 36 millioner timer.
Enhederne er produceret i blokmodulært og værksteds- (station) design og kan betjenes i enkeltdrift eller i kombination med møllegeneratorer i forskellige serier med identiske ydelsesegenskaber, varmt vand eller dampaffaldskedler.
I 2005 blev GTA-6RM inkluderet på listen over 100 bedste varer i Rusland, det blev officielt tildelt status som "Pride of Fatherland".

Eksperimentet viste, at brugen af ​​gasturbiner i RTS -systemet gør det muligt at øge pålideligheden i at levere varme til byens økonomi og boligsektoren i hovedstaden ved at kopiere og sikkerhedskopiere eksisterende livsstøttesystemer samt øge bys økonomis energisikkerhed.

Og jeg må sige, at regeringen i Moskva for alvor satser på den massive anvendelse af gasturbiner i hovedstadens energikompleks.
Her er uddrag fra dekretet af 29. december 2009 N 1508-PP "Om Moskvas byvarmeordning for perioden frem til 2020."
Det prioriterede område for udviklingen af ​​varmeforsyning i Moskva i perioden frem til 2020 er implementering af den kombinerede varme- og elproduktionsteknologi med yderligere tiltrækning af opvarmningsressourcen og dækning af varme og elektriske belastninger fra byens forbrugere med nyt gasturbinekraftværker.
....................................
Videreudvikling af varmeforsyningssystemet bør baseres på:
 .............................................
- installation på autonome produktionskilder på kraftværker ( gasturbineenheder) til start af kraftværket i tilfælde af tab af kommunikation med elsystemet og autonom strømforsyning af spids varmtvandskedler i nødtilstande.

Indtil videre har vi kun talt om selve gasturbinen, ikke

* * stille spørgsmålet, hvor kommer den gas, der driver den fra.

Driftsdampen leveres til dampturbinen fra dampkedlen. Hvilke enheder er nødvendige for at fodre en gasturbine med en arbejdsgas?

En gasturbine kræver gas med en stor energireserve. Gasens energi - dens evne til at udføre mekanisk arbejde under visse betingelser - afhænger af tryk og temperatur. Jo mere gassen komprimeres og jo højere dens temperatur er, jo mere mekanisk arbejde kan den udføre under dens ekspansion. Det betyder, at møllerne kræver komprimeret og opvarmet gas. Derfor er det klart, hvilke enheder der skal inkluderes i gasturbinenheden (eller gasturbinemotoren). Dette er for det første en enhed til komprimering af luft og for det andet en enhed til opvarmning af den

Og for det tredje selve gasturbinen, som omdanner den indre energi fra den komprimerede og opvarmede gas til mekanisk arbejde.

Det er svært at komprimere luft. Det er meget vanskeligere at udføre end at tilføre flydende brændstof til forbrændingskammeret. For eksempel, for at levere et kilo petroleum pr. Sekund til et forbrændingskammer med et tryk på 10 atmosfærer, er det nødvendigt at forbruge ca. 2 hestekræfter, og for at komprimere et kilogram luft i sekundet til 10 atmosfærer kræves der cirka 400 hestekræfter. Og i gasturbineanlæg tegner et kilo petroleum sig for omkring 60 kilo luft.

Det betyder, at luftforsyningen til forbrændingskammeret med et tryk på 10 atmosfærer kræver 12 tusinde gange mere strøm end tilførslen af ​​flydende brændstof.

For at komprimere luft bruges specielle maskiner, kaldet blæsere eller kompressorer. De modtager den mekaniske energi, der er nødvendig for deres drift, fra selve gasturbinen. Kompressor og tur

En slank kompressor.

Kompressor.

Beholdere er monteret på en aksel, og møllen afgiver under drift en del af sin effekt til luftkompressoren.

To typer kompressorer bruges i gasturbineanlæg: centrifugal og aksial.

En centrifugalkompressor (figur 6), som navnet antyder, bruger centrifugalkraft til at komprimere luft. En sådan kompressor består af et indløbsrør, gennem hvilket ekstern luft kommer ind i kompressoren; en skive med rotorblade, ofte kaldet et løbehjul (fig. 7); den såkaldte diffusor, i hvilken luften, der kommer ud af skovlhjulet, kommer ind, og udløbsrørene, der f.eks. fører trykluften til destinationen, til forbrændingskammeret på et gasturbineanlæg.

Luften, der kommer ind i centrifugalkompressoren, opsamles af knivene på det hurtigt roterende skovlhjul og kastes under centrifugalkraften fra midten til omkredsen. Bevæger sig langs kanalerne mellem knivene og roterer med skiven, komprimeres den af ​​centrifugalkræfter. Jo hurtigere løbehjulet roterer, jo mere komprimeres luften. I moderne kompressorer når pumpehjulets omkredshastighed 500 meter i sekundet. I dette tilfælde er lufttrykket ved pumpehjulets udløb cirka 2,5 atmosfærer. Ud over det øgede tryk opnår luften, der passerer mellem knivene, en høj hastighed, som er tæt på størrelsen på pumpehjulets omkreds. Luften føres derefter gennem en diffusor - en gradvist ekspanderende kanal. Når man bevæger sig langs en sådan kanal, falder lufthastigheden, og trykket stiger. Ved diffusorens udløb har luften normalt et tryk på omkring 5 atmosfærer.

Centrifugalkompressorer er enkle i designet. De er lette og kan fungere relativt effektivt ved forskellige akselhastigheder og luftmængder. Disse kvaliteter har givet dem udbredt anvendelse inden for teknologi. Centrifugalkompressorer har imidlertid utilstrækkelig høj effektivitet - kun 70-75%. Derfor bruges der i gasturbineanlæg, hvor der bruges meget energi på luftkomprimering, kompressorer af aksial type oftere. Deres effektivitet er højere, den når 85-90%. Men hvad angår dens struktur, er en aksial kompressor mere kompliceret end en centrifugalkompressor og har en større vægt.

En aksial kompressor består af flere skovlhjul, der er stift monteret på akslen og placeret i en kanal, gennem hvilken luft bevæger sig. Hver skovlhjul er en skive med knive på fælgen. Når løbehjulet roterer hurtigt, komprimerer knivene luften, der passerer gennem kanalen, og øger dens hastighed.

En række faste knive er placeret bag hvert skovlhjul - en styreskovl, som yderligere øger lufttrykket og giver strålen den nødvendige retning.

Skovlhjulet med en række stationære styreskovle placeret bag det kaldes et kompressortrin. Et trin i en aksial kompressor øger lufttrykket med cirka 1,3 gange. For at opnå højere tryk bruges aksiale kompressorer med flere trin. For at opnå høje tryk, aksial-flow kompressorer med

Ris. 8. Rotor af en 15-trins aksial kompressor.

14, 16 og flere trin. I flertrins aksiale kompressorer er rotorbladene undertiden ikke monteret på separate skiver, men på en fælles hulaksel, den såkaldte tromle. Den roterende del af kompressoren (tromle med rækker af knive eller skovlhjul monteret på akslen) kaldes rotoren (fig. 8), og de stationære styreskovle monteret på kompressorhuset kaldes dens stator.

Den aksiale kompressor fik sit navn, fordi luften bevæger sig langs sin akse, i modsætning til centrifugalkompressoren, hvor luften bevæger sig i radial retning.

Luft, komprimeret til højt tryk i kompressoren, føres ind i forbrændingskammeret. Her sprøjtes flydende brændstof ind i luftstrømmen gennem sprøjtedyser, som antændes på samme måde som i forbrændingsmotorer - ved hjælp af et elektrisk lys. Det elektriske lys fungerer kun under motorens opstartsperiode. Yderligere forbrænding sker kontinuerligt. Dette genererer meget varme. Når et kilo petroleum forbrændes, frigives 10.500 kalorier varme.

Jo mere varme der frigives under forbrænding af brændstof, desto højere temperatur vil gasserne for enden af ​​forbrændingskammeret være. Hvis der tilføres 1 kg petroleum til 15 kg luft, vil gastemperaturen nå omkring 2500 ° C. Ved en så høj gastemperatur ville driften af ​​et gasturbineanlæg være meget effektiv. Materialet i dysebladene og turbinens rotorblade kan imidlertid ikke modstå en sådan opvarmning. De bedste moderne højtemperaturlegeringer, der bruges i flyturbinemotorer, tillader drift ved gastemperaturer i størrelsesordenen 900 ° C. I møller, der opererer i kraftværker, hvor en længere levetid er påkrævet, og der bruges billigere legeringer, er den tilladte gas temperaturen er endnu lavere. Derfor, i forbrændingskamrene i gasturbineanlæg på

1 kg petroleum eller olie leveres med 50-80 kg luft. Med dette forhold indstilles gastemperaturen for enden af ​​forbrændingskammeret, hvilket tillades af knivernes styrke.

Designet af et brændkammer til gasturbineanlæg er en kompleks videnskabelig og teknisk opgave. Der stilles en række strenge krav til brændkammeret, for hvilket opfyldelsen af ​​hele installationens ydelse afhænger. Disse er de vigtigste af disse krav. For det første er det nødvendigt at sikre fuldstændig forbrænding af brændstoffet. Hvis brændstoffet ikke har tid til helt at brænde ud i forbrændingskammeret, vil en del af dets energi blive spildt forgæves. Effektiviteten af ​​gasturbineanlægget vil falde. Desuden vil det brændstof, der ikke havde tid til at brænde i forbrændingskammeret, begynde at brænde ud mellem turbinebladene, hvilket vil føre til udbrænding og brud på knivene, det vil sige til en ulykke. Det bør heller ikke være tilladt, at den gas, der kommer ind i turbinen, i stedet for at have den samme temperatur over hele tværsnittet, har ét sted, for eksempel 600 ° C, og på et andet - 1200 °. Derfor er det nødvendigt at sikre god blanding af gasser, før kammeret forlades, for at udelukke muligheden for indtrængning i turbinen af ​​individuelle "flammer" af gas med en forhøjet temperatur. Endelig er det nødvendigt at afkøle brændkammerets vægge godt for at beskytte dem mod at brænde ud.

For at løse alle disse problemer er luftstrømmen i gasturbinemotorers forbrændingskamre opdelt i to dele (fig. 9). En mindre del af strømmen ledes ind i den indre del af kammeret - ind i det såkaldte flammerør. Der brænder brændstoffet ved en høj temperatur (høj temperatur giver dig mulighed for at nå nok

Fuld forbrænding). Resten af ​​luften er ikke involveret i forbrænding. Det vasker røgrøret fra ydersiden og afkøler det. Derefter blandes den kolde luft med varme gasser. For bedre blanding laves et stort antal små huller i rørets vægge, gennem hvilke køleluft indføres i små portioner og blandes med varme gasser. Takket være denne tilførsel af køleluft er gastemperaturen nær væggene lavere end i midten af ​​flammerøret. Dette hjælper også med at beskytte det mod at brænde ud.

Forbrændingskammeret i et gasturbineanlæg er normalt placeret mellem kompressoren og turbinen. Med dette arrangement går strømmen af ​​gasser direkte fra installationens indløb til dets udløb. Men i midten af ​​installationen er der en aksel, der forbinder møllen med kompressoren. Denne aksel bør ikke være særlig varm, ellers vil dens styrke falde. Derfor er forbrændingskammeret gjort ringformet eller et

Det fælles kammer erstattes af 6-10 separate kamre placeret i en cirkel omkring skaftet.

Du er blevet introduceret til de tre hoveddele af et gasturbineanlæg: luftkompressoren, forbrændingskammeret og gasturbinen. I fig. 10 viser et diagram over en gasturbinemotor. Sådan fungerer det.

Kompressoren trækker luft ind fra atmosfæren og komprimerer den. Trykluft kommer ind i forbrændingskammeret, hvor temperaturen på grund af brændstofforbrænding stiger med flere hundrede grader. Gastrykket

Forbliver nogenlunde konstant. Derfor kaldes denne type motorer gasturbinemotorer med konstant forbrændingstryk. Fra forbrændingskammeret går gas med højt tryk og temperatur, og derfor med en stor energiforsyning, til turbinen. Der finder processen med at omdanne energien fra den komprimerede og opvarmede gas til brugbart arbejde sted.

Gas virker i turbinen under ekspansion, det vil sige når trykket falder. I de fleste gasturbineanlæg reduceres gastrykket til atmosfærisk. Det betyder, at processen i turbinen er det modsatte af processen i kompressoren.

Hvis luftens temperatur ved udløbet fra kompressoren og ved indløbet til turbinen var den samme, ville den, når luften ekspanderer i turbinen, udføre det samme arbejde, der blev brugt på at komprimere den i kompressoren - forudsat at der ville ikke være energitab ved friktion af luft og dens hvirvel. Under hensyntagen til disse tab ville luften i turbinen udføre mindre arbejde end det arbejde, der kræves for at rotere kompressoren. Det er klart, at der ikke ville være nogen fordel ved en sådan holdning. Men kold luft komprimeres i kompressoren, og stærkt opvarmet gas kommer ind i turbinen. Derfor viser gasudvidelsesarbejdet sig at være 1,5-2 gange større end det, der kræves for kompressoren. For eksempel, hvis en gasturbine udvikler en effekt på 10.000 hestekræfter, ville det være påkrævet omkring 6.000 hestekræfter for at rotere en kompressor, der er forbundet til den.

Kræfter. De resterende 4000 hestekræfter til rådighed kan bruges til at rotere en elektrisk generator, en skibs propel, en flypropel eller enhver anden mekanisme.

For at drive en gasturbinemotor kræves et antal ekstraenheder: brændstofpumper, automatiske enheder, der regulerer dens drift, et smøre- og kølesystem, et kontrolsystem osv.

For at starte en gasturbinemotor er det nødvendigt at dreje rotoren (fig. 11) op til flere hundrede omdrejninger i minuttet. En lille hjælpemotor kaldet en starter tjener til dette formål. Store gasturbinemotorer starter ofte med små gasturbinemotorer i størrelsesordenen 100 hestekræfter og nogle gange endda mere. Disse startere er til gengæld spundet af små elektriske motorer drevet af et batteri.

Ideen om muligheden for at bruge strømmen af ​​varme gasser til at opnå mekanisk arbejde opstod for længe siden. For 450 år siden beskrev den store italienske videnskabsmand Leonardo da Vinci et hjul med knive installeret i en skorsten over ildstedet. Under virkningen af ​​en gasstrøm kunne et sådant hjul rotere og drive et spyt. Leonardo da Vincis hjul kan betragtes som prototypen på en gasturbine.

I 1791 tog englænderen John Barber patent på en gasturbineenhed. Ifølge tegningen vedlagt patentet kunne man forestille sig, at installationen ifølge forfatteren skulle fungere på en brændbar gas opnået ved destillering af fast eller flydende brændstof. Gas blev pumpet ind i tanken ved hjælp af en primitiv kompressor. Derfra kom det ind i forbrændingskammeret, hvor det blandede sig med luften fra den anden kompressor og antændte. Forbrændingsprodukter blev ført fra kammeret til turbinehjulet. Med den daværende eksisterende teknik var det imidlertid ikke muligt at implementere en gasturbine. Den første gasturbine blev først skabt i slutningen af ​​1800 -tallet af den russiske opfinder P. D. Kuzminsky, som, som vi allerede har sagt, også byggede den første dampturbine til søfartøjer.

Gasturbinemotoren, bygget i 1897 efter designet af PD Kuzminsky, bestod af en luftkompressor, et forbrændingskammer og en radial turbine (fig. 12). Kuzminsky brugte vandkøling af forbrændingskammeret. Vand afkølede væggene og flød derefter ind i kammeret. Tilførslen af ​​vand sænkede temperaturen og øgede samtidig massen af ​​gasser, der kom ind i turbinen, hvilket burde have øget installationens effektivitet. Desværre modtog Kuzminskys arbejde ikke støtte fra tsarregeringen.

7 år senere, i 1904, blev der bygget en gasturbine i udlandet i henhold til projektet fra den tyske ingeniør Stolz, men den modtog ikke praktisk anvendelse, da den havde mange mangler.

I 1906 byggede de franske ingeniører Armango og Lemal en 25 hestekræfter gasturbine og derefter yderligere 400 hestekræfter. Effektiviteten af ​​denne installation var kun 3%.

Test af de første gasturbineenheder viste, at for at øge deres effektivitet er det nødvendigt at opnå en betydelig stigning i kompressorens og turbinens effektivitet samt at øge

Temperaturen på gasserne i forbrændingskammeret. Dette fik mange opfindere til at kigge efter andre gasturbinedesign. Der var et ønske om at slippe af med kompressoren for at undgå store energitab ved komprimering af luft. Men møllen kan kun fungere, når gastrykket i forbrændingskammeret er højere end det bag møllen. Ellers strømmer gassen ikke fra kammeret ind i turbinen og driver ikke dens løbehjul. Med en kontinuerlig forbrændingsproces i kammeret er brugen af ​​en kompressor, der forsyner trykluft, uundgåelig. Men hvis du gør forbrændingsprocessen intermitterende, kan du nægte

Fra kompressoren eller brug en kompressor, der giver lidt luftkomprimering og derfor forbruger mindre strøm. Luft tilføres et sådant pulserende kammer på et tidspunkt, hvor der ikke er nogen forbrænding i det, og trykket er meget lavt. Efter luftindtrængning og brændstofindsprøjtning lukkes kammerets indløb, der opstår et blink. Da kammeret er lukket, og gasserne ikke kan ekspandere, stiger trykket i det kraftigt. Efter at gasserne er strømmet ud af kammeret ind i turbinen, åbner indløbsventilen, og en ny del af luft kommer ind i kammeret. Så udførelse af forbrændingsprocessen med et konstant volumen af ​​gasser, det vil sige i et lukket kammer, er det muligt at øge deres tryk uden hjælp af en kompressor.

I 1908 blev den russiske ingeniør V.V.

Karovodin skabte en eksperimentel model af en sådan gasturbine (fig. 13). Kammeret blev lukket under forbrændingsperioden ved hjælp af en speciel ventil. Møllen havde fire forbrændingskamre, hvorfra gas gik gennem fire lange dyser til skovlhjulet. Når den blev testet, udviklede modellen en effekt på 1,6 hestekræfter; effektiviteten var kun 3%. Denne turbine var heller endnu ikke egnet til industriel brug.

Den tyske ingeniør Holz-vorte arbejdede også længe på udviklingen af ​​gasturbiner med et konstant forbrændingsvolumen. Ifølge hans projekter i perioden 1914-1920 var det
flere møller med en kapacitet på 500 til 2000 hestekræfter blev bygget. Ingen af ​​dem var imidlertid egnede til industriel brug. Det var først i 1930'erne, at det schweiziske firma "Brown-Boveri" formåede at skabe flere egnede til praktiske driftsturbiner med forbrænding ved et konstant volumen. I øjeblikket er arbejdet med sådanne møller næsten helt stoppet.

Vores forskere tog en anden vej. Ingeniør

V. Kh. Abiants i sin bog "Theory of Aviation Gas Turbines" skriver om sovjetiske specialisters værker:

”En af de sovjetiske forskeres hovedpræstationer er, at de underbyggede hensigtsmæssigheden og udsigterne til udvikling af møller med konstant forbrændingstryk, mens udenlandske (især tyske) gasturbiner arbejdede inden for møller med et konstant forbrændingsvolumen. Al efterfølgende udvikling af gasturbiner, herunder luftfartsturneringer, bekræftede glimrende prognoser fra sovjetiske forskere, for hovedvejen i udviklingen af ​​gasturbiner viste sig at være måden at skabe møller med konstant forbrændingstryk ”.

Det blev bevist af sovjetiske forskeres arbejde, at gasturbineanlæg med konstant forbrændingstryk ved en tilstrækkelig høj gastemperatur kan have en høj effektivitet.

I 1939 byggede professor V.M.Makovsky en gasturbine med konstant forbrændingstryk på Kharkov -møllegeneratorværket. Dens kapacitet var 400 kilowatt. Møllens aksel, skive og hule blade blev afkølet med vand. Makovsky -møllen var designet til at fungere på brændbar gas opnået som følge af underjordisk forgasning af kul. Det blev installeret og testet med succes i en af ​​mineerne i Gorlovka.

Vores fabrikker producerer i øjeblikket forskellige former for højeffektive gasturbiner.

Selvom et gasturbineanlæg er mere enkelt i udformningen end en frem- og tilbagegående forbrændingsmotor, krævede det meget forskning og udvikling at oprette det. Derfor har det kun været muligt på grundlag af moderne videnskabelige og teknologiske resultater at skabe en effektiv gasturbinemotor.

Hvilke videnskabelige problemer skulle forskere løse, før de gjorde det muligt at oprette gasturbineanlæg?

Når man opretter en gasturbine, var det nødvendigt at stræbe efter at udnytte gasenergien bedst muligt for at minimere dens tab på grund af friktion og hvirveldannelse. Den høje gasbevægelseshastighed gennem turbinen gør det også muligt at opnå høj effekt i en lille installation. Men samtidig er denne hastighed fyldt med faren for store energitab. Jo højere bevægelseshastighed en væske eller gas er, desto større tab af energi til friktion og dannelse af hvirvler.

For at bygge et gasturbineanlæg med en høj effektivitet var det nødvendigt at vælge de mest fordelagtige dimensioner, form og relative position af kompressoren og turbinedelene. Og til dette var det nødvendigt at studere gassers bevægelse og finde ud af, hvordan de påvirker de stive kroppe, der flyder omkring dem. Undersøgelsen af ​​gasbevægelse var påkrævet for udviklingen af ​​mange grene af teknologi.

Forskernes første opgave på dette område var at studere gasens bevægelse ved relativt lave hastigheder, når den praktisk talt ikke komprimeres. Da bevægelsen af ​​en inkomprimerbar gas adlyder de samme love som væskens bevægelse, kaldes denne gren af ​​videnskaben hydrodynamik ("hydr" er græsk for vand).

Samtidig udviklede videnskaben om gasens molekylære struktur, processerne til ændring af dens tilstand under påvirkning af tryk og temperatur. Det kaldes termodynamik (fra det latinske ord "thermo" - varme).

Under udviklingen af ​​hydrodynamik blev det nødvendigt at tage hensyn til de karakteristiske træk ved en gas, der adskiller den fra en væske. Og på grundlag af hydrodynamik opstod aerodynamik - videnskaben om lovene om luftstrøm og luftstrøm omkring kroppe. På samme tid fik udseendet af dampturbiner termodynamiske forskere til at undersøge spørgsmål som udstrømning af gasser og dampe fra dyser.

I løbet af deres udvikling nærmede hydrodynamik og termodynamik sig hinanden, idet de udvidede omfanget af undersøgte spørgsmål og trængte dybere og dybere ind i essensen af ​​fysiske fænomener. Sådan opstod en anden ny videnskabelig gren - gasdynamik, der studerer lovene om gasbevægelse ved høje hastigheder og termiske processer, der forekommer i en gasstrøm.

Denne videnskab tjente som det teoretiske grundlag for udviklingen af ​​gasturbinemotorer. De første grundlæggende arbejder om teorien om gasturbiner blev udført af den fremragende tjekkiske videnskabsmand Stodol, sovjetiske professorer V.M. Makovsky, V.V. Uvarov og en række andre forskere.

Udviklingen af ​​de teoretiske grundlag for gasturbinteknologi og det eksperimentelle arbejde, der er påbegyndt i mange lande i verden på dette område, viste, at den vigtigste opgave i udviklingen af ​​motorer af denne type var at forbedre deres strømningsbane, det vil sige disse motorer elementer, gennem hvilke gas strømmer: luftindtag, kompressor, kammerforbrænding, turbiner og dyser. Først og fremmest var der et spørgsmål om udviklingen af ​​teorien om kompressorer og møller, som ofte omtales med det samme udtryk "vingemaskiner". Det var netop løsningen på dette grundlæggende problem, som sovjetiske forskere var engageret i. På grundlag af de geniale værker af Euler, Bernoulli, Zhukovsky, Chaplygin, skabte sovjetiske forskere teorien om gasturbinemotorer.

Akademiker BS Techechkin leverede et usædvanligt værdifuldt bidrag til teorien om gasturbinemotorer. En harmonisk knivteori blev skabt af hans værker. Han udviklede metoder til beregning af aksiale og centrifugalkompressorer. Han er skaberen af ​​teorien om de mest udbredte gasturbinemotorer i moderne luftfart.

Professorer K. A. Ushakov, V. N. Dmitrievsky, K. V. Kholshchevnikov, P. K. Kazandzhan og en række andre forskere udførte dyb teoretisk forskning og frugtbart eksperimentelt arbejde med kompressorer. Et væsentligt bidrag til teorien om bladmaskiner var arbejdet i den ukrainske akademiker GF Proskur "Hydrodynamics of a turbomachine", udgivet tilbage i 1934.

Teorien om gasturbiner og gasturbinemotorer generelt var afsat til professorerne G. S. Zhi -

Ridkoy, A. V. Kvasnikov, P. I. Kirillov, Ya. I. Shnee, G. P. Zotikov og mange andre.

Meget arbejde er blevet udført af forskere for at skabe den mest fordelagtige form på turbinebladene. Driften af ​​turbinebladene har meget tilfælles med betjeningen af ​​en flyvinge. Der er imidlertid også betydelige forskelle mellem dem. Vingen fungerer isoleret, og turbinebladet støder op til andre vinger. I sidstnævnte tilfælde viser det sig, som man siger, et "gitter af profiler". Indflydelsen fra tilstødende vinger ændrer kraftigt mønsteret af gasstrømning omkring bladprofilen. Derudover blæses vingen af ​​en luftstrøm, der, inden man møder flyet, har samme hastighed langs hele vingens spændvidde. Og gashastigheden i forhold til turbinebladet er ikke den samme langs dens længde. Det afhænger af bladernes periferihastighed. Da skulderbladene er lavet ret lange, er den perifere hastighed ved bladets rod meget mindre end ved dens ende. Dette betyder, at gashastigheden i forhold til bladet ved dets rod vil være anderledes end ved den ydre omkreds af skovlhjulet. Derfor skal bladets profil være sådan, at bladet i hele dets længde fungerer med den største effektivitet. Opgaven med at skabe sådanne klinger blev løst af professor V.V. Uvarovs og andre forskeres værker.

Det vigtigste problem, på hvis løsning oprettelsen af ​​økonomiske gasturbinemotorer var afhængig af løsningen, var problemet med varmebestandige materialer. Effektiviteten af ​​et gasturbineanlæg stiger med en stigning i gassernes temperatur. Men for at turbinen kan fungere pålideligt ved høje temperaturer, er det nødvendigt at lave sine blade og skive af sådanne legeringer, hvis styrke bevares, selv ved høj opvarmning. Derfor krævede udviklingen af ​​gasturbinteknologi et højt udviklingsniveau inden for metallurgi. På nuværende tidspunkt har metallurger skabt legeringer, der kan modstå høje temperaturer. Turbineblade af sådanne legeringer kan fungere uden særlig køling ved temperaturer af gasser, der kommer ind i turbinen op til 900 ° C.

Udover legeringer er der andre varmebestandige materialer som speciel keramik. Men keramik er ret skrøbelig, hvilket forhindrer deres anvendelse i gasturbiner. Yderligere arbejde med forbedring af ildfast keramik kan dog have en betydelig indvirkning på udviklingen af ​​gasturbiner.

Gasturbinedesignere udvikler også kunstigt afkølede vinger. Kanaler laves inde i knivene, gennem hvilke luft eller væske passeres. Mølleskiven blæses normalt med luft.

Betingelserne for brændstofforbrænding i gasturbineanlæg adskiller sig væsentligt fra forholdene i dampkedlens ovne eller i stempelmotorers cylindre. En gasturbinemotor er i stand til at udføre et enormt arbejde med sin lille størrelse. Men til dette er det nødvendigt at brænde en stor mængde brændstof i et lille volumen af ​​kammeret. Dette kan kun opnås ved meget høje brændhastigheder. Brændstofpartikler er i forbrændingskammeret på en gasturbinemotor i mindre end et hundrededel af et sekund. På så kort tid bør der forekomme en god blanding af brændstoffet med luft, dets fordampning og fuldstændige forbrænding.

For at løse problemet med succes er det nødvendigt at studere forbrændingens fysik. Store teams af forskere arbejder på dette i vores tid.

Forskere har også detaljeret undersøgt spørgsmålet om den maksimale anvendelse af varme, der frigives under forbrænding af brændstof i gasturbineanlæg. Gasser forlader turbinehjulet ved en høj temperatur og fører derfor en stor mængde intern energi ind i atmosfæren. Der var et naturligt ønske om at bruge varmen fra spildgasserne. Til dette blev følgende installationsskema foreslået. Gasserne fra skovlhjulet, før de frigives til atmosfæren, passerer gennem en varmeveksler, hvor de overfører en del af deres varme til den komprimerede luft, der forlader kompressoren. Den luft, der opvarmes i varmeveksleren, øger sin energi uden at forbruge nogen mængde brændstof. Fra varmeveksleren ledes luften til forbrændingskammeret, hvor temperaturen stiger endnu højere. Arrangementet af sådanne varmevekslere kan reducere brændstofforbruget til opvarmning af gassen betydeligt og derved øge installationens effektivitet. Varmeveksleren er en kanal, gennem hvilken varme gasser strømmer. Et bundt af stålrør er placeret inde i kanalen, placeret langs strømmen af ​​gasser eller vinkelret på det. Luft strømmer inde i disse rør. Gassen opvarmer væggene i rørene og luften, der strømmer inden i dem. En del af varmen fra røggasserne føres tilbage til arbejdsluften. Denne proces kaldes varmegenvindingsprocessen. Og varmevekslere kaldes ofte regeneratorer.

Varmeindvindings gasturbiner er betydeligt mere økonomiske end konventionelle møller. Desværre er varmevekslere meget omfangsrige i størrelse, hvilket gør dem vanskelige at bruge i nogle transportinstallationer.

Strukturel styrke bør noteres blandt de videnskabelige problemer, der ligger til grund for udviklingen af ​​gasturbinteknologi. For at bygge stærke forbrændingskamre er det nødvendigt at kende metoderne til beregning af tyndvæggede skaller. Dette er en af ​​de nye grene af videnskaben om materialestyrke. Udfordringen er at sikre styrken af ​​turbinens rotorblade. Turbinrotoren foretager et meget stort antal omdrejninger (5000-10 000 omdrejninger pr. Minut, og i nogle designs endnu mere), og store centrifugalkræfter virker på bladene (flere tons pr. Blad).

Vi har her kun fortalt om de vigtigste videnskabelige problemer, hvis løsning var nødvendig for udviklingen af ​​gasturbinteknologi. Forskere og ingeniører arbejder fortsat på at forbedre gasturbinemotorer. De står stadig over for mange uløste spørgsmål, mange interessante og vigtige problemer.

For eksempel er arbejdet med oprettelse af gasturbiner, der bruger kul som brændstof, ekstremt vigtigt. Det vides, at der udvindes mere kul end olie, og det er billigere end det. Forbrænding af kul i en gasturbines forbrændingskammer er en vanskelig opgave. Det skal knuses, vendes til kulstøv. Gasserne, der forlader forbrændingskammeret, skal renses for aske. Hvis gassen indeholder askepartikler, selv 0,03-0,05 millimeter i størrelse, begynder turbinebladene at falde sammen, og turbinen vil mislykkes.

Bygningsgasrensere er komplekse. Men det er muligt at løse et sådant problem for en gasturbinemotor. I forbrændingsmotorer forekommer luftkomprimering, forbrænding og gasudvidelse ét sted - i cylinderen. Det var ikke muligt at installere noget rengøringsmiddel i cylinderen. Derfor har forsøg på at forbrænde kul i forbrændingsmotors cylindre ført til ingen steder indtil nu. I et gasturbineanlæg finder kompression, forbrænding og ekspansion sted forskellige steder. Luft komprimeres i kompressoren, opvarmes i kammeret og ekspanderes i turbinen. Renseren kan placeres mellem kammeret og møllen. Det er kun nødvendigt, at det ikke reducerer trykket i de gasser, der passerer gennem det, i høj grad og ikke er for stort i størrelse.

I dag forskes der i oprettelsen af ​​atomgasturbinemotorer. I disse motorer opvarmes luft ikke ved at brænde brændstof, men af ​​varmen, der frigives i en atomkedel. Forskere skal overvinde mange vanskeligheder undervejs. Men der er ingen tvivl om, at nukleare gasturbinemotorer har en stor fremtid foran sig.

De har en elektrisk enhed på tyve kilowatt (mikroturbiner) og op til flere titalls megawatt - det er klassiske gasturbiner.

Elektrisk effektivitet af moderne gasturbineenheder er 33–39%. Effektiviteten af ​​gasturbineenheder er generelt lavere end gasstemplets kraftenheder. Men med gasturbineværker er opgaven med at opnå en kraft i et kraftværk meget forenklet. Når gasturbinernes fulde termiske potentiale realiseres, bliver betydningen af ​​høj elektrisk effektivitet for forbrugerne mindre relevant. I betragtning af den høje temperatur på udstødningsgasserne i kraftfuld gasturbineanlæg der er mulighed for kombineret brug af gas- og dampturbiner. En sådan teknisk tilgang kan forbedre brændstofforbrugets effektivitet betydeligt og øge den elektriske effektivitet i installationer med op til 57–59%. Denne metode er god, men det øger projektets omkostninger og kompleksitet.

Forholdet mellem produceret elektrisk energi og termisk energi y er ~ 1: 2. Det vil sige, at et gasturbineanlæg med en elektrisk effekt på 10 MW er i stand til at producere ~ 20 MW termisk energi. For at konvertere MW til Gcal bruges en faktor 1.163 ( 1.163 MW = 1163 kW = 1 Gcal).

Afhængigt af behovene er de desuden udstyret med damp- eller varmtvandskedler, hvilket gør det muligt at have damp med forskellige tryk til produktionsbehov eller varmt vand ved standardtemperaturer (varmt vand). Med den kombinerede brug af energi af to typer stiger brændstofforbrugsfaktoren (FU) for et gasturbinens termiske kraftværk til 90%.

Driftsformen for et kraftværk med brug af tilhørende termisk energi har sit eget tekniske udtryk - kraftvarmeproduktion.

Mulighed for at modtage fra gasturbineenheder store mængder fri varmeenergi indebærer et hurtigere afkast.

Ansøgning gasturbineenheder som kraftudstyr til kraftfulde termiske kraftværker og mini-termiske kraftværker er økonomisk berettiget, da kraftværker, der opererer på gasbrændstof, har de mest attraktive enhedsomkostninger ved byggeri for forbrugeren og lave omkostninger til efterfølgende drift.

Overskuddet af gratis varmeenergi på ethvert tidspunkt af året gør det muligt ved hjælp af kølere - ABHM, uden omkostninger ved elektricitet, at etablere fuldgyldig aircondition af lokaler til ethvert formål. Det på denne måde afkølede kølemiddel kan bruges til industrielle formål i forskellige produktionscyklusser. Denne teknologi kaldes trigeneration.

Effektivitet ved brug gasturbineenheder leveres i en lang række elektriske belastninger fra minimum 1-3% til maksimalt 110-115%.

Positiv brugsfaktor gasturbineenheder - GTU direkte på de steder, hvor mennesker bor, er, at indholdet af skadelige emissioner fra dem er minimalt og ligger på niveauet 9-25 ppm. Sådanne fremragende miljøkvaliteter gør det let at placere gasturbineenheder i umiddelbar nærhed af, hvor folk befinder sig.

Dette kriterium gasturbineenheder - GTU lidt bedre end gasturbinernes nærmeste konkurrenter - frem- og tilbagegående kraftværker.

Ved brug af gasturbineanlæg får forbrugeren penge besparelser på katalysatorer og ved opførelse af skorstene.

Billedet viser en gasturbineenhedSIEMENS SGT-700med en kapacitet på 29 MW.

Gasturbineenheder har ubetydelige vibrationer og støj i området 65–75 dB (hvilket svarer til lyden af ​​en støvsuger på en støjskala i en afstand af 1 meter). Som regel er der ikke behov for særlig lydisolering for sådant højteknologisk generationsudstyr.

Gasturbineenheder har en relativt kompakt størrelse og lav specifik vægt. Installation tilladt GTU på bygningens tekniske etage eller tagets placering af lav effekt gasturbineanlæg. Dette er en nyttig ejendom GTU er en vigtig økonomisk faktor i byudviklingen, fordi det giver dig mulighed for at spare dyre knappe kvadratmeter og i mange situationer giver mere teknisk plads til ingeniører til at løse problemet med at placere et autonomt kraftværk.

Gasturbineenheder - GTU kendetegnes ved høj pålidelighed og uhøjtidelighed. Der er bekræftet fabriksdata om non-stop drift af nogle gasturbineanlæg - GTU i 5-7 år.

Nogle producenter af moderne gasturbiner udfører reparationer af komponenter uden transport til produktionsanlægget, mens andre producenter medbringer en udskiftningsturbine eller forbrændingskammer på forhånd, hvilket reducerer den nødvendige tid til eftersyn betydeligt til 4-6 arbejdsdage. Disse foranstaltninger reducerer omkostningerne ved vedligeholdelse af installationerne.

Fordelen gasturbineenheder - GTU er en lang levetid (fuld op til 200.000 timer, før eftersyn 30.000–60.000 timer). Motorolie bruges ikke i gasturbineenhedernes driftscyklus. Der er en lille mængde gearolie, og hyppigheden af ​​udskiftning er sjælden.

Fraværet af vandkøling adskiller gunstigt gasturbineenheder fra frem- og tilbagegående kraftværker. Mange GTU -mærker opererer pålideligt med forskellige typer gasbrændstof, herunder tilhørende petroleumgas (APG). Men som med andre typer kraftværker kræver tilhørende gas med indhold af hydrogensulfid særlig forberedelse. Uden en moderne installation - en gasbehandlingsstation, reduceres livscyklussen for et kraftværk af enhver art med 4-5 gange. Konsekvenserne ved at betjene en GPPP eller GTU uden APG -klargøringsstationer er ofte ganske enkelt fatale.

Gasturbineenheder forberedt til brug under forskellige klimatiske forhold. Konstruktion gasturbineenheder i fjerntliggende områder giver dig mulighed for at spare økonomiske ressourcer ved at eliminere den dyre konstruktion af kraftoverførselsledninger (PTL). På steder med mere udviklet infrastruktur gasturbineenhederøge pålideligheden af ​​elektrisk og varmeforsyning.

En af applikationerne gasturbineenheder - GTU er begrebet blokmodulære systemer (klynger). Modulær gasturbineenheder - GTU består af samlede kraftenheder og fælles kontrolsystemer, som gør det muligt at øge el -strømmen på kort tid med de laveste økonomiske og tidsomkostninger.

Bloker variationer gasturbineenheder - GTU giver en høj fabriksparathed. Modulstørrelser gasturbineenheder - GTU, normalt standard. Der er mobile gasturbiner, der hurtigt kan flyttes fra et strømforsyningsanlæg til et andet, men sådanne installationer har som regel ikke mulighed for at generere varme.

Automatiserede kontrolsystemer i et gasturbinkraftværk gør det muligt at undgå direkte tilstedeværelse af vedligeholdelsespersonale. Overvågningsarbejde gasturbineenheder - GTU kan udføres eksternt via forskellige telekommunikationskanaler. I nødstilfælde tilvejebringes komplekse systemer med automatisk beskyttelse og brandslukning.

Gasturbineanlæg - GTU - driftsprincip

V gasturbineanlæg - GTU En flertrins kompressor komprimerer atmosfærisk luft og leverer den under højt tryk til forbrændingskammeret. Ind i forbrændingskammeret gasturbineenheder - GTU der leveres også en vis mængde brændstof. Ved en højhastighedskollision antændes brændstof og luft. Luft / brændstofblandingen brænder og frigiver en stor mængde energi. Derefter omdannes energien fra de gasformige forbrændingsprodukter til mekanisk arbejde på grund af turbinebladens rotation af stråler med varm gas.

Diagrammer og indikatorer for gasturbinekraftværker

Gasturbinekraftværker i Sovjetunionen som uafhængige kraftværker har modtaget begrænset distribution. Serielle gasturbineenheder (GTU) har lav effektivitet, de bruger normalt brændstof af høj kvalitet (flydende eller gasformigt). Med lave anlægsomkostninger til byggeri er de kendetegnet ved høj manøvredygtighed, derfor bruges de i nogle lande, for eksempel i USA, som spidskraftværker. Sammenlignet med dampturbiner har gasturbiner øgede støjegenskaber, hvilket kræver yderligere lydisolering af maskinrummet og luftindtag. En luftkompressor bruger en betydelig andel (50-60%) af en gasturbines interne effekt. På grund af det specifikke forhold mellem kompressor og gasturbinkapacitet er rækkevidden af ​​gasturbinens elektriske belastningsvariation lille.

Enhedskapaciteten for de installerede gasturbiner overstiger ikke 100-150 MW, hvilket er betydeligt mindre end den krævede enhedskapacitet for store kraftenheder.

De fleste moderne gasturbiner fungerer i henhold til ordningen med kontinuerlig forbrænding af brændstof og udføres i en åben (åben) eller lukket (lukket) cyklus, afhængigt af typen af ​​brændstof, der forbrændes.

V Gasturbine med åben cyklus Flydende lavsvovl gasturbinebrændstof eller naturgas bruges som brændstof og føres ind i forbrændingskammeret (fig. 9.1). Den luft, der kræves til forbrænding af brændstof, renses i en kompleks luftrenseanordning (filter) og komprimeres i en kompressor til et tryk på MPa. At opnå en given temperatur af gasser foran gasturbinen ° С i forbrændingskammeret opretholdes den nødvendige overskydende luft (2,5-5,0) under hensyntagen til brændstofets teoretiske forbrændingstemperatur, brændstoftypen, forbrændingsmetoden osv. Varme gasser er et arbejdsvæske i en gasturbine, hvor de ekspanderer, og derefter temperatur ° С kastes i skorstenen.

Ris. 9.1. Skematisk termisk diagram over en gasturbinenhed med åben cyklus:

TIL- luftkompressor; GT- gasturbine; G - elektrisk generator; PU- startapparat; F- luft filter; KS- brændstofforbrændingskammer

Lukket cyklus GTU(Fig. 9.2) tillader brug af både fast og svovlholdigt flydende brændstof (fyringsolie), der forbrændes i forbrændingskammeret, hvor arbejdsvæskevarmeren er installeret, normalt luft. Inkluderingen af ​​en luftkøler i kredsløbet reducerer kompressionsarbejdet i kompressoren, og regeneratoren øger gasturbineenhedens effektivitet. Hidtil har de ikke modtaget brug af lukket cyklus GTU med andre arbejdsorganer (helium osv.).

De største fordele ved gasturbiner til elsystemet er deres mobilitet. Afhængig af installationstypen er dens opstart og indlæsningstid 5-20 minutter. GTU'er er kendetegnet ved en lavere enhedsomkostning (50-80% mindre end for basisenheder), en høj grad af beredskab til opstart, ikke behov for kølevand, mulighed for hurtig konstruktion af TPP'er med en lille størrelse på kraftværket og ubetydelig miljøforurening. På samme tid har gasturbiner en lav effektivitet ved elproduktion (28-30%), deres fabriksproduktion er vanskeligere end dampturbiner, de kræver dyre og knappe typer brændstof. Disse omstændigheder bestemte også det mest rationelle område med at bruge GTU i elsystemet som top og normalt autonomt lancerede enheder med en installeret kapacitet på 500-1000 t / år. For sådanne installationer foretrækkes et konstruktionsskema i form af et enkeltakslet gasturbineanlæg med en enkel cyklus uden regenerering eller med en varmeveksler til udstødningsgasser (figur 9.3, a, b). En sådan ordning er kendetegnet ved stor enkelhed og kompakthed af installationen, som stort set fremstilles og installeres på fabrikken. Kraftgasturbiner, hvis drift er planlagt i den semi-basale del af den elektriske belastningsgraf, er økonomisk berettiget til at udføre i henhold til et mere komplekst designskema (fig. 9.3, c).

Ris. 9.2. Skematisk diagram over en lukket cyklus GTU:

VP- luftvarmer GT- gasturbine; R- regenerator; VC-luftkompressor; G- elektrisk generator; PU- startenhed

Ris. 9.3. Strukturelle diagrammer over forskellige gasturbiner:

-en- GTP for simpel cyklus uden regenerering; b - en gasturbineenhed med enkel cyklus med en varmegenerator for restgas; v-to-akslet gasturbine med to-trins brændstofvarme: T- brændstofforsyning KVD. Effektivitet- luftkompressorer med højt og lavt tryk GTVD, GTND - gasturbiner med højt og lavt tryk

I Sovjetunionen er der gasturbinkraftværker med GTU-typer GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 og andre med en indledende gastemperatur foran gasturbinen på 700-950 ° C. Leningrad Metalværk har udviklet projekter til en ny serie gasturbiner med en kapacitet på 125-200 MW ved en indledende gastemperatur på henholdsvis 950, 1100 og 1250 ° C. De er fremstillet i henhold til en simpel ordning med en åben driftscyklus, enkeltakslet, uden en regenerator (tabel 9.1). Termisk diagram over gasturbinenheden GT-100-750-2 LMZ er vist i fig. 9.4, a, og layoutet af kraftværket med sådanne møller er vist i fig. 9.4, b. Disse GTU'er drives på Krasnodar CHPP, på S. Klasson Mosenergo, på toppen TPP i byen Inota, Ungarske Folkerepublik osv.

Tabel 9.1

	Gasturbinindikatorer
Gasturbineanlæg	El, MW	Luftforbrug gennem kompressoren, kg / s	Kompressor kompressionsforhold	Initial temperatur for gasser, о С	Elektrisk effektivitet,%
GT-25-700 *		194,5	4,7/9,7
GT-35-770			6,7		27,5
GTE-45-2 **	54,3(52,9)		7,7		28(27,6)
GT-100-750-2M *			4,5/6,4	750/750
GTE-150
GTE-200			15,6
M9 7001 General Electric			9,6		30,7

* Turbine og dobbeltakslet kompressor; akslen med turbinen og højtrykskompressoren har en øget rotationshastighed.

** Ved kørsel på naturgas (flydende gasturbinebrændstof).

Ris. 9.4. Gasturbineenhed GT-100-750-2 LMZ:

-en- termisk kredsløb: 1-8 - GTU -lejer; / - luft fra atmosfæren II- kølevand; III- brændstof (naturgas); / V - udstødningsgasser; V - damp til startturbinen (p = 1,2 MPa, t = 235 ° C); GSh- lyddæmper; KND - lavtrykskompressor; I- luftkølere KVD- højtrykskompressor; KSVD - højtryksforbrændingskammer; Teater- højtryksmølle KSND - lavtryksforbrændingskammer; TND- lavtryksmølle; VP- indre leje; V- patogen; PT- startturbine; Agro -industrielt kompleks - anti-overspændingsventiler bag LPC; b - layout (tværsnit): / - LPC; 2-IN; 3 - KVD; 4 - KSVD; 5 - operationsteater; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - skorsten; 10 - anti-overspændingsventil (APC); L-elektrisk generator (G); 12- Overheadkran; 13- filtre til luftrensning; 14 - støjdæmpere 15 - oliepumper i reguleringssystemet; 16- varmelegemer; / 7 - dæmpere på udstødningskanalerne; 18 - oliekølere

Flydende gasturbinebrændstof, der bruges til husholdnings gasturbineanlæg, filtreres på kraftværket og vaskes for at fjerne alkalimetalsalte. Et additiv indeholdende magnesium tilsættes derefter til brændstoffet for at forhindre vanadiumkorrosion. Ifølge driftsdataene bidrager sådan brændstofforberedelse til langsigtet drift af gasturbiner uden forurening og korrosion af strømningsvejen.

Rostov-grenen af ​​ATEP har udviklet et standarddesign til et spidst gasturbinkraftværk med en GTE GTE-150-1100. I fig. 9.5 viser et grundlæggende termisk diagram over en sådan gasturbineenhed, designet til forbrænding af flydende gasturbinebrændstof eller naturgas. GTU'en er fremstillet i henhold til et enkelt åbent kredsløb, gasturbinens og kompressorens rotorer er placeret i det samme transportable kabinet, hvilket reducerer installationstiden og lønomkostningerne betydeligt. Gasturbineenheder installeres på tværs i kraftværkets turbinehal med et spænd på 36 og en blokcelle på 24 m.

Ris. 9.5. Grundlæggende termisk diagram over LMZ GTE-150-1100 gasturbineenheden:

VC- hjælpekompressor til pneumatisk forstøvning af brændstof: PT- dampturbine; R- gearkasse til boosterenheden; ED - hjælpekompressormotor GT- gasturbine; T- levering af flydende brændstof svarende til GOST 10743-75, = 42,32 MJ / kg (10 110 kcal / kg) DT- skorsten; Agroindustrielt kompleks- anti-overspændingsventil

Et vigtigt træk ved gasturbineanlæg er afhængigheden af ​​deres ydeevne af udeluftens parametre og primært af dens temperatur. Under dens indflydelse, luftstrømmen gennem kompressoren, forholdet mellem kompressorens og gasturbinens indre kapacitet og som følge heraf gasturbineenhedens elektriske effekt og dens effektivitet ændres. MPEI udførte multivariate beregninger af GTE-150-driften på flydende gasturbinebrændstof og på Tyumen-naturgas, afhængigt af temperaturen og trykket i udeluften (fig. 9.6, 9.7). De opnåede resultater bekræfter stigningen i gasturbineenhedens termiske effektivitet med en stigning i gastemperaturen foran gasturbinen og med et fald i den udvendige lufttemperatur. En temperaturstigning fra = 800 ° C til = = 1100 ° C øger gasturbinens elektriske effektivitet med 3% ved = -40 ° C og med 19% ved = 40 ° C. Et fald i udetemperaturen fra +40 til -40 ° С fører til en betydelig stigning i gasturbineenhedens elektriske effekt. For forskellige indledende temperaturer er denne stigning 140-160%. For at begrænse væksten af ​​gasturbinekraften med et fald i den udvendige lufttemperatur og under hensyntagen til muligheden for overbelastning af den elektriske generator (i det foreliggende tilfælde af typen TGV-200) er det nødvendigt at påvirke enten temperaturen på gasserne foran gasturbinen, hvilket reducerer brændstofforbruget (kurver 4 i fig. 9.6 og 9.7), eller på den udvendige lufttemperatur, blanding af en lille mængde røggasser (2-4%) til luften, der suges ind af kompressoren. En konstant luftstrømningshastighed i belastningsområdet på 100-80% kan også opretholdes ved at dække gasturbinkompressorens indløbsstyreskovle (VNA).

Ris. 9.6. Afhængighed af gasturbineenhedens elektriske effekt af den udvendige lufttemperatur:

1- = 1100 ° C; 2- = 950 ° C; 3 - = 800 ° C; 4- =; - drift af en gasturbine ved hjælp af naturgas; drift af en gasturbine på flydende brændstof

Ris. 9.7. Afhængighed af gasturbineenhedens elektriske effektivitet af den udvendige lufttemperatur (se betegnelserne i fig.9.6)

Ændringen i den elektriske effektivitet mod dens fald er især signifikant ved den udvendige lufttemperatur over 5-10 ° C (fig. 9.7). Med en stigning i den udvendige lufttemperatur fra +15 til +40 C falder denne effektivitet med 13-27%, afhængigt af temperaturen på gasserne foran gasturbinen og typen af ​​brændt brændstof.

En stigning i den udvendige lufttemperatur øger det overskydende luftforhold bag gasturbinen og røggassernes temperatur, hvilket bidrager til forringelse af gasturbinens energimæssige ydeevne.

Om artiklen, hvor cyklussen af ​​CCGT-450 er beskrevet detaljeret og i enkle ord. Artiklen er virkelig meget let at fordøje. Jeg vil gerne tale om teorien. Kort, men til det punkt.

Jeg lånte materialet fra selvstudiet "Introduktion til varmekraftteknik"... Forfatterne til denne vejledning - I.Z. Poleshchuk, N.M. Tsirelman. Manualen tilbydes studerende ved Ufa State Aviation Technical University (Ufa State Aviation Technical University) for at studere disciplinen med samme navn.

En gasturbineenhed (GTU) er en varmemotor, hvor brændstofets kemiske energi først omdannes til varme og derefter til mekanisk energi på en roterende aksel.

Den enkleste GTP består af en kompressor, hvor atmosfærisk luft komprimeres, et forbrændingskammer, hvor der brændes brændstof i denne luft, og en turbine, hvor forbrændingsprodukterne ekspanderer. Da den gennemsnitlige temperatur for gasser under ekspansion er betydeligt højere end luftens temperatur under kompression, viser den effekt, der er udviklet af turbinen, at være større end den effekt, der kræves for at rotere kompressoren. Deres forskel repræsenterer GTU's nyttige kraft.

I fig. 1 viser diagrammet, den termodynamiske cyklus og varmebalance for en sådan installation. Processen (cyklus) for en gasturbine, der fungerer på denne måde, kaldes åben eller åben. Arbejdsvæsken (luft, forbrændingsprodukter) fornyes konstant - taget fra atmosfæren og udledes til den. Effektiviteten af ​​en gasturbineenhed, ligesom en hvilken som helst varmemotor, er forholdet mellem en gasturbines enheds nyttige effekt og varmeforbruget, der opnås ved forbrænding af brændstof:

η GTU = N GTU / Q T.

Det følger af energibalancen, at N GTU = Q T - ΣQ P, hvor ΣQ P er den samlede mængde varme, der fjernes fra GTU -cyklussen, lig med summen af ​​eksterne tab.

Hoveddelen af ​​varmetabet i en gasturbine med enkel cyklus består af tab med udstødningsgasser:

ΔQuh ≈ Quh - Qv; ΔQuh - Qw ≈ 65 ... 80%.

Andelen af ​​andre tab er meget mindre:

a) tab ved underforbrænding i forbrændingskammeret ΔQc / Qt ≤ 3%;

b) tab som følge af lækager af arbejdsvæsken; ΔQt / Qt ≤ 2%;

c) mekaniske tab (ækvivalent varme fjernes fra cyklussen med oliekøling af lejerne) ΔNmech / Qt ≤ 1%;

d) tab i den elektriske generator ΔNeg / Qt ≤ 1 ... 2%;

e) varmetab ved konvektion eller stråling i miljøet ΔQocr / Qt ≤ 3%

Varmen, der fjernes fra GTU-cyklussen med udstødningsgasser, kan delvist bruges uden for GTU-cyklussen, især i damp-effektcyklussen.

Skematiske diagrammer over kombinerede cyklusanlæg af forskellige typer er vist i fig. 2.

Generelt er CCGT -enhedens effektivitet:

Her - Qgtu er mængden af ​​varme, der tilføres arbejdsvæsken i GTU'en;

Qpsu - mængden af ​​varme, der tilføres dampmediet i kedlen.

Ris. 1. Princippet om drift af den enkleste gasturbine

a - skematisk diagram: 1 - kompressor; 2 - forbrændingskammer; 3 - turbine; 4 - elektrisk generator;
b - GTU termodynamisk cyklus i TS -diagram;
c - energibalance.

I det enkleste binære kombinerede cyklusanlæg ifølge skemaet vist i fig. 2 a, genereres al damp i spildevarmekedlen: η UPG = 0,6 ... 0,8 (afhænger hovedsageligt af røggassernes temperatur).

Ved T G = 1400 ... 1500 K η GTU ≈ 0,35, og derefter kan effektiviteten af ​​en binær CCGT-enhed nå 50-55%.

Temperaturen på udstødningsgasserne i gasturbinturbinen er høj (400-450 ° C), derfor er varmetabet med udstødningsgasserne store, og gasturbinekraftværkernes effektivitet er 38%, dvs. det er praktisk talt samme som effektiviteten af ​​moderne dampturbinekraftværker.

Gasturbineenheder kører på gasbrændstof, hvilket er betydeligt billigere end fyringsolie. Enhedskapaciteten for moderne gasturbineanlæg når 250 MW, hvilket er tæt på kapaciteten på dampturbineanlæg. Fordelene ved gasturbineenheder i sammenligning med dampturbineenheder omfatter:

1. lav efterspørgsel efter kølevand;
2. lettere vægt og lavere kapitalomkostninger pr.
3. evnen til hurtigt at starte og øge belastningen.

Ris. 2. Skematiske diagrammer over forskellige kombinerede cyklusanlæg:

a - CCGT med en dampgenerator af brugstypen;
b - CCGT -enhed med udledning af gasser i kedelovnen (LPG);
c - CCGT på en damp -gasblanding;
1 - luft fra atmosfæren; 2 - brændstof; 3 - udstødningsgasser i turbinen; 4 - udstødningsgasser; 5 - vand fra netværket til køling; 6 - kølevandsudløb; 7 - frisk damp; 8 - fodervand; 9 - mellemopvarmning af damp; 10 - regenererende affaldsdamp; 11 - damp ind i forbrændingskammeret efter turbinen.
K - kompressor; T - turbine; PT - dampturbine;
GV, GN - gas- og vandvarmere til højt og lavt tryk;
LDPE, HDPE - regenerative fødevandsvarmere til højt og lavt tryk; NPG, UPG - lavt tryk, udnyttelsesdampgeneratorer; KS - forbrændingskammer.

Ved at kombinere en dampturbine og en gasturbineenhed med en fælles teknologisk cyklus opnås et kombineret cyklusanlæg (CCGT), hvis effektivitet er betydeligt højere end effektiviteten af ​​en separat dampturbine- og gasturbineenhed.

Effektiviteten af ​​et kraftværk med kombineret cyklus er 17-20% højere end for et konventionelt dampturbinkraftværk. I varianten af ​​den enkleste GTP med udnyttelse af røggasvarme når brændstoffets varmeudnyttelseskoefficient 82-85%.