Apdaila. Jungiamosios detalės. Remontas. Montavimas. Pasirinkimas. Diafragma
Tačiau ekspertai pažymi neefektyvų dujų naudojimą pasenusiuose įrenginiuose, taip pat žemą tradicinių garo jėgainių turbinų efektyvumo lygį, kuris neviršija 38%. Centralizuotuose tinkluose šiluma daugiausia gaminama naudojant ankstesnių kartų įrangą, o perteklinė šiluma „sušildo“ orą.
Vietinių sistemų naudojimas gaminant elektros ir šiluminę energiją dujų turbinų jėgainės (GTU) gamtinių dujų ar propano naudojimas yra vienas iš galimų šios problemos sprendimų.
Šiuo atžvilgiu pastebima tendencija statyti decentralizuotus kombinuotus elektros ir šilumos tiekimo šaltinius (vadinamieji termofikacijos režimas) sumontuoti tiek esamose šildymo katilinėse, tiek ant naujai pastatytų šilumos šaltinių. Labiausiai aktualus klausimas yra perėjimas prie naujų mažų įrenginių, naudojant šiuolaikines dujų turbinas, kurios teikia kogeneraciją.
Išsivysčiusiose šalyse didėja mažų jėgainių, turinčių kogeneracijos ciklą, dalis, o tai leidžia optimizuoti šilumos ir elektros energijos gamybą iš socialinės ir pramoninės infrastruktūros, taip pat užtikrinti efektyvų energijos taupymą. Pavyzdžiui, JAV ir Didžiojoje Britanijoje termofikacijos dalis nedidelio masto energijoje siekia 80%, Nyderlanduose - 70%, Vokietijoje - 50%. Užsienyje šį procesą aktyviai remia valstybė tiek priimdama teisinį reguliavimą, tiek finansuodama biudžetą.
Dujinių turbinų kogeneracinių jėgainių ekonominio efektyvumo pagrindas yra aukštas jų elektrinis ir šiluminis efektyvumas, pasiektas dėl pagrindinio jų šilumos vartojimo režimo (šildymas, karšto vandens tiekimas, šilumos tiekimas pramonės reikmėms).
Dujų turbinų agregatai dabar energetikos srityje pripažįstami kaip visiškai įvaldyta ir patikima įranga.
Dujinių turbinų jėgainių eksploataciniai rodikliai yra tokio paties lygio kaip įprasta elektrinė įranga. Jiems būdingas pasirengimas dirbti per 90% kalendorinio laiko, 2 - 3 metų remonto ciklas, paleidimų patikimumas 95 - 97%.
Mažas savitasis svoris, kompaktiškumas, patogumas transportuoti ir paprastas montavimas yra vieni pagrindinių dujų turbinų jėgainių privalumų, patraukliausi jų naudojimo požiūriu.
GTU privalumai taip pat yra trumpas statybos laikas, padidėjęs šilumos ir elektros energijos tiekimo vartotojams patikimumas, minimalus kenksmingų išmetimų į aplinką kiekis, sumažinta šilumos reguliavimo inercija ir šilumos tinklų nuostoliai, palyginti su tinklais, prijungtais prie didelių RTS ir CHP.
apibūdinimas dujų turbinų technologija .
GTU yra pagrįstas dujų generatoriumi, kuris yra suslėgtų karštų degimo produktų šaltinis varant jėgainę.
Dujų generatorius susideda iš kompresoriaus, degimo kameros ir kompresoriaus pavaros turbinos. Kompresoriuje suslėgtas atmosferos oras, kuris patenka į degimo kamerą, kur per purkštukus į jį tiekiamas kuras (dažniausiai dujos), tada kuras deginamas oro sraute. Degimo produktai tiekiami į kompresoriaus turbiną ir galios turbiną (su vienos ašies versija kompresorius ir jėgainė yra sujungtos). Jėgos turbinos išvystyta galia žymiai viršija kompresoriaus sunaudotą galią orui suspausti, nes taip pat įveikti guolių trintį ir pagalbinių mazgų pavarai išleistą galią ... Šių verčių skirtumas yra GTU naudingoji galia.
Turbinos generatorius (elektrinis generatorius) yra ant turbinos veleno.
Dujų turbinoje išmetamos dujos eina per išmetimo įtaisą, o duslintuvas eina į kaminą. Išmetamųjų dujų šilumos susigrąžinimas galimas, kai išmetamosios dujos patenka į atliekų šilumos katilą, kuriame šilumos energija susidaro garų ir (arba) karšto vandens pavidalu. Garą arba karštą vandenį iš atliekinio šilumos katilo galima tiesiogiai perduoti šilumos vartotojui.
Šiuolaikinių dujų turbinų elektrinių elektros efektyvumas yra 33–39%. Tačiau atsižvelgiant į aukštą išmetamųjų dujų temperatūrą galingose dujų turbinų gamyklose, galima kartu naudoti dujų ir garo turbinas. Šis inžinerinis požiūris leidžia žymiai padidinti kuro naudojimo efektyvumą ir padidinti įrenginių elektrinį efektyvumą iki 57–59%.
Dujų turbinų gamyklų privalumai yra mažas savitasis svoris, kompaktiškumas, paprastas transportavimas ir paprastas montavimas. Leidžiama įrengti dujų turbinos bloką techniniame pastato aukšte arba įrengti ant stogo mažos galios dujų turbinų įrenginius. Ši naudinga GTU savybė yra svarbus miesto plėtros veiksnys.
Eksploatuojant dujų turbinų elektrines, kenksmingų NOx ir CO išmetamųjų dujų kiekis yra minimalus. Tokios puikios aplinkos savybės leidžia lengvai rasti dujų turbinų blokus netoli žmonių gyvenamųjų vietų.
Be to, mažos talpos GTP paprastai tiekiami vieno ar kelių visiško gamyklos pasirengimo vienetų pavidalu, reikalaujant nedidelio montavimo darbų kiekio, o jų palyginti mažas dydis leidžia juos įrengti ankštame bendrame plane. Taigi santykinis statybos ir montavimo darbų pigumas.
Dujinių turbinų agregatų vibracija ir triukšmas yra nereikšmingi 65–75 dB diapazone (tai atitinka dulkių siurblio garsą 1 metro atstumu triukšmo lygio skalėje). Paprastai tokiai aukštųjų technologijų kartos įrangai specialios garso izoliacijos nereikia.
Šiuolaikiniai dujų turbinų blokai yra labai patikimi. Yra įrodymų, kad kai kurie padaliniai nuolat dirba keletą metų. Daugelis dujų turbinų tiekėjų įrengimus atstato vietoje, pakeisdami atskirus komponentus jų neperdavę gamintojui, o tai žymiai sumažina įrenginio aptarnavimo kainą.
Dauguma dujų turbinų agregatų gali perkrauti, t.y. galios padidėjimas virš nominalios. Tai pasiekiama padidinus darbinio skysčio temperatūrą.
Tačiau gamintojai nustato griežtus tokių režimų trukmės apribojimus, leidžiančius viršyti pradinę temperatūrą veikti ne ilgiau kaip kelis šimtus valandų. Pažeidus šiuos apribojimus, žymiai sumažėja įrenginio resursai.
Šaukštas deguto.
Nepaisant to, kyla sunkumų diegiant elektrinius dujų turbinų blokus. Pirmiausia tai yra išankstinio dujinio kuro suspaudimo poreikis, o tai žymiai padidina energijos gamybos sąnaudas, ypač mažoms dujų turbinoms, ir daugeliu atvejų yra didelė kliūtis jų įvedimui į energetikos pramonę. Šiuolaikinėms dujų turbinoms su dideliu oro suspaudimo laipsniu reikalingas degalų dujų slėgis gali viršyti 25-30 kg / cm 2.
Kitas reikšmingas GTU trūkumas yra staigus efektyvumo sumažėjimas mažėjant apkrovai.
Dujų turbinų bloko tarnavimo laikas yra daug trumpesnis nei kitų elektrinių ir paprastai siekia 45–125 tūkstančius valandų.
Istoriškai dujų turbinų technologijos kūrimo pradininkai buvo laivų ir orlaivių variklių kūrėjai. Todėl šiuo metu jie yra sukaupę didžiausią patirtį šioje srityje ir yra kvalifikuotiausi specialistai.
Rusijoje pirmaujančias pozicijas gaminant dujų turbinų jėgaines užima įmonės, kuriančios ir gaminančios orlaivių dujų turbinų variklius ir dujų turbinų jėgaines, sukurtas specialiai energijai naudoti:
- UAB "Lyulka-Saturn"(Maskva),
- „Rybinsk Motors OJSC“(Rybinskas),
abu yra įtraukti į NPO Saturnas,
- AE juos. V. Ya. Klimova(Sankt Peterburgas),
- FSUE MMPP „Salyut“(Maskva),
kita
2004-2006 m. Maskvoje, dalyvaujant OJSC "Saturnas - dujų turbinos" eksperimentinių dujų turbinų blokų (GTU) statyba ir eksploatacija buvo atliekama RTS „Kuryanovo“ ir RTS „Penyagino“. Pagrindinė dujų turbinų blokų naudojimo užduotis yra užtikrinti nepriklausomą elektros ir šilumos tiekimą būstui ir komunalinėms paslaugoms. Abiejuose RTS buvo sumontuoti du dujų turbinų blokai. GTA-6RM vieneto galia 6 MW. GTA-6RM yra viena pagrindinių NPO „Saturn“ antžeminių produktų rūšių.
Dujų turbinų blokai GTA-6RM surenkami remiantis nuosekliais, palyginti pigiais, orlaivių varikliai D-30KU / KP, kurie įsitvirtino kaip patikimiausias Rusijos variklis, valdomas masinės gamybos orlaiviais IL-62M, TU-154M ir IL-76. Bendras šių variklių veikimo laikas viršijo 36 milijonus valandų.
Įrenginiai gaminami modulių modulių ir dirbtuvių (stočių) konstrukcijoje ir gali būti valdomi vienu pavidalu arba kartu su skirtingų serijų turbinų generatoriais, turinčiais identiškas eksploatacines charakteristikas, karšto vandens arba garo atliekų šilumos katilais.
2005 m. GTA-6RM buvo įtrauktas į 100 geriausių Rusijos prekių sąrašą ir oficialiai jam buvo suteiktas Tėvynės pasididžiavimo statusas.
Eksperimentas parodė, kad dujų turbinų naudojimas RTS sistemoje leidžia padidinti šilumos tiekimo miesto ekonomikai ir sostinės gyvenamajam sektoriui patikimumą, dubliuojant ir paremiant esamas gyvybės palaikymo sistemas, taip pat padidinti miesto ekonomikos energetinis saugumas.
Ir turiu pasakyti, kad Maskvos vyriausybė rimtai lažinasi dėl masiško dujų turbinų naudojimo sostinės energetikos komplekse.
Pateikiame ištraukas iš 2009 m. Gruodžio 29 d. Dekreto N 1508-PP "Dėl Maskvos miesto šildymo sistemos laikotarpiui iki 2020 m."
Prioritetinė sritis šilumos tiekimo plėtrai Maskvos mieste laikotarpiu iki 2020 m. Yra kombinuotos šilumos ir elektros energijos gamybos technologijos įgyvendinimas, papildomai pritraukiant šilumos išteklius ir aprėpiant miesto vartotojų šilumos ir elektros apkrovas. dujų turbinų elektrinės.
....................................
Tolesnė šilumos tiekimo sistemos plėtra turėtų būti grindžiama:
.............................................
- autonominių gamybos šaltinių įrengimas elektrinėse ( dujų turbinų agregatai) jėgainės paleidimui, kai nutrūksta ryšys su elektros sistema ir autonominis maitinimo šaltinis karšto vandens katilams avariniais režimais.
Kol kas kalbėjome tik apie pačią dujų turbiną, ne
* * užduodamas klausimą, iš kur kyla jį varančios dujos.
Darbinis garas į garo turbiną tiekiamas iš garo katilo. Kokie įtaisai reikalingi dujų turbinai tiekti veikiančiomis dujomis?
Dujų turbinai reikalingos dujos, turinčios didelį energijos rezervą. Dujų energija - jos gebėjimas atlikti mechaninį darbą tam tikromis sąlygomis - priklauso nuo slėgio ir temperatūros. Kuo labiau suslėgtos dujos ir kuo aukštesnė jų temperatūra, tuo daugiau mechaninių darbų jos gali atlikti išsiplėtusios. Tai reiškia, kad turbinoms reikia suslėgtų ir pašildytų dujų. Taigi yra aišku, kurie įtaisai turėtų būti įtraukti į dujų turbinų bloką (arba į dujų turbinų variklį). Tai, pirma, įrenginys suslėgti orą, antra, prietaisas jį šildyti
Trečia, pati dujų turbina, kuri suslėgtų ir pašildytų dujų vidinę energiją paverčia mechaniniu darbu.
Suspausti orą sunku. Tai atlikti daug sunkiau nei tiekti skystą kurą į degimo kamerą. Pavyzdžiui, norint tiekti vieną kilogramą žibalo per sekundę į 10 atmosferų slėgio degimo kamerą, reikia suvartoti apie 2 arklio galias, o vieną kilogramą oro per sekundę suspausti iki 10 atmosferų - reikia apie 400 arklio galių. Dujinių turbinų įrenginiuose vienas žibalo kilogramas sudaro apie 60 kilogramų oro.
Tai reiškia, kad orui tiekti į degimo kamerą, kurios slėgis yra 10 atmosferų, reikia 12 tūkstančių kartų daugiau galios nei skystojo kuro tiekimui.
Orui suspausti naudojamos specialios mašinos, vadinamos pūstuvais ar kompresoriais. Jų darbui reikalingą mechaninę energiją jie gauna iš pačios dujų turbinos. Kompresorius ir kelionė
|
Liesas kompresorius. |
|
Kompresorius. |
Šiukšliadėžės montuojamos ant vieno veleno, o eksploatuojant turbina dalį jėgos atiduoda oro kompresoriui.
Dujų turbinų gamyklose naudojami dviejų tipų kompresoriai: išcentriniai ir ašiniai.
Išcentrinis kompresorius (6 pav.), Kaip rodo jo pavadinimas, orui suspausti naudoja išcentrinę jėgą. Toks kompresorius susideda iš įleidimo vamzdžio, per kurį išorinis oras patenka į kompresorių; diskas su rotoriaus mentėmis, dažnai vadinamas sparnuote (7 pav.); vadinamasis difuzorius, į kurį patenka oras, išeinantis iš sparnuotės, ir išleidimo vamzdžiai, kurie suspaustą orą nuneša į paskirtį, pavyzdžiui, į dujų turbinų gamyklos degimo kamerą.
Oras, patenkantis į išcentrinį kompresorių, surenkamas greitai besisukančio sparnuotės mentėmis ir, veikiant išcentrinei jėgai, išmetamas iš centro į apskritimą. Judant kanalais tarp ašmenų ir sukantis su disku, jis suspaudžiamas išcentrinėmis jėgomis. Kuo greičiau sukasi sparnuotė, tuo labiau suslegiamas oras. Šiuolaikiniuose kompresoriuose sparnuotės apskritimo greitis siekia 500 metrų per sekundę. Šiuo atveju oro slėgis sparnuotės išleidimo angoje yra maždaug 2,5 atmosferos. Be padidėjusio slėgio, tarp peilių praeinantis oras įgyja didelį greitį, kuris yra artimas sparnuotės apskritimo greičiui. Tada oras praleidžiamas per difuzorių - palaipsniui besiplečiantį kanalą. Judant tokiu kanalu, oro greitis mažėja, o slėgis padidėja. Difuzoriaus išleidimo angoje slėgis paprastai yra apie 5 atmosferos.
Išcentriniai kompresoriai yra paprastos konstrukcijos. Jie yra lengvi ir gali veikti gana efektyviai esant skirtingiems veleno greičiams ir oro srautams. Šios savybės leido plačiai naudoti technologijas. Tačiau išcentriniai kompresoriai turi nepakankamai didelį efektyvumą - tik 70-75%. Todėl dujų turbinų gamyklose, kur daug energijos išleidžiama oro suspaudimui, dažniau naudojami ašinio tipo kompresoriai. Jų efektyvumas didesnis, jis siekia 85–90%. Tačiau pagal savo struktūrą ašinis kompresorius yra sudėtingesnis nei išcentrinis kompresorius ir turi didesnį svorį.
Ašinis kompresorius susideda iš kelių sparnuočių, tvirtai pritvirtintų ant veleno ir įdėtų į kanalą, per kurį juda oras. Kiekvienas sparnuotė yra diskas su mentėmis ant ratlankio. Sparnuotei greitai sukantis, mentės suspaudžia orą, praeinantį per kanalą, ir padidina jo greitį.
Už kiekvieno sparnuotės dedama viena fiksuotų peilių eilė - kreipiamosios mentės, kurios dar labiau padidina oro slėgį ir suteikia reikiamą kryptį čiurkšlei.
Sparnuotė su nejudančių kreipiamųjų mentių eilute, esančia už jos, vadinama kompresoriaus pakopa. Viena ašinio kompresoriaus pakopa oro slėgį padidina maždaug 1,3 karto. Norint gauti didesnį slėgį, naudojami ašiniai kelių pakopų kompresoriai. Norėdami gauti aukštą slėgį, ašinio srauto kompresoriai su
|
Pav. 8. 15 pakopų ašinio kompresoriaus rotorius. |
14, 16 ir daugiau žingsnių. Daugiapakopiuose ašiniuose kompresoriuose rotoriaus mentės kartais montuojamos ne ant atskirų diskų, o ant bendro tuščiavidurio veleno, vadinamojo būgno. Besisukanti kompresoriaus dalis (būgnas su ašimis ar sparnuotėmis, sumontuotomis ant veleno) yra vadinamas rotoriumi (8 pav.), O stacionarūs kreipiamieji mentai, sumontuoti ant kompresoriaus korpuso, vadinami jo statoriumi.
Ašinis kompresorius gavo savo pavadinimą, nes oras juda išilgai savo ašies, priešingai nei išcentrinis kompresorius, kuriame oras juda radialine kryptimi.
Oras, suspaustas iki aukšto slėgio kompresoriuje, tiekiamas į degimo kamerą. Čia į oro srautą per purškimo purkštukus įpurškiamas skystas kuras, kuris uždegamas taip pat, kaip ir vidaus degimo varikliuose - elektrinės žvakės pagalba. Elektrinė žvakė veikia tik variklio paleidimo laikotarpiu. Tolesnis degimas vyksta nuolat. Tai sukuria daug šilumos. Sudeginus vieną kilogramą žibalo, išsiskiria 10 500 kalorijų šilumos.
Kuo daugiau šilumos išsiskiria deginant kurą, tuo aukštesnė bus dujų temperatūra degimo kameros gale. Jei 1 kilogramas žibalo tiekiamas į 15 kilogramų oro, dujų temperatūra pasieks apie 2500 ° C. Esant tokiai aukštai dujų temperatūrai, dujų turbinų gamyklos darbas būtų labai efektyvus. Tačiau purkštukų mentių ir turbinos rotoriaus mentių medžiaga negali atlaikyti tokio šildymo. Geriausi šiuolaikiniai aukštos temperatūros lydiniai, naudojami orlaivių dujų turbinų varikliuose, leidžia veikti esant 900 ° C temperatūrai. Turbinose, veikiančiose elektrinėse, kur reikalingas ilgesnis tarnavimo laikas ir naudojami ne tokie brangūs lydiniai, leistinos temperatūra dar žemesnė. Todėl dujų turbinų elektrinių degimo kamerose įjungta
1 kilogramas žibalo ar aliejaus tiekiamas su 50–80 kilogramų oro. Esant tokiam santykiui, degimo kameros gale nustatoma dujų temperatūra, kurią leidžia ašmenų stiprumas.
Dujų turbinų jėgainių degimo kameros projektavimas yra sudėtinga mokslinė ir techninė užduotis. Degimo kamerai nustatomi keli griežti reikalavimai, nuo kurių įvykdymo priklauso viso įrenginio darbingumas. Tai yra svarbiausi iš šių reikalavimų. Pirma, būtina užtikrinti visišką kuro degimą. Jei kuras neturi laiko visiškai išdegti degimo kameroje, dalis jo energijos bus eikvojama veltui. Dujų turbinų gamyklos efektyvumas sumažės. Be to, degalai, nespėję degti degimo kameroje, pradės degti tarp turbinos menčių, o tai sukels perdegimą ir ašmenų lūžimą, tai yra avariją. Taip pat neturėtų būti leidžiama, kad į turbiną patenkančios dujos, užuot vienodos temperatūros per visą skerspjūvį, būtų vienoje vietoje, pavyzdžiui, 600 ° C, kitur - 1200 °. Todėl prieš išeinant iš kameros būtina užtikrinti gerą dujų maišymąsi, kad būtų išvengta galimybės prasiskverbti į atskirų padidėjusios temperatūros dujų „žybsnius“ į turbiną. Galiausiai, norint apsaugoti jas nuo perdegimo, būtina gerai atvėsinti degimo kameros sienas.
Norint išspręsti visas šias problemas, oro srautas dujų turbinų variklių degimo kamerose yra padalintas į dvi dalis (9 pav.). Mažesnė srauto dalis nukreipiama į vidinę kameros dalį - į vadinamąjį liepsnos vamzdelį. Ten kuras degina aukštoje temperatūroje (aukšta temperatūra leidžia pasiekti pakankamai
Visiškas degimas). Likęs oras nedega. Jis nuplauna dūmų vamzdį iš išorės ir atvėsina. Tada šaltas oras sumaišomas su karštomis dujomis. Norint geriau sumaišyti, vamzdžio sienose padaroma daugybė mažų skylių, per kurias mažomis porcijomis įvedamas aušinamasis oras ir sumaišomos su karštomis dujomis. Dėl tokio aušinančio oro tiekimo dujų temperatūra prie sienų yra žemesnė nei liepsnos vamzdžio centre. Tai taip pat padeda apsaugoti jį nuo perdegimo.
Dujų turbinų gamyklos degimo kamera paprastai yra tarp kompresoriaus ir turbinos. Tokiu būdu dujų srautas eina tiesiai iš įrenginio įleidimo angos į jo išleidimo angą. Bet instaliacijos centre yra velenas, jungiantis turbiną su kompresoriumi. Šis velenas neturėtų būti labai karštas, kitaip jo stiprumas sumažės. Todėl degimo kamera yra žiedinė arba viena
Bendrą kamerą pakeičia 6-10 atskirų kamerų, esančių ratu aplink veleną.
Jums buvo pristatytos trys pagrindinės dujų turbinų gamyklos dalys: oro kompresorius, degimo kamera ir dujų turbina. Fig. 10 parodyta dujų turbinos variklio schema. Taip jis veikia.
Kompresorius pritraukia orą iš atmosferos ir suspaudžia. Suslėgtas oras patenka į degimo kamerą, kur dėl kuro degimo jo temperatūra pakyla keliais šimtais laipsnių. Dujų slėgis
Išlieka maždaug pastovus. Todėl šio tipo varikliai vadinami pastovaus degimo slėgio dujų turbinų varikliais. Iš degimo kameros į turbiną patenka aukšto slėgio ir temperatūros dujos, taigi ir su dideliu energijos tiekimu. Ten vyksta suslėgtų ir pašildytų dujų energijos pavertimo naudingu darbu procesas.
Dujos turbinoje veikia išsiplėtimo metu, tai yra, kai sumažėja jos slėgis. Daugumoje dujų turbinų įrenginių dujų slėgis sumažėja iki atmosferos. Tai reiškia, kad procesas turbinoje yra priešingas procesui kompresoriuje.
Jei oro temperatūra kompresoriaus išleidimo angoje ir turbinos įleidimo angoje būtų vienoda, tada, išplėsdamas orą turbinoje, jis atliktų tą patį darbą, kuris buvo išleistas jį suspaudžiant kompresoriuje - su sąlyga, kad neturi būti energijos nuostolių dėl oro trinties ir sūkurio. Atsižvelgiant į šiuos nuostolius, oras turbinoje atliktų mažiau darbo, nei reikalingas kompresoriui pasukti. Akivaizdu, kad iš tokio požiūrio nebūtų jokios naudos. Bet šaltas oras suspaudžiamas kompresoriuje, o į turbiną patenka labai įkaitintos dujos. Todėl dujų išsiplėtimo darbas pasirodo 1,5-2 kartus didesnis nei reikalingas kompresoriui. Pavyzdžiui, jei dujų turbina išvysto 10 000 arklio galių, tada norint sukti prie jos prijungtą kompresorių reikėtų apie 6000 arklio galių.
Pajėgos. Likusią laisvą 4000 arklio galių galima panaudoti elektros generatoriui, laivo sraigtui, lėktuvo sraigtui ar bet kokiam kitam mechanizmui pasukti.
Norint valdyti dujų turbinos variklį, reikalingi keli pagalbiniai mazgai: kuro siurbliai, automatiniai įtaisai, reguliuojantys jo veikimą, tepimo ir aušinimo sistema, valdymo sistema ir kt.
Norint paleisti dujų turbinos variklį, reikia sukti jo rotorių (11 pav.) Iki kelių šimtų apsisukimų per minutę. Šiam tikslui tarnauja nedidelis pagalbinis variklis, vadinamas starteriu. Dideli dujų turbinų varikliai dažnai pradedami nuo mažų turbinų variklių, kurių galia siekia 100 arklio galų, o kartais ir daugiau. Savo ruožtu šiuos starterius sukioja maži elektriniai varikliai, maitinami iš akumuliatoriaus.
Idėja apie galimybę naudoti karštų dujų srautą - kvietimas gauti mechaninį darbą - kilo labai seniai. Prieš 450 metų didysis italų mokslininkas Leonardo da Vinci aprašė ratą su ašmenimis, sumontuotais dūmtraukyje virš židinio. Veikiant dujų srautui, toks ratas galėjo suktis ir varyti iešmą. Leonardo da Vinci ratą galima laikyti dujų turbinos prototipu.
1791 m. Anglas Johnas Barberis patentavo dujų turbinų bloką. Pagal piešinį, pridėtą prie patento, galima įsivaizduoti, kad instaliacija, pasak autoriaus, turėjo veikti degiosiomis dujomis, gautomis distiliuojant kietąjį ar skystąjį kurą. Dujos į baką buvo pumpuojamos naudojant primityvų kompresorių. Iš ten jis pateko į degimo kamerą, kur buvo sumaišytas su antrojo kompresoriaus tiekiamu oru ir užsidegė. Degimo produktai iš kameros buvo tiekiami į turbinos ratą. Tačiau esant tuometinei technikos pažangai nebuvo įmanoma įdiegti dujų turbinos. Pirmąją dujų turbiną tik XIX amžiaus pabaigoje sukūrė rusų išradėjas P. D. Kuzminskis, kuris, kaip jau minėjome, pastatė ir pirmąją garo turbiną jūrų laivams.
Dujinių turbinų variklis, pastatytas 1897 m. Pagal PD Kuzminsky projektą, susidėjo iš oro kompresoriaus, degimo kameros ir radialinės turbinos (12 pav.). Kuzminskis naudojo degimo kameros aušinimą vandeniu. Vanduo atvėsino sienas ir tada tekėjo į kamerą. Vandens tiekimas sumažino temperatūrą ir tuo pačiu padidino į turbiną patenkančių dujų masę, o tai turėjo padidinti įrengimo efektyvumą. Deja, Kuzminskio darbai nesulaukė jokios carinės vyriausybės paramos.
Praėjus 7 metams, 1904 m., Pagal vokiečių inžinieriaus Stolzo projektą užsienyje buvo pastatyta dujų turbina, tačiau ji nebuvo praktiškai pritaikyta, nes turėjo daug trūkumų.
1906 m. Prancūzų inžinieriai Armango ir LeMal pastatė 25 arklio galių dujų turbiną ir dar 400 arklio galių. Šio įrengimo efektyvumas siekė tik 3%.
Pirmųjų dujų turbinų agregatų bandymai parodė, kad norint padidinti jų efektyvumą, būtina gerokai padidinti kompresoriaus ir turbinos efektyvumą, taip pat pakelti
Degimo kameroje esančių dujų temperatūra. Tai paskatino daugelį išradėjų ieškoti kitų dujų turbinų konstrukcijų. Buvo norima atsikratyti kompresoriaus, kad būtų išvengta didelių energijos nuostolių suspaudžiant orą. Bet turbina gali veikti tik tada, kai dujų slėgis degimo kameroje yra didesnis nei už turbinos. Priešingu atveju dujos netekės iš kameros į turbiną ir nevairuos jos sparnuotės. Vykdant nepertraukiamą degimo procesą kameroje, neišvengiamai reikia naudoti kompresorių, tiekiantį suspaustą orą. Tačiau jei degimo procesą pertraukiate, galite atsisakyti
Iš kompresoriaus arba naudokite kompresorių, kuris šiek tiek suspaudžia orą ir atitinkamai sunaudoja mažiau energijos. Oras tiekiamas į tokią pulsuojančią kamerą tuo metu, kai joje nėra degimo, o slėgis yra labai žemas. Įleidus orą ir įpurškus kuro, kameros įleidimo anga užsidaro, įvyksta blyksnis. Kadangi kamera yra uždara ir dujos negali išsiplėsti, slėgis joje smarkiai padidėja. Dujoms tekant iš kameros į turbiną, atidaromas įleidimo vožtuvas ir į kamerą patenka nauja oro dalis. Taigi, vykdant degimo procesą su pastoviu dujų kiekiu, tai yra uždaroje kameroje, galima padidinti jų slėgį be kompresoriaus pagalbos.
1908 metais Rusijos inžinierius V.V.
Karovodinas sukūrė eksperimentinį tokios dujų turbinos modelį (13 pav.). Kuro degimo metu kamera buvo uždaryta naudojant specialų vožtuvą. Turbina turėjo keturias degimo kameras, iš kurių dujos per keturis ilgus purkštukus pateko į sparnuotę. Išbandžius, modelis išvystė 1,6 arklio galias; efektyvumas siekė tik 3%. Ši turbina taip pat dar nebuvo tinkama naudoti pramonėje.
Vokiečių inžinierius Holzas-karpas taip pat ilgą laiką dirbo kurdamas pastovaus degimo tūrio dujų turbinas. Pagal jo projektus 1914–1920 m
buvo pastatytos kelios 500–2000 arklio galių turbinos. Tačiau nė vienas iš jų nebuvo tinkamas naudoti pramonėje. Tik trečiajame dešimtmetyje Šveicarijos kompanijai „Brown-Boveri“ pavyko sukurti keletą tinkamų praktiniam darbui turbinų, kurių degimas pastoviu tūriu. Šiuo metu darbas tokiose turbinose beveik visiškai sustabdytas.
Mūsų mokslininkai pasuko kitu keliu. Inžinierius
V. Kh. Abiantsas knygoje „Aviacinių dujų turbinų teorija“ apie sovietų specialistų darbus rašo:
„Vienas pagrindinių sovietinių mokslininkų laimėjimų yra tas, kad jie pagrindė turbinų su pastoviu degimo slėgiu plėtros tikslingumą ir perspektyvas, o užsienietiškos (ypač Vokietijos) dujų turbinos dirbo pastovaus degimo tūrio turbinų srityje. Visa tolesnė dujų turbinų plėtra, įskaitant aviacines, puikiai patvirtino sovietų mokslininkų prognozes, nes pagrindinis kelias kuriant dujų turbinas pasirodė esąs būdas sukurti nuolatinio degimo slėgio turbinas “.
Sovietų Sąjungos mokslininkų darbas įrodė, kad dujų turbinų įrenginiai, turintys pastovų degimo slėgį esant pakankamai aukštai dujų temperatūrai, gali būti labai efektyvūs.
1939 m. Profesorius V. M. Makovskis Charkovo turbinų generatorių gamykloje pastatė pastovaus degimo slėgio dujų turbiną. Jo galia siekė 400 kilovatų. Turbinos velenas, diskas ir tuščiaviduriai mentės buvo aušinami vandeniu. Makovsky turbina buvo suprojektuota veikti degiosiomis dujomis, gautomis po anglies dujinimo dujomis. Jis buvo įrengtas ir sėkmingai išbandytas vienoje iš Gorlovkos kasyklų.
Šiuo metu mūsų gamyklos gamina įvairių tipų didelio efektyvumo dujų turbinas.
Nors dujų turbinų gamykla yra paprastesnės konstrukcijos nei stūmoklinis vidaus degimo variklis, ją sukurti reikėjo daug tyrimų ir plėtros. Štai kodėl tik mūsų laikais, remiantis šiuolaikiniais mokslo ir technologijų pasiekimais, pavyko sukurti efektyvų dujų turbinų variklį.
Kokias mokslines problemas mokslininkams reikėjo išspręsti, kad būtų galima sukurti dujų turbinų įrenginius?
Kuriant dujų turbiną reikėjo stengtis kuo geriau panaudoti dujų energiją, sumažinti jos nuostolius dėl trinties ir sūkurių susidarymo. Didelis dujų judėjimo per turbiną greitis taip pat leidžia gauti didelę galią mažo dydžio įrenginyje. Tačiau tuo pačiu metu šis greitis kelia didelių energijos nuostolių pavojų. Kuo didesnis skysčio ar dujų judėjimo greitis, tuo didesnė energijos trinties praradimas ir sūkurių susidarymas.
Norint pastatyti didelio efektyvumo dujų turbinų gamyklą, reikėjo pasirinkti naudingiausius kompresoriaus ir turbinos dalių matmenis, formą ir santykinę padėtį. Tam reikėjo ištirti dujų judėjimą ir sužinoti, kaip jie veikia aplink juos tekančius standžius kūnus. Dujų judėjimo tyrimas buvo reikalingas daugelio technologijų šakų plėtrai.
Pirmoji šios srities mokslininkų užduotis buvo ištirti dujų judėjimą santykinai mažu greičiu, kai jos praktiškai nesuspaudžia. Kadangi nesuspaudžiamų dujų judėjimas laikosi tų pačių dėsnių, kaip ir skysčio judėjimas, ši mokslo šaka vadinama hidrodinamika („hydr“ yra graikų kalba - vanduo).
Tuo pačiu metu plėtojosi mokslas apie dujų molekulinę sandarą, apie būsenos keitimo procesus veikiant slėgiui ir temperatūrai. Tai vadinama termodinamika (iš lotyniško žodžio „thermo“ - šiluma).
Vystantis hidrodinamikai, reikėjo atsižvelgti į būdingas dujų savybes, skiriančias jas nuo skysčio. Taigi, remiantis hidrodinamika, atsirado aerodinamika - mokslas apie oro srauto ir oro srauto aplink kūnus dėsnius. Tuo pačiu metu garo turbinų atsiradimas paskatino termodinamikus mokslininkus ištirti tokias problemas kaip dujų ir garų nutekėjimas iš purkštukų.
Jų raidos metu hidrodinamika ir termodinamika, praplečiant tiriamų klausimų spektrą, vis giliau skverbiantis į fizinių reiškinių esmę, artėjo vienas prie kito. Taip atsirado dar viena nauja mokslo šaka - dujų dinamika, tirianti dujų judėjimo dideliu greičiu dėsnius ir dujų sraute vykstančius šiluminius procesus.
Šis mokslas buvo teorinis pagrindas kuriant dujų turbinų variklius. Pirmuosius esminius dujų turbinų teorijos darbus atliko iškilus čekų mokslininkas Stodolis, sovietų profesoriai V.M.Makovsky, V.V.Uvarovas ir nemažai kitų mokslininkų.
Teorinių dujų turbinų technologijos pagrindų kūrimas ir daugelyje pasaulio šalių šioje srityje pradėtas eksperimentinis darbas parodė, kad svarbiausia užduotis kuriant tokio tipo variklius buvo pagerinti jų srauto kelią, tai yra tuos variklius. elementai, per kuriuos teka dujos: oro įsiurbimas, kompresorius, kameros degimas, turbinos ir purkštukai. Visų pirma kilo klausimas dėl kompresorių ir turbinų teorijos kūrimo, kurias dažnai vadina tuo pačiu terminu „mentės mašinos“. Sovietų mokslininkai užsiėmė būtent šios esminės problemos sprendimu. Remdamiesi puikiais Eulerio, Bernoulli, Žukovskio, Chaplygino darbais, sovietų mokslininkai sukūrė dujų turbinų variklių teoriją.
Akademikas B.S.Stechkinas nepaprastai vertingai prisidėjo prie dujų turbinų variklių teorijos. Jo darbai sukūrė harmoningą peilių teoriją. Jis sukūrė ašinių ir išcentrinių kompresorių skaičiavimo metodus. Jis yra šiuolaikinėje aviacijoje labiausiai paplitusių dujų turbinų reaktyvinių variklių teorijos kūrėjas.
Profesoriai K. A. Ušakovas, V. N. Dmitrijevskis, K. V. Cholshchevnikovas, P. K. Kazandžanas ir nemažai kitų mokslininkų atliko gilius teorinius tyrimus ir vaisingą eksperimentinį kompresorių darbą. Reikšmingas indėlis į peilių mašinų teoriją buvo Ukrainos akademiko GF Proskuro darbas „Turbo turbinos hidrodinamika“, paskelbtas dar 1934 m.
Dujų turbinų ir apskritai dujų turbinų variklių teorija buvo skirta profesorių G. S. Zhi darbui -
Ridkoy, A. V. Kvasnikov, P. I. Kirillov, Ya. I. Shnee, G. P. Zotikov ir daugelis kitų.
Mokslininkai atliko daug darbo, kad būtų sukurta naudingiausia turbinos mentių forma. Turbinos menčių veikimas turi daug bendro su orlaivio sparno veikimu. Tačiau tarp jų yra ir reikšmingų skirtumų. Sparnas veikia atskirai, o turbinos mentės yra greta kitų ašmenų. Pastaruoju atveju paaiškėja, kaip sakoma, „profilių gardelė“. Gretimų peilių įtaka stipriai keičia dujų srauto modelį aplink ašmenų profilį. Be to, sparną pučia oro srovė, kuri prieš susitikdama su orlaiviu turi tą patį greitį per visą sparno tarpą. Ir dujų greitis, palyginti su turbinos ašmenimis, yra nevienodas per visą jos ilgį. Tai priklauso nuo peilių periferinio greičio. Kadangi pečių ašmenys yra pagaminti gana ilgi, periferinis greitis ašmenų šaknyje yra daug mažesnis nei jo gale. Tai reiškia, kad dujų greitis, palyginti su ašmenimis jo šaknyje, bus kitoks, nei išoriniame sparnuotės apskritime. Todėl ašmenų profilis turėtų būti toks, kad ašmenys per visą ilgį veiktų kuo efektyviau. Tokių ašmenų sukūrimo užduotis buvo išspręsta profesoriaus V. V. Uvarovo ir kitų mokslininkų darbais.
Svarbiausia problema, nuo kurios sprendimo priklausė ekonomiškų dujų turbinų variklių sukūrimas, buvo karščiui atsparių medžiagų problema. Dujinių turbinų gamyklos efektyvumas didėja, padidėjus dujų temperatūrai. Bet norint, kad turbina veiktų patikimai esant aukštai temperatūrai, būtina pagaminti jos peilius ir diskus iš tokių lydinių, kurių stiprumas išlieka net ir esant dideliam kaitinimui. Todėl plėtojant dujų turbinų technologiją reikėjo aukšto lygio metalurgijos. Šiuo metu metalurgai sukūrė lydinius, kurie atlaiko aukštą temperatūrą. Iš tokių lydinių pagamintos turbinos mentės gali veikti be specialaus aušinimo esant dujų temperatūrai, patenkančiai į turbiną iki 900 ° C.
Be lydinių, yra ir kitų karščiui atsparių medžiagų, tokių kaip speciali keramika. Tačiau keramika yra gana trapi, o tai neleidžia jų naudoti dujų turbinose. Tačiau tolesnis ugniai atsparios keramikos tobulinimo darbas gali turėti reikšmingos įtakos dujų turbinų plėtrai.
Dujų turbinų dizaineriai taip pat kuria dirbtinai aušinamus mentes. Ašmenų viduje yra kanalai, per kuriuos praleidžiamas oras ar skystis. Turbinos diskas paprastai pučiamas oru.
Kuro deginimo sąlygos dujų turbinų gamyklose labai skiriasi nuo sąlygų garo katilų krosnyse arba stūmoklinių variklių cilindruose. Dujinių turbinų variklis savo mažu dydžiu gali atlikti milžinišką darbą. Bet tam būtina deginti didelį kuro kiekį nedideliame kameros tūryje. Tai galima pasiekti tik esant labai dideliam degimo greičiui. Kuro dalelės yra mažiau nei šimtąją sekundės dujų turbininio variklio degimo kameroje. Per tokį trumpą laiką turėtų būti gerai sumaišomas kuras su oru, jo garavimas ir visiškas degimas.
Norint sėkmingai išspręsti problemą, būtina mokytis degimo fizikos. Mūsų laikais prie to dirba didelės mokslininkų komandos.
Mokslininkai išsamiai išnagrinėjo maksimalų šilumos, išsiskiriančios deginant degalus, panaudojimą dujų turbinų įrenginiuose. Dujos palieka turbinos sparnuotę aukštoje temperatūroje, todėl į atmosferą perneša didelį kiekį vidinės energijos. Buvo natūralus noras panaudoti išmetamų dujų šilumą. Tam buvo pasiūlyta tokia diegimo schema. Sparnuotės dujos, prieš jas išleisdamos į atmosferą, praeina per šilumokaitį, kur dalį šilumos perduoda suspaustam orui, išeinančiam iš kompresoriaus. Šilumokaičio kaitinamas oras padidina jo energiją, nenaudodamas jokio kuro kiekio. Iš šilumokaičio oras nukreipiamas į degimo kamerą, kur jo temperatūra pakyla dar aukščiau. Tokių šilumokaičių išdėstymas gali žymiai sumažinti kuro sąnaudas dujoms šildyti ir taip padidinti įrenginio efektyvumą. Šilumokaitis yra kanalas, per kurį teka karštos dujos. Plieninių vamzdžių pluoštas dedamas kanalo viduje, esantis išilgai dujų srauto arba statmenas jam. Šių vamzdžių viduje teka oras. Dujos šildo vamzdžių sienas ir jų viduje tekantį orą. Dalis išmetamųjų dujų šilumos grąžinama į darbinį orą. Šis procesas vadinamas šilumos atgavimo procesu. Šilumokaičiai dažnai vadinami regeneratoriais.
Šilumos regeneravimo dujų turbinos yra žymiai ekonomiškesnės nei įprastos turbinos. Deja, šilumokaičiai yra labai didelių gabaritų, todėl juos sunku naudoti kai kuriuose transporto įrenginiuose.
Konstrukcijos stiprumas turėtų būti paminėtas tarp mokslinių problemų, lemiančių dujų turbinų technologijos plėtrą. Norint pastatyti tvirtas degimo kameras, būtina žinoti plonasienių kriauklių skaičiavimo metodus. Tai yra viena iš naujų medžiagų stiprumo mokslo šakų. Iššūkis yra užtikrinti turbinos rotoriaus menčių tvirtumą. Turbinos rotorius atlieka labai daug apsisukimų (5000–10 000 apsisukimų per minutę, o kai kuriose konstrukcijose - dar daugiau), o mentes veikia didelės išcentrinės jėgos (kelios tonos ašmenims).
Mes čia pasakojome tik apie svarbiausias mokslo problemas, kurių sprendimas buvo reikalingas kuriant dujų turbinų technologijas. Mokslininkai ir inžinieriai toliau dirba tobulindami dujų turbinų variklius. Jie vis dar susiduria su daugybe neišspręstų klausimų, su daugybe įdomių ir svarbių problemų.
Pvz., Darbas kuriant dujų turbinas, kuriose kuras yra anglis, yra nepaprastai svarbus. Yra žinoma, kad anglies pagaminama daugiau nei naftos, ir ji yra pigesnė už ją. Anglies deginimas dujų turbinos degimo kameroje yra sunki užduotis. Ją reikia sutrinti, paversti anglies dulkėmis. Dujos, išeinančios iš degimo kameros, turi būti išvalytos nuo pelenų. Jei dujose yra net 0,03–0,05 milimetrų pelenų dalelių, turbinos mentės pradės griūti ir turbina suges.
Pastatų dujų valymo įrenginiai yra sudėtingi. Bet įmanoma išspręsti tokią dujų turbinų variklio problemą. Vidaus degimo varikliuose oro suspaudimas, degimas ir dujų išsiplėtimas vyksta vienoje vietoje - cilindre. Į cilindrą nebuvo įmanoma įdiegti jokio valiklio. Todėl iki šiol bandymai deginti anglį vidaus degimo variklių cilindruose niekur nevedė. Dujų turbinų gamykloje suspaudimas, degimas ir plėtimasis vyksta skirtingose vietose. Oras suspaudžiamas kompresoriuje, šildomas kameroje ir išsiplečia turbinoje. Valiklį galima įdėti tarp kameros ir turbinos. Tik būtina, kad jis labai nesumažintų per jį einančių dujų slėgio ir nebūtų per didelis.
Šiais laikais atliekami atominių dujų turbinų variklių kūrimo tyrimai. Šiuose varikliuose oras kaitinamas ne deginant kurą, o branduoliniame katile išsiskiriančia šiluma. Mokslininkai šiame kelyje turi įveikti daugybę sunkumų. Tačiau neabejotina, kad branduolinių dujų turbinų variklių laukia didelė ateitis.
Jų elektros energijos galia yra dvidešimt kilovatų (mikroturbinų) ir iki kelių dešimčių megavatų - tai klasikinės dujų turbinos.
Elektros efektyvumas šiuolaikinis dujų turbinų agregatai yra 33–39 proc. Dujų turbinų agregatų efektyvumas paprastai yra mažesnis nei dujų stūmoklinių agregatų. Tačiau įrengiant dujų turbinų užduotis gauti didelę jėgainės galią yra labai supaprastinta. Kai realizuojamas visas dujų turbinų šiluminis potencialas, didelio elektros efektyvumo svarba vartotojams tampa nebe tokia aktuali. Atsižvelgiant į aukštą išmetamųjų dujų temperatūrą galingose dujų turbinų gamyklos yra galimybė kartu naudoti dujų ir garo turbinas. Šis inžinerinis požiūris leidžia žymiai padidinti kuro naudojimo efektyvumą ir padidinti įrenginių elektrinį efektyvumą iki 57–59%. Šis metodas yra geras, tačiau padidina projekto kainą ir sudėtingumą.
Pagamintos elektros energijos ir šilumos energijos santykis y yra ~ 1: 2. Tai yra, 10 MW elektros galios dujų turbinų gamykla pajėgi pagaminti ~ 20 MW šilumos energijos. Norint konvertuoti MW į Gcal, naudojamas koeficientas 1,163 ( 1,163 MW = 1163 kW = 1 Gcal).
Atsižvelgiant į poreikius, jie papildomai komplektuojami su garo arba karšto vandens katilais, o tai leidžia turėti įvairaus slėgio garus gamybos reikmėms arba karštą vandenį standartinėje temperatūroje (Karštas vanduo). Bendrai naudojant dviejų tipų energiją, dujų turbinų šiluminės elektrinės kuro sunaudojimo koeficientas (FU) padidėja iki 90%.
Elektrinės veikimo būdas, naudojant susietą šiluminę energiją, turi savo techninį terminą - kogeneracija.
Galimybė gauti iš dujų turbinų agregatai didelis laisvos šilumos energijos kiekis reiškia greitesnę grąžą.
Taikymas dujų turbinų agregatai kadangi galingų šiluminių elektrinių ir mini šiluminių elektrinių elektrinė įranga yra ekonomiškai pateisinama, nes šiandien elektrinės, naudojančios dujinį kurą, turi patraukliausias vartotojo vieneto statybos sąnaudas ir mažas vėlesnio eksploatavimo išlaidas.
Laisvos šilumos energijos perteklius bet kuriuo metų laiku, naudojant aušintuvus - ABHM, be elektros sąnaudų, gali sukurti visavertį bet kokių patalpų oro kondicionierių. Taip aušinamas aušinimo skystis gali būti naudojamas pramoniniams tikslams, įvairiems gamybos ciklams. Ši technologija vadinama trigeneracija.
Naudojimo efektyvumas dujų turbinų agregatai tiekiama įvairiomis elektrinėmis apkrovomis nuo mažiausiai 1-3% iki didžiausios 110-115%.
Teigiamas naudojimo faktorius dujų turbinų agregatai - GTUžmonių kenksmingų išmetamųjų teršalų kiekis yra minimalus ir siekia 9–25 ppm. Tokias puikias aplinkos savybes lengva įdėti dujų turbinų agregatai netoli žmonių buvimo vietos.
Šis kriterijus dujų turbinų agregatai - GTUšiek tiek geresni už artimiausius dujų turbinų konkurentus - stūmoklines jėgaines.
Naudodamas dujų turbinų jėgaines, vartotojas sutaupo pinigų katalizatoriams ir kaminų statybai.
Nuotraukoje parodytas dujų turbinos įrenginysSIEMENS SGT-700kurių galia 29 MW.
Dujų turbinų agregatai turi nereikšmingą vibraciją ir triukšmą 65–75 dB diapazone (tai atitinka dulkių siurblio garsą triukšmo skalėje 1 metro atstumu). Paprastai tokiai aukštųjų technologijų kartos įrangai specialios garso izoliacijos nereikia.
Dujų turbinų agregatai turi gana kompaktišką dydį ir mažą savitąjį svorį. Įdiegti leidžiama GTU techniniame pastato aukšte arba mažo galingumo stogo vietoje dujų turbinų įrenginiai. Tai naudinga savybė GTU yra svarbus finansinis miestų plėtros veiksnys, nes jis leidžia sutaupyti brangius negausius kvadratinius metrus ir daugeliu atvejų suteikia daugiau techninės erdvės inžinieriams išspręsti autonominės jėgainės pastatymo problemą.
Dujų turbinų agregatai - GTU išsiskiria dideliu patikimumu ir nepretenzybiškumu. Yra patvirtinti gamyklos duomenys apie nepertraukiamą kai kurių dujų turbinų gamyklų darbą - GTU 5-7 metus.
Kai kurie šiuolaikinių dujų turbinų gamintojai komponentus remontuoja be gabenimo į gamybos įmonę, o kiti gamintojai iš anksto atsineša pakaitinę turbiną ar degimo kamerą, o tai žymiai sumažina kapitalinio remonto laiką iki 4–6 darbo dienų. Šios priemonės sumažina įrenginių priežiūros išlaidas.
Privalumas dujų turbinų agregatai - GTU yra ilgas tarnavimo laikas (visiškai iki 200 000 valandų, prieš kapitalinį remontą - 30 000–60 000 valandų). Dujinių turbinų agregatų darbo cikle variklio alyva nenaudojama. Pavarų alyvos yra nedidelis kiekis, todėl retai kas keičiasi.
Vandens aušinimo nebuvimas palankiai skiria dujų turbinų blokus nuo stūmoklinių jėgainių. Daugelis „GTU“ prekės ženklų veikia patikimai, naudodami įvairius dujinius degalus, įskaitant susijusias naftos dujas (APG). Tačiau, kaip ir kitų tipų elektrinėse, su vandenilio sulfido kiekiu susijusioms dujoms reikia specialaus paruošimo. Neturint šiuolaikiško įrengimo - dujų valymo stoties, bet kokio tipo elektrinės gyvavimo ciklas sutrumpėja 4-5 kartus. GPPP ar GTU veikimo be APG paruošimo stočių pasekmės dažnai būna tiesiog mirtinos.
Dujų turbinų agregatai paruoštas naudoti įvairiomis klimato sąlygomis. Pastatas dujų turbinų agregatai atokiose vietovėse leidžia taupyti finansinius išteklius pašalinant brangiai kainuojančias elektros perdavimo linijas (PTL). Vietose su labiau išvystyta infrastruktūra dujų turbinų agregatai padidinti elektros ir šilumos tiekimo patikimumą.
Viena iš programų dujų turbinų agregatai - GTU yra blokinių-modulinių sistemų (grupių) sąvoka. Modulinis dujų turbinų agregatai - GTU susideda iš vieningų energijos blokų ir bendrų valdymo sistemų, leidžiančių per trumpą laiką padidinti elektros energiją su mažiausiomis finansinėmis ir laiko sąnaudomis.
Blokuoti variantus dujų turbinų agregatai - GTU užtikrinti aukštą pasirengimo gamykloje lygį. Modulių dydžiai dujų turbinų agregatai - GTU, paprastai standartinis. Yra mobilių dujų turbinų, kurias galima greitai perkelti iš vieno elektros tiekimo įrenginio į kitą, tačiau tokie įrenginiai, kaip taisyklė, neturi galimybės gaminti šilumos.
Automatinės dujų turbinų jėgainės valdymo sistemos leidžia išvengti tiesioginio techninės priežiūros personalo buvimo. Stebėsenos darbas dujų turbinų agregatai - GTU gali būti vykdomas nuotoliniu būdu įvairiais telekomunikacijų kanalais. Avarinių situacijų atveju yra numatytos sudėtingos automatinės apsaugos ir gaisro gesinimo sistemos.
Dujų turbinų gamyklos - GTU - veikimo principas
IN dujų turbinų gamyklos - GTU Daugiapakopis kompresorius suspaudžia atmosferos orą ir aukštu slėgiu jį tiekia į degimo kamerą. Į degimo kamerą dujų turbinų agregatai - GTU tiekiamas ir tam tikras degalų kiekis. Susidūrus dideliu greičiu, degalai ir oras užsidegs. Oro / kuro mišinys dega, išskirdamas didelį energijos kiekį. Tada dujinių degimo produktų energija paverčiama mechaniniu darbu dėl turbinos menčių pasukimo karštų dujų srovėmis.
Dujų turbinų elektrinių schemos ir rodikliai
SSRS dujų turbinų elektrinės, kaip nepriklausomos elektrinės, buvo paskirstytos ribotai. Nuoseklūs dujų turbinų agregatai (GTU) pasižymi mažu efektyvumu ir paprastai naudoja aukštos kokybės kurą (skystą ar dujinį). Turint mažas kapitalo sąnaudas statybai, jiems būdingas didelis manevringumas, todėl kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, JAV, jie naudojami kaip didžiausios jėgainės. Palyginti su garo turbinomis, dujų turbinų triukšmo charakteristikos yra didesnės, todėl reikalinga papildoma mašinų skyriaus ir oro įsiurbimo įtaisų garso izoliacija. Oro kompresorius sunaudoja didelę dalį (50-60%) dujų turbinos vidinės galios. Dėl specifinio kompresoriaus ir dujų turbinų pajėgumų santykio dujų turbinų elektrinės apkrovos kitimo diapazonas yra mažas.
Įrengtų dujų turbinų vieneto galia neviršija 100-150 MW, o tai yra žymiai mažiau nei reikalaujama didelių galios agregatų vieneto galia.
Dauguma šiuolaikinių GTU veikia pagal nepertraukiamo kuro deginimo schemą ir atliekami atviru (atviru) arba uždaru (uždaru) ciklu, atsižvelgiant į deginamų degalų rūšį.
IN Atviro ciklo dujų turbina Skystas mažai sieros turinčių dujų turbininis kuras arba gamtinės dujos naudojami kaip kuras ir tiekiami į degimo kamerą (9.1 pav.). Kurui deginti reikalingas oras išvalomas kompleksiškame oro valymo įrenginyje (filtre) ir suspaudžiamas kompresoriuje iki MPa slėgio. Norint gauti tam tikrą dujų temperatūrą priešais dujų turbiną 
Degimo kameroje ° С reikalingas oro perteklius (2,5–5,0) palaikomas atsižvelgiant į teorinę kuro degimo temperatūrą, kuro rūšį, degimo būdą ir kt. Karštos dujos yra darbinis skystis dujų turbina, kur jie išsiplečia, o tada - temperatūroje 
° С įmetami į kaminą.
Pav. 9.1. Scheminė atvirojo ciklo dujų turbinos bloko šiluminė schema:
Į- oro kompresorius; GT- dujų turbina; G - elektros generatorius; PU- paleidimo įtaisas; F- oro filtras; KS- kuro degimo kamera
Uždaro ciklo GTU(9.2 pav.) Leidžia naudoti tiek kietą, tiek daug sieros turintį skystąjį kurą (mazutą), deginamą degimo kameroje, kur įmontuotas darbinio skysčio, dažniausiai oro, šildytuvas. Oro aušintuvo įtraukimas į grandinę sumažina suspaudimo darbą kompresoriuje, o regeneratorius padidina dujų turbinos bloko efektyvumą. Iki šiol jie negavo uždaro ciklo GTU taikymo su kitais darbo organais (helis ir kt.).
Pagrindiniai dujų turbinų privalumai elektros sistemai yra jų mobilumas. Priklausomai nuo diegimo tipo, jo paleidimo ir pakrovimo laikas yra 5-20 minučių. GTU pasižymi mažesnėmis vieneto sąnaudomis (50–80% mažiau nei pagrindinių maitinimo blokų), dideliu pasirengimo paleidimui laipsniu, nereikia aušinančio vandens, galimybė greitai pastatyti nedidelio dydžio TPP jėgainė ir nereikšminga aplinkos tarša. Tuo pačiu metu dujų turbinų elektros energijos gamybos efektyvumas yra mažas (28–30%), jų gamyklinė gamyba yra sunkesnė nei garo turbinų, joms reikia brangių ir nedaug degalų. Šios aplinkybės taip pat nulėmė racionaliausią GTU naudojimo energetikos sistemoje sritį kaip didžiausią ir paprastai autonomiškai paleistą agregatą, kurio instaliuota galia yra 500–1000 val. Per metus. Tokiems įrenginiams pirmenybė teikiama paprasto ciklo be regeneravimo vieno veleno dujų turbinų jėgainės arba su išmetamųjų dujų šilumos regeneratoriumi (9.3 pav. A, b). Tokiai schemai būdingas didelis montavimo paprastumas ir kompaktiškumas, kuris daugiausia gaminamas ir montuojamas gamykloje. Elektrinės dujų turbinos, kurių veikimas numatytas elektrinės apkrovos grafiko pusiau pagrindinėje dalyje, yra ekonomiškai pagrįstas atlikti pagal sudėtingesnę projektavimo schemą (9.3 pav., C).
Pav. 9.2. Uždaro ciklo GTU schema:
VP- oro šildytuvas; GT- dujų turbina; R- regeneratorius; VC-oro kompresorius; D- elektros generatorius; PU- paleidimo įtaisas
Pav. 9.3. Įvairių tipų dujų turbinų struktūrinės diagramos:
bet- paprasto ciklo be regeneracijos GTU; b - paprasto ciklo dujų turbinos blokas su išmetamųjų dujų šilumos regeneratoriumi; į- dviejų ašių dujų turbinos blokas su dviejų pakopų šilumos tiekimu: T- kuro tiekimas; KVD. Efektyvumas- aukšto ir žemo slėgio oro kompresoriai; GTVD, GTND - aukšto ir žemo slėgio dujų turbinos
Sovietų Sąjungoje yra dujų turbinų jėgainių, kurių GTU tipai yra GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 ir kitų, kurių pradinė dujų temperatūra priešais dujų turbiną yra 700-950 ° C. Leningrado metalų gamykla sukūrė naujos serijos dujų turbinas, kurių galia yra 125-200 MW esant atitinkamai 950, 1100 ir 1250 ° C dujų temperatūrai. Jie gaminami pagal paprastą schemą su atviru veikimo ciklu, vieno veleno, be regeneratoriaus (9.1 lentelė). GT-100-750-2 LMZ dujų turbinų bloko šiluminė schema parodyta Fig. 9.4, a, o elektrinės su tokiomis turbinomis išdėstymas parodytas fig. 9.4, b. Šie GTU eksploatuojami Krasnodaro CHP, S. Klassonas Mosenergo, per didžiausią TPP Inotos mieste, Vengrijos Liaudies Respublikoje ir kt.
9.1 lentelė
| Dujų turbinų rodikliai | |||||
| Dujų turbinų gamykla | Elektros galia, MW | Oro sąnaudos per kompresorių, kg / s | Kompresoriaus suspaudimo laipsnis | Pradinė dujų temperatūra, о С | Elektros efektyvumas,% |
| 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 |
* Turbininis ir dviašis kompresorius; velenas su turbina ir aukšto slėgio kompresoriumi turi padidintą sukimosi greitį.
** Važiuojant gamtinėmis dujomis (skystųjų dujų turbininiu kuru).
 |
Pav. 9.4. Dujų turbinos blokas GT-100-750-2 LMZ:
bet- terminė grandinė: 1-8 - GTU guoliai; / - oras iš atmosferos; II- aušinamas vanduo; III- kuras (gamtinės dujos); / V - išmetamosios dujos; V - garas į paleidimo turbiną (p = 1,2 MPa, t = 235 ° C); GSh- triukšmo duslintuvas; KND - žemo slėgio kompresorius; IN- oro aušintuvai; KVD- aukšto slėgio kompresorius; KSVD - aukšto slėgio degimo kamera; Teatras- aukšto slėgio turbina; KSND -žemo slėgio degimo kamera; TND- žemo slėgio turbina; VP- vidinis guolis; IN- sukėlėjas; PT- paleidimo turbina; Žemės ūkio pramonės kompleksas - anti-banginiai vožtuvai už LPC; b - išdėstymas (skerspjūvis): / - LPC; 2-IN; 3 - KVD; 4 - KSVD; 5 - operacijų teatras; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - kaminas; 10 - anti-banginis vožtuvas (APC); L elektrinis generatorius (G); 12- kranas viršuje; 13- filtrai oro valymui; 14 - triukšmo slopintuvai; 15 - reguliavimo sistemos alyvos siurbliai; 16- šildymo šildytuvai; / 7 - sklendės ant išmetimo kanalų; 18 - alyvos aušintuvai
Skystas dujų turbinų kuras, naudojamas buitinėse dujų turbinų jėgainėse, elektrinėje filtruojamas ir plaunamas, kad būtų pašalintos šarminių metalų druskos. Tada į kurą pridedamas priedas, kuriame yra magnio, kad būtų išvengta vanadžio korozijos. Remiantis eksploatavimo duomenimis, toks kuro paruošimas prisideda prie ilgalaikio dujų turbinų darbo be užteršimo ir srauto kelio korozijos.
ATEP Rostovo skyrius sukūrė standartinę dujų turbinų smailės jėgainės su GTE GTE-150-1100 projektą. Fig. 9.5 rodo pagrindinę tokio dujų turbinos įrenginio, skirto skystųjų dujų turbinos kurui arba gamtinėms dujoms deginti, šiluminę schemą. GTU gaminamas pagal paprastą atvirą grandinę, dujų turbinos ir kompresoriaus rotoriai yra viename gabenamame korpuse, o tai žymiai sumažina montavimo laiką ir darbo sąnaudas. Dujų turbinų agregatai yra įrengti skersai jėgainės turbinų salėje, kurios ilgis 36 ir 24 m blokinis elementas. Išmetamosios dujos išleidžiamos į 120 m aukščio kaminą su trimis metaliniais dujų išmetimo velenais.
Pav. 9.5. Pagrindinė dujų turbinos agregato LMZ GTE-150-1100 šiluminė schema:
VC- pagalbinis kompresorius pneumatiniam kuro purškimui: PT- garo turbina; R- stiprintuvo pavarų dėžė; ED - pagalbinis kompresoriaus variklis GT- dujų turbina; T- skystojo kuro tiekimas, atitinkantis GOST 10743-75 = 42,32 MJ / kg (10 110 kcal / kg) DT- kaminas; Žemės ūkio pramonės kompleksas- anti-banginis vožtuvas
Svarbus dujų turbinų jėgainių bruožas yra jų veikimo priklausomybė nuo išorinio oro parametrų ir visų pirma nuo jo temperatūros. Pagal jo įtaką oro srautas per kompresorių, kompresoriaus ir dujų turbinos vidinių pajėgumų santykis ir dėl to keičiasi dujų turbinos elektros galia ir jos efektyvumas. MPEI atliko daugiakrypčius GTE-150 operacijos skaičiavimus skystųjų dujų turbinos kurui ir Tyumen gamtinėms dujoms, priklausomai nuo lauko oro temperatūros ir slėgio (9.6, 9.7 pav.). Gauti rezultatai patvirtina dujų turbinos bloko šiluminio efektyvumo padidėjimą, padidėjus dujų temperatūrai priešais dujų turbiną ir sumažėjus lauko oro temperatūrai. Temperatūros padidėjimas nuo = 800 ° С iki = = 1100 ° С padidina dujų turbinos elektrinį efektyvumą 3%, esant = -40 ° С, ir 19%, kai = 40 ° С. Lauko oro temperatūros sumažėjimas nuo +40 iki -40 ° С lemia reikšmingą dujų turbinos bloko elektros galios padidėjimą. Skirtingoms pradinėms temperatūroms šis padidėjimas yra 140–160%. Norint apriboti dujų turbinos galios augimą, mažėjant lauko oro temperatūrai, ir atsižvelgiant į elektrinio generatoriaus (nagrinėjamu atveju TGV-200 tipo) perkrovos galimybę, reikia paveikti arba dujos priešais dujų turbiną, sumažindamos degalų sąnaudas (kreivės) 4 pav. 9.6 ir 9.7) arba esant lauko temperatūrai, sumaišant nedidelį kiekį išmetamųjų dujų (2–4%) su kompresoriaus įsiurbtu oru. Pastovus 100–80% apkrovos diapazono oro srautas taip pat gali būti palaikomas uždengiant dujų turbinos kompresoriaus įleidimo kreipiamąją mentę (VNA).
Pav. 9.6. Dujų turbinos bloko elektros galios priklausomybė nuo lauko oro temperatūros:
1- = 1100 ° C; 2- = 950 ° C; 3 - = 800 ° C; 4- =; - dujų turbinų naudojimas naudojant gamtines dujas; dujų turbinos veikimas skystu kuru
Pav. 9.7. Dujų turbinos bloko elektrinio efektyvumo priklausomybė nuo lauko oro temperatūros (žr. Žymėjimus 9.6 pav.)
Elektrinio efektyvumo pokytis link jo mažėjimo ypač reikšmingas esant lauko oro temperatūrai, viršijančiai 5–10 ° C (9.7 pav.). Padidėjus lauko oro temperatūrai nuo +15 iki +40 C, šis efektyvumas sumažėja 13-27%, priklausomai nuo dujų temperatūros priešais dujų turbiną ir deginamų degalų rūšies.
Padidėjus lauko oro temperatūrai, padidėja oro pertekliaus santykis už dujų turbinos ir išmetamųjų dujų temperatūra, o tai prisideda prie dujų turbinos energinio naudingumo pablogėjimo.
Apie straipsnį, kuriame CCGT-450 ciklas aprašytas išsamiai ir paprastais žodžiais. Straipsnis yra tikrai labai lengvai virškinamas. Noriu pakalbėti apie teoriją. Trumpai, bet prie reikalo.
Medžiagą pasiskolinau iš pamokos "Įvadas į šilumos energetiką"... Šios pamokos autoriai - I. Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman. Vadovas siūlomas Ufos valstybinio aviacijos technikos universiteto (Ufos valstybinio aviacijos technikos universiteto) studentams mokytis to paties pavadinimo disciplinos.
Dujų turbinų blokas (GTU) yra šilumos variklis, kuriame cheminė kuro energija pirmiausia paverčiama šiluma, o paskui į mechaninę energiją ant besisukančio veleno.
Paprasčiausias dujų turbinos įrenginys susideda iš kompresoriaus, kuriame suspaustas atmosferos oras, degimo kameros, kurioje šiame ore deginami degalai, ir turbinos, kurioje degimo produktai išsiplečia. Kadangi vidutinė dujų temperatūra išsiplėtimo metu yra žymiai aukštesnė nei oro suspaudimo metu, pasirodo, kad turbinos sukurta galia yra didesnė už kompresoriui sukti reikalingą galią. Jų skirtumas rodo naudingą GTU galią.
Fig. 1 parodyta tokios instaliacijos schema, termodinaminis ciklas ir šilumos balansas. Tokiu būdu veikiančios dujų turbinos procesas (ciklas) vadinamas atviru arba atviru. Darbinis skystis (oras, degimo produktai) yra nuolat atnaujinamas - paimamas iš atmosferos ir išleidžiamas į ją. Dujų turbinų bloko, kaip ir bet kurio šiluminio variklio, efektyvumas yra dujų turbinos bloko naudingosios galios N santykis su šilumos sąnaudomis, gautomis deginant kurą:
η GTU = N GTU / Q T.
Iš energijos balanso daroma išvada, kad N GTU = Q T - ΣQ P, kur isQ P yra visas šilumos kiekis, pašalintas iš GTU ciklo, lygus išorinių nuostolių sumai.
Pagrindinę paprasto ciklo dujų turbinos šilumos nuostolių dalį sudaro nuostoliai su išmetamosiomis dujomis:
ΔQuh ≈ Quh - Qv; ΔQuh - Qw ≈ 65 ... 80%.
Kitų nuostolių dalis yra daug mažesnė:
a) nuostoliai dėl deginimo degimo kameroje ΔQc / Qt ≤ 3%;
b) nuostoliai dėl darbinio skysčio nuotėkio; ΔQt / Qt ≤ 2%;
c) mechaniniai nuostoliai (ekvivalentinė šiluma pašalinama iš ciklo, aušinant guolius alyva) ΔNmech / Qt ≤ 1%;
d) nuostoliai elektros generatoriuje ΔNeg / Qt ≤ 1 ... 2%;
e) šilumos nuostoliai konvekcijos ar radiacijos būdu į aplinką ΔQocr / Qt ≤ 3%
Šiluma, kuri pašalinama iš GTU ciklo su išmetamosiomis dujomis, gali būti iš dalies naudojama ne GTU cikle, ypač garo galios cikle.
Įvairių tipų kombinuoto ciklo elektrinių schemos parodytos Fig. 2.
Apskritai CCGT įrenginio efektyvumas yra:
Čia - Qgtu yra šilumos kiekis, tiekiamas į GTU darbinį skystį;
Qpsu - į katilo garų terpę tiekiamos šilumos kiekis.
Pav. 1. Paprasčiausios dujų turbinos veikimo principas
a - schema: 1 - kompresorius; 2 - degimo kamera; 3 - turbina; 4 - elektros generatorius;
b - GTU termodinaminis ciklas TS diagramoje;
c - energijos balansas.
Paprasčiausiame dvejetainio kombinuoto ciklo įrenginyje pagal schemą, parodytą fig. 2a, visas garas susidaro atliekų šilumos katile: η UPG = 0,6 ... 0,8 (daugiausia priklausomai nuo išmetamųjų dujų temperatūros).
Kai T G = 1400 ... 1500 K η GTU ≈ 0,35, o tada dvejetainio CCGT įrenginio efektyvumas gali siekti 50–55%.
Dujų turbinos turbinos išmetamųjų dujų temperatūra yra aukšta (400–450 ° C), todėl šilumos nuostoliai su išmetamosiomis dujomis yra dideli, o dujų turbinų jėgainių efektyvumas yra 38%, ty praktiškai tai yra toks pat kaip šiuolaikinių garo turbinų jėgainių efektyvumas.
Dujų turbinų agregatai dirba su dujiniu kuru, kuris yra žymiai pigesnis nei mazutas. Šiuolaikinių dujų turbinų elektrinių vieneto galia siekia 250 MW, o tai artima garo turbinų jėgainių galiai. Dujų turbinų blokų pranašumai, palyginti su garo turbinų įrenginiais, yra šie:
- maža aušinamojo vandens paklausa;
- mažesnis svoris ir mažesnės kapitalo sąnaudos vienam galios vienetui;
- galimybė greitai pradėti ir padidinti apkrovą.
Pav. 2. Įvairių kombinuoto ciklo įrenginių schemos:
a - CCGT su panaudojimo tipo garų generatoriumi;
b - CCGT įrenginys su dujų išleidimu į katilo krosnį (SND);
c - CCGT ant garų ir dujų mišinio;
1 - oras iš atmosferos; 2 - kuras; 3 - turbinos išmetamosios dujos; 4 - išmetamosios dujos; 5 - vanduo iš tinklo aušinimui; 6 - aušinimo vandens išleidimo anga; 7 - švieži garai; 8 - pašarų vanduo; 9 - tarpinis garų perkaitinimas; 10 - regeneracinės garų atliekos; 11 - garai, patenkantys į degimo kamerą po turbinos.
K - kompresorius; T - turbina; PT - garo turbina;
GV, GN - aukšto ir žemo slėgio dujiniai vandens šildytuvai;
LDPE, HDPE - regeneraciniai tiekiamo aukšto ir žemo slėgio vandens šildytuvai; NPG, UPG - žemo slėgio garo generatoriai; KS - degimo kamera.
Sujungus garo turbiną ir dujų turbinos bloką su bendru technologiniu ciklu, gaunama kombinuoto ciklo gamykla (CCGT), kurios naudingumo koeficientas yra žymiai didesnis nei atskiro garo turbinos ir dujų turbinos bloko efektyvumas.
Kombinuoto ciklo jėgainės efektyvumas yra 17–20% didesnis nei įprastos garo turbinos jėgainės. Paprasčiausio GTP su išmetamosiomis dujomis šilumos panaudojimo variante kuro šilumos panaudojimo koeficientas siekia 82–85%.