CC BY
16
УДК 621.438
Хакимуллин Б.Р. студент
кафедра ПТЭ, институт теплоэнергетики
Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В статье рассматриваются основные виды наземных газотурбинных двигателей и области их применения.
Ключевые слова: стационарный газотурбинный двигатель, микротурбина, когенерационная установка.
Hakimullin B.R.
Zainullin R.R.
SCOPES OF LAND GAS TURBINE ENGINES
In article principal views of land gas turbine engines and area of their application are considered.
Keywords: stationary gas turbine engine, microturbine, cogeneration unit.
Параллельно с развитием авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) началось применение ГТД в промышленности и на транспорте. B 1939 г. швейцарская фирма A.G. Brown Bonery ввела в эксплуатацию первую электростанцию с газотурбинным приводом мощностью 4 МВт и КПД 17,4%. В 1941 г. вступил в строй первый железнодорожный газотурбовоз, оборудованный ГТД мощностью 1620 кВт разработки этой же фирмы. С конца 1940-х гг. ГТД начинают применяться для привода морских судовых движителей, а с конца 1950-х гг. - в составе газоперекачивающих агрегатов на магистральных газопроводах для привода нагнетателей [1].
Наземные ГТД различного назначения и класса мощности можно разделить на три основных технологических типа: стационарные ГТД; ГТД, конвертированные из авиадвигателей (авиапроизводные); микротурбины.
Стационарные ГТД разрабатываются и производятся на предприятиях энергомашиностроительного комплекса согласно требованиям, предъявляемым к энергетическому оборудованию: высокий ресурс (не менее 100 000 час) и срок службы (не менее 25 лет); высокая надежность; ремонтопригодность в условиях эксплуатации; умеренная стоимость применяемых конструкционных материалов и горюче-смазочных материалов для снижения стоимости производства и эксплуатации.
При конвертации базового авиационного двигателя в наземный ГТД в случае необходимости заменяются материалы некоторых деталей холодной и горячей частей, наиболее подверженных коррозии. Так, например, магниевые сплавы заменяются на алюминиевые или стальные, в горячей
части применяются более жаростойкие сплавы с повышенным содержанием хрома. Камера сгорания и система топливопитания модифицируются для работы на газообразном топливе или под многотопливный вариант. Дорабатываются узлы, системы двигателя (запуска, автоматического управления, противопожарная, маслосистема и др.) и обвязка для обеспечения работы в наземных условиях [2].
Особенности микротурбин обусловлены их исключительно малой размерностью и областью применения. Микротурбины используются в малой энергетике в составе компактных когенерационных установок как автономные источники электрической и тепловой энергии. Микротурбины имеют максимально простую конструкцию - одновальная схема и минимальное количество деталей. КПД микротурбин в простом цикле составляет 14-18%.
Области применения газотурбинных двигателей практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования. Положительным моментом использования ГТД в муниципальных образованиях является то, что содержание вредных выбросов в выхлопных газах NOх и СО находится на уровне 25 и 150 ррт соответственно позволяет устанавливать данное оборудование в черте города в жилом районе. Отдельное внимание стоит уделить возможности надстройки существующих котельных газотурбинными установками, что позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд и снизить удельный расход топлива. Применение ГТД в Мини-ТЭС экономически оправдано в комплексе с утилизационными контурами. Это обусловлено достаточно низким электрическим КПД газовой турбины 22-37%. При этом соотношение вырабатываемой электрической энергии и тепловой составляет 1:1,5; 2,5. В зависимости от потребностей ГТД комплектуется паровыми или водогрейными котлами-утилизаторами, что позволяет получать либо пар (низкого, среднего, высокого давления) для технологических нужд, либо горячую воду с температурой выше 140°С. Выработанное тепло может быть использовано для производства холодной воды. В этом случае, как потребителя тепловой нагрузки, подключают абсорбционную холодильную машину (тригенерация). В составе комплексной выработки энергии общий КПД станции возрастает до 90%. Максимальная эффективность использования ГТД обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой. В диапазоне мощностей порядка 10 МВт существует возможность использования комбинированного цикла газовых и паровых турбин. Это позволяет существенно повысить эффективность использования станции, увеличивая КПД до 47% [3].
ГТД предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Строительство таких
электростанций в отдаленных (особенно северных) районах позволяет получить значительную экономию средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а для центральных районов - повысить надежность электрического, теплового снабжения как отдельных предприятий или организаций, так и территорий в целом.
За основу строительства электростанций ГТД взята концепция блочно-модульного построения. Электростанции состоят из максимально унифицированных отсеков и модулей, что позволяет в сжатые сроки создавать новые модификации агрегатов, а также совершенствовать, модернизировать устаревшие объекты с минимальными затратами.
Блочно-модульное исполнение обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Они монтируются с применением универсальных грузоподъемных монтажных средств. Размеры блоков не превышают транспортные железнодорожные габариты.
Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, поставляемого вместе с комплектом оборудования энергоблока [4].
В настоящее время основными производителями газотурбинной техники в мире являются четыре крупнейшие компании - General Electric, Pratt & Whitney, Rolls-Royce и Safran Group. На их долю приходится до 95% выпускаемой продукции. Все отечественное производство по совокупному объему как минимум в два раза меньше, чем объем производства самого скромного из лидеров мирового рынка при значительно большем количестве работающих. Разработки отечественных базовых двигателей 5-го поколения отстают от зарубежных на целых 20 лет. Если в России все находится на начальном этапе, то за рубежом такие двигатели уже в серийном производстве.
Использованные источники:
1.Общие сведения о газотурбинных двигателях. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://refleader.ru/polpolrnajge.html.
2.Иноземцев А.А., Нихамкин М.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы. М.: Машиностроение, 2008. - 208 с.
3.Гафуров А.М. Возможности повышения экономической эффективности газотурбинных двигателей типа АЛ-31СТ. // Энергетика Татарстана. - 2014. -№ 1 (33). - С. 17-20.
4.Гафуров А.М., Осипов Б.М., Титов А.В., Гафуров Н.М. Программная среда для проведения энергоаудита газотурбинных установок. // Энергетика Татарстана. - 2015. - № 3 (39). - С. 20-25.
