Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности
Рассмотрены современные способы увеличения единичной мощности, энергетической и экологической эффективности конвертируемых авиационных и промышленных газотурбинных двигателей при их использовании в энергетике.------------- Розглянуто сучасні засоби підвищення одиничної потужності, енергетичної та ек...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної енергетики НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3087 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности / В.М. Ковецкий, Ю.Ю. Ковецкая // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 24-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859711151800057856 |
|---|---|
| author | Ковецкий, В.М. Ковецкая, Ю.Ю. |
| author_facet | Ковецкий, В.М. Ковецкая, Ю.Ю. |
| citation_txt | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности / В.М. Ковецкий, Ю.Ю. Ковецкая // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 24-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассмотрены современные способы увеличения единичной мощности, энергетической и экологической эффективности конвертируемых авиационных и промышленных газотурбинных двигателей при их использовании в энергетике.-------------
Розглянуто сучасні засоби підвищення одиничної потужності, енергетичної та екологічної ефективності конвертованих авіаційних і промислових газотурбінних двигунів при їх використанні в енергетиці.--------------
General problems, features and specific differences of the fuel-and-energy balances of European countries and Ukraine are analyzed in the aspect of integrative tendencies in European energy. The economic and math¬ematical model is developed for comparative analysis and optimization of the fuel-and-energy balances of European countries and Ukraine under integration processes in European energy sector.
|
| first_indexed | 2025-12-01T04:55:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
24 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ В ЭНЕРГЕТИКЕ: ДОСТИЖЕНИЯ,
ОСОБЕННОСТИ, ВОЗМОЖНОСТИ
УДК 621.438
В.М. КОВЕЦКИЙ (Институт общей энергетики НАН Украины, Киев), Ю.Ю. КОВЕЦКАЯ
(Институт технической теплофизики НАН Украины, Киев)
Рассмотрены современные способы увеличения единичной мощности, энергетической и экологической эффектив -
ности конвертируемых авиационных и промышленных газотурбинных двигателей при их использовании в энергетике.
Значительный прогресс в газотурбинных дви -
гателях (ГТД) достигнут за счет разработки но -
вых жаропрочных материалов и покрытий, а так -
же способов охлаждения горячих частей двигате-
лей. Основным преимуществом примене ния
конвертируемых авиадвигателей при созда нии
газотурбинных установок является их высо кая
надежность, хорошие эксплуатационные параме-
тры и широкий диапазон рабочих режи мов. При
использовании ГТД в энергетике основное
внимание уделяется рабочему ресурсу. За
последние десять лет в результате развития энер-
гетических ГТД на базе авиадвигателей удалось
значительно улучшить их характерис тики по
всем эксплуатационным параметрам. На рис. 1
показан рост температуры газа перед турбиной в
авиационных и промышленных ГТД.
Современные газотурбинные двигатели в соста-
ве ГТУ имеют КПД 40-45% благодаря большой
степени повышения давления в компрессоре (30 для
энергетических и 40 для авиационных) и высоким
температурам газа перед турбиной (1260°С). При
эксплуатации ГТУ возникает ряд проблем [1]:
– понижение мощности по мере роста темпе -
ратуры наружного воздуха более +15°С;
– короткий срок службы форсунок и лопаток
(в среднем 15 тыс. часов);
– помпаж в компрессоре, возникающий при
высокой степени сжатия из-за отложений на рабо -
чих лопатках;
– чрезмерный износ торцов рабочих лопаток
компрессора из-за малых радиальных зазоров
между корпусом и лопатками;
– уменьшение проектной мощности из-за
увеличения сопротивления на всасе компрессора
по причине установки воздушных фильтров, заг -
ряз нения проточной части компрессора, роста
давле ния на выхлопе газовой турбины при
подключении котла-утилизатора;
– повышение рабочих температур перед газо-
вой турбиной приводит к появлению харак терных
дефектов на кромках и в основании нап рав ляю щих
лопаток, а также к повышению окси дов азота в
выхлопных газах.
Повышение температуры газа перед направ -
ляющими лопатками турбины требует совер -
шенст вования схемы их охлаждения и увеличения
жаропрочности применяемых сплавов. На первых
ступенях турбины применяется комплексная
многолучевая петлевая охлаждающая система.
Для охлаждения используется отобранный от
компрессора и охлажденный сжатый воздух или
пар котла-утилизатора.
Более прочные монокристаллические мате -
риа лы сочетаются с устойчивым к окислению
термо барьерным покрытием. Эти покрытия
снижают температуру лопатки на 110°С. Моно -
кри сталли ческие лопатки обладают такими же
прочност ны ми свойствами при температуре на
55°С более высокой, чем равноосные, и на 30°С –
чем лопатки с направленной кристаллизацией.
Мате риалы, по лу ченные методом направленной
кристаллиза ции, применяются в лопатках второй
и последую щих ступеней с целью увеличения
срока службы турбины.
Все современные ГТД имеют сухие мало -
эмиссионные камеры сгорания (КС). На рис. 2
показана динамика снижения эмиссии оксидов
азота за последние 30 лет. Вновь разрабатываемые
ГТУ рассчитываются на уровни эмиссии NOx ниже
9 ppm (18 мг/нм3). Впрыск пара был основным
способом снижения NOx в 90-х годах прошлого
века, когда «сухой» метод и каталитическая очист-
ка дымовых газов находились на стадии разработ-
ки. Сегодня каталитические преобразова тели
получили широ кое распространение, хотя стои-
мость их очень высока. Сухая малоэмис сионная
КС требует точной настройки и контроля для обес-
Рис. 1. Изменение температуры газа перед турбиной
печения стабильной работы с низким уровнем
эмиссии NOx во всем диапазоне рабочих режимов.
Основные особенности такой КС – предваритель-
ное смешение топлива и воздуха до поступления в
камеру сгорания и обеднение смеси для снижения
температуры горения и уровня эмиссии NOx. Для
управления первичным и вторичным потоком
воздуха в КС используются сложные топливные
форсунки.
Одновременно с решением указанных проблем
продолжается усовершенствование конструкций
ГТД и усложнение термодинамического цикла. В
усовершенствовании конструкций лидируют
разра ботчики авиадвигателей в связи с необхо -
димостью выполнения жестких требований мини -
маль ного веса, наибольшей экономичности,
мощнос ти, маневренности и надежности. Конвер -
сия их в энергетику распространяется на электро -
генерирующие установки мощностью до 50 МВт.
Переход на энергетические ГТУ требует приме -
нения силовой турбины с частотой вращения 3000
об/мин без промежуточных редукторов; оптими -
зации эксплуатационных расходов; обеспечения
приемлемого (не более трех лет) срока окупа -
емости капитальных затрат и срока службы (в
базовом режиме – 100 тыс. ч, пиковом – 5 тыс. ч).
Конвертирование авиационных ГТД
в энергетические для ГТУ малой мощности
Возможны простые и сложные термоди -
намические схемы использования ГТД в качестве
приводов электрогенераторов. Простая термоди -
на мическая схема ГТУ включает: многоступен -
чатый воздушный радиальный компрессор; камеру
сгорания; многоступенчатую газовую турбину;
электрогенератор.
При конверсии авиационного двигателя ПС-
90ЭУ-16А в энергетическую ГТУ-16ПА (Перм-
ский моторостроительный комплекс) была прове -
дена оптимизация по мощности, КПД, конструк -
ции и стоимости. Технические характеристики
ГТУ-16 ПА приведены в табл. 1.
В результате мощность увеличилась до
16,8 МВт, КПД – до 36,6% [2]. Максимальный
КПД простого цикла в конверсионных ГТУ
может достигать 42,8% в классе мощности 40-50
МВт. Например, ГТУ с LM6000 (GE Energy)
мощностью 43 МВт имеет КПД 41,3%.
Недостатками простой схемы ГТУ явля-
ются:
– чувствительность термодинамического
КПД ГТД к снижению номинальной мощности
(3-4% (абс) при снижении мощности от 100 до
70% Nном);
– увеличение расхода топлива при пуске
и работе на малых нагрузках из-за низкого
КПД.
Чувствительность термодинамического КПД
связана как с конструкцией ГТУ, так и со спосо-
бом изменения мощности агрегата. Располо-
жение на одном валопроводе газовой турбины
воздушного компрессора и электро генератора
при постоянном числе оборотов не позволяет
изменять расход воздуха, подаваемого в камеры
сгорания. Уменьшение мощности установки
осуществляется за счет уменьшения расхода
топлива, что при постоянном расходе воз духа,
подаваемого в камеры сгорания, приво дит к
уменьшению температуры рабочей среды перед
газовой турбиной из-за увеличения избытка
воздуха и к одновременному снижению КПД.
Для уменьшения влияния этих недостат ков в
простой схеме ГТУ выполнено разделение ГТД
на два блока – газогенераторный и силовой.
Примером такой схемы является энергетическая
Газотурбінні двигуни в енергетиці: досягнення, особливості, можливості
Ковецький В.М., Ковецька Ю.Ю. 25
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
Рис. 2. Снижение выбросов оксидов азота в ppm
Наименование параметров 16 ПА GT10C
Электрическая мощность, МВт 16,8 29,06
КПД, % 36,6 36
Номинальная частота вращения
ротора газогенератора, об/мин
3000 9600
Номинальная частота вращения
силовой турбины, об/мин
3000 6500
Степень повышения давления в
компрессоре
19,9 18
Температура газов на входе в
турбину, оС
1221 1180
Температура газа на выходе из
турбины, оС
478 538
Расход рабочего тела через
двигатель, кг/с
56,4 91,0
Эмиссия NOx , ppm 50 15-19
Таблица 1
газовая турбина ГT–10C (Siemens Inductrial),
представленная на рис. 3.
На рис. 3: КС – камера сгорания; П – подшип -
ник; ТВД – турбина высокого давления; СТ – си -
ло вая турбина, ЭГ – электрогенератор. Газогене -
ра торный блок включает воздушный компрессор,
малоэмиссионную кольцевую камеру сгорания и
приводную (связанную только с компрессором)
двухступенчатую газовую турбину с системой ох -
лаж дения элементов проточной части. Осевой
один надцатиступенчатый компрессор имеет две
транс звуковые ступени с регулирующими нап -
рав ляющими аппаратами на входе. После второй
и шестой ступеней компрессора предусмотрены
сброс и отбор воздуха через клапаны, откры -
вающиеся во время пуска и при работе на малой
нагрузке, а также при резком изменении нагруз -
ки, для предотвращения помпажа.
Такая схема газогенераторного блока позво -
ляет: оптимизировать максимальную скорость
вращения воздушного компрессора для достиже -
ния наибольшего КПД; изменять производитель -
ность воздушного компрессора как путем измене -
ния положения направляющих лопаток регули -
рую щего аппарата на входе, так и путем изменения
числа его оборотов. При этом обеспечивается
расчетный избыток воздуха в камерах сгорания в
зависимости от требуемой мощности ГТД, следо -
ва тельно, и требуемое количество и температура
газов перед силовой газовой турбиной.
Силовой блок включает свободную (связан -
ную только с электрогенератором) двухсту -
пенчатую осевую газовую турбину с воздушной
системой охлаждения проточной части и элек -
тро генератор. Силовой и газогенераторный
бло ки связаны вы соко температурным газохо-
дом. Передача крутя щего момента от силовой
турби ны к электрогене ратору осуществляется
через редуктор с переда точ ным числом 4,33.
Для запуска газогенератора используется
электро привод с частотным регули рованием
числа оборотов мощностью 200 кВт. Основные
технические характеристики GT10C приведены
в табл. 1 [3].
Усложнение простой схемы вызвано стрем -
лением увеличить КПД ГТУ за счет регене ра -
тивного подогрева сжатого воздуха после комп -
рес сора перед подачей в кольцевые камеры сго -
рания, используя тепло выхлопных газов газовой
турбины. В результате этого температура сжато-
го воздуха повышается, уменьшая соответствен-
но расход топлива.
При использовании авиационных ГТД в элек -
трогенерирующих установках эта термо ди на ми -
ческая схема не нашла применения из-за высо кого
давления воздуха за компрессором (πк до 40) и
необходимости развития поверхности тепло обме -
на регенератора по воздуху, что приводит к рос ту
металлоемкости, габаритов и стоимости ГТУ.
В двухвальных ГТУ можно осуществить более
глубокое охлаждение уходящих газов, разместив
газовоздушный регенератор между ГТД высокого
и низкого давлений. Это позволяет повысить КПД
ГТУ на 2-3% (абс). Кроме того, благодаря сни -
жению давления уходящих газов и нагреваемого
воздуха возможно сокращение площади теплооб -
менных поверхностей, размеров и металлоемкости
регенератора.
Примером сложного газовоздушного термо -
ди на мического цикла, состоящего из двух прос -
тых циклов, является проект ГТУ-27ПС ОАО
«Авиадвигатель» [4]. Во внутреннем (основном)
контуре осуществляется простой термоди нами -
ческий цикл с камерой сгорания, в наружном
(утилизационном) контуре используется сброс -
ное тепло основного контура в газовоздушном
рекуператоре для работы утилизационной газо -
вой турбины низкого давления. Конструк тивно
схема может быть выполнена в двух вари ан тах:
двухвальная и одновальная (рис. 4). Основное
преимущество двухвальной конструкции –
возможность использования серий ных газотур -
бинных двигателей для основного цикла.
Недостатком является необходимость создания
утилизационной ГТУ с регенера тив ным воздухо -
подогревателем и самостоятель ны ми системами
запуска и управления. Макси мальная компакт -
ность установки и минимальное количество
систем обеспечения достигается при одноваль -
ной конструкции.
Использование компрессора низкого давле -
ния в утилизационном контуре (πк = 2,5-4) позво -
ляет обеспечить минимальную металлоем кость
регенеративного подогревателя. Низкая тем пе ра -
ту ра газа перед рекуператором (480оС) позволяет
26 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
Рис. 3. Тепловая схема ГТ-10С
использовать дешевые жаропрочные стали, одна -
ко требует развития поверхности тепло обмена по
нагреваемому воздуху. КПД ГТУ-27ПС дости -
гает 43,1% при номинальной мощности 27 МВт.
На рис. 4: 1, 2 – компрессор низкого, высоко-
го давления; 3 – камера сгорания; 4, 5 – турбина
высокого, низкого давления; 6 – основная сило -
вая (газовая) турбина; 7 – дополнительная (воз -
душ ная) силовая турбина; 8 – генератор; 9 –
рекуператор.
В результате, сложный бинарный газовоз -
душный термодинамический цикл, реализован -
ный в ГТУ-27ПС, экономичнее простого для
энергетических установок. Основные техничес-
кие характеристики ГТУ-27ПС представлены в
табл. 2.
Энергетические ГТД для ГТУ средней
и большой мощности
В настоящее время на вновь сооружаемых
газомазутных энергетических ТЭЦ и ТЭС вместо
паровых котлов до- и сверхкритических парамет -
ров пара считается целесообразным устанавли -
вать парогазовые установки, комп лектуе мые
энергетическими ГТД средней и большой элек-
трической мощности. Использование их в соста-
ве утилизационных ПГУ позволяет наибо лее
рационально сжигать дорогой природный газ
и/или специально очищенное от соединений
ванадия и серы жидкое топливо.
Наибольшего успеха в области изготовления
энергетических ГТУ средней и большой мощнос -
ти достигли машиностроительные фирмы:
Siemens Westinghouse (до 286 МВт), Mitsubishi
(до 334 МВт), Japan Gas Turbines (до 265 МВт),
Hitachi (до 243 МВт), GE Energy (до 255 МВт),
Alstom Power (до 265 МВт), ABB (до 240 МВт),
ОАО «Турбоатом» (до 135 МВт), ЛМЗ (до 178
МВт), НПО «Сатурн» (до 114 МВт), «Зоря»-
«Машпроект» (до 114 МВт) [5]. Фирма
«Машпроект» (Украина) разработала проект
ГТУ-110, мощностью 114 МВт, однако по ряду
причин изготавливаются эти ГТУ на НПО
«Сатурн» (Россия). Опытные испытания второго
образца ГТУ-110 проходят в настоящее время на
Ивановской ТЭС (Россия).
Газотурбинный двигатель ГТД-110 одно -
вальный, выполнен по простой термодинами -
ческой схеме. В состав двигателя входят: комп -
рессор, камера сгорания, турбина. Воздушный
компрессор пятнадцатиступенчатый, камера
сгорания трубчато-кольцевая. В кольцевом
прос т ранстве, образованном кожухом КС и кор -
пусом компрессора, расположены 20 жаровых
труб. С целью снижения выбросов NOx камера
сгорания выполнена двухзонной. Нормативный
срок службы – 100 тыс. ч непрерывной работы.
Газотурбінні двигуни в енергетиці: досягнення, особливості, можливості
Ковецький В.М., Ковецька Ю.Ю. 27
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
Рис. 4. Конструктивные схемы ГТУ-27ПС
бинарного цикла: а – двухвальная; б – одновальная
Наименование параметров
Электрическая мощность, МВт 27
КПД, % 43,1
Температура газа перед турбиной основного
контура, °С
1272
Суммарная степень сжатия 26
Температура газа перед рекуператором, °С 480
Температура газа на выхлопе
(за рекуператором), °С
213
Температура воздуха за рекуператором, °С 291
Расход газа на выхлопе (внутренний
контур), кг/с
74,5
Расход воздуха на выхлопе (2-й контур), кг/с 66,0
Частота вращения силовой турбины,
об/мин:
энергетический привод (привод
электрогенератора)
механический привод (привод компрессора)
3000
5000
Таблица 2
Основные технические данные ГТД-110 приве -
дены в табл. 3.
ГТД V94.2 фирмы Siemens по конструктивной
и термодинамической схемам аналогичен ГТД-
110. Его технические характеристики приведены в
табл. 3 [6]. Шестнадцатиступенчатый воздушный
компрессор имеет поворотный входной направ -
ляющий аппарат (ВНА), обеспечивающий его
устойчивую работу при пуске и малых нагрузках.
Особенностью V94.2 являются две выносные
вертикальные камеры сгорания с восемью ком -
бини рованными горелками в каждой. Работа каме -
ры сгорания рассчитана на сжигание природного
газа и жидкого топлива. До нагрузки 90 МВт
горелки камеры сгорания работают в диффу -
зионном режиме, далее осуществляется переход на
смесительный режим с впрыском пара, обеспе -
чивая концентрацию NOx на выхлопе 20 ppm.
Направляющие и рабочие лопатки первой и вто -
рой ступеней четырехступенчатой турбины охлаж -
даются воздухом, отбираемым из проточной части
компрессора. Через 33 тыс. часов эксплуатации эти
лопатки требуют замены, которая осуществляется
на заводах фирмы Siemens.
ГТУ с ГТД V94.3A по КПД (39,5%) прибли -
жается к газомазутным энергоблокам со сверх -
крити ческими параметрами пара (40%). Техни -
чес кие данные V94.3A приведены в табл. 3.
Повышение экономичности ГТД достигнуто пу -
тем совершенствования проточной части комп -
рессора, камер сгорания, системы охлаждения
лопаток турбины. В компрессоре входной напра-
вляющий аппарат выполнен поворотным.
Камеры лопатки и про точной части компрессора
оптимизи рованы с учетом трехмерности течения
в различных отсеках. Это позволило создать пят -
над цатиступенчатый компрессор. Основным
отличием этого газотурбинного двигателя от
V94.2 является замена двух выносных камер
сгорания кольцевой, расположенной внутри
корпуса двигателя.
Применение компактной кольцевой камеры
сгорания создает равномерное поле температур
перед входом в газовую турбину. Такая конструк-
ция КС позволила уменьшить поверх ности,
требующие охлаждения, и потребность воздуха
для этого. В результате увеличилось количество
воздуха, которое можно использовать для горе-
ния. С помощью новых горелок осущест вляется
низкотемпературное сжигание пред варительно
подготовленной смеси природного газа или
жидкого топлива с воздухом, избыток которого
близок к двум. Выбросы NOx состав ляют не
более 25 ppm на природном газе и около 70 ppm
на жидком топливе без впрыска в камеру сгора-
ния воды или пара.
В четырехступенчатой турбине сопловые ло -
патки всех и рабочие лопатки первых трех ступе -
ней охлаждаются изнутри воздухом. Воздух на
охлаждение входной части направляющих лопаток
первой ступени поступает после компрессора с
температурой 400°С без охлаждения. Рабочие
лопатки первой и второй ступеней турбины вы -
пол нены монокристаллическими, третьей и
четвертой – равноосным литьем. Направляющие
лопатки первой ступени защищены термобарь -
ерным покрытием толщиной 0,25 мм. Расчетный
срок службы этих лопаток до возобновления
покрытий составляет не менее 25 тыс. часов.
Кроме V94.3A фирма Siemens в этой серии
выпускает V64.3A мощностью 68 МВт, КПД 35,1%,
и V84.3A мощностью 198 МВт, КПД 38%.
Фирма Siemens Westinghouse выпускает
газотурбинные двигатели серии F и G. ГТУ
W501G мощностью 267,5 МВт с КПД 39,2%
выполнена одновальной по простой термодина -
ми ческой схеме. Технические характеристики
ГТУ приведены в табл. 3. Cемнадцатиступен -
чатый воздушный компрессор имеет трансзву -
ковую первую ступень и поворотный входной
направляющий аппарат. После шестой и один -
над цатой ступеней организованы антипом -
28 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
Параметры ГТД-110 V94.2 V94.3 V94.3A W501G GT 26
Мощность эл., МВт 110 168 200 286 267,5 265
КПД, % 36,0 34,7 35,7 39,5 39,2 38,2
Температура газов
на входе/выходе,
о
С
1210/517 1060/537 1120/534 1310/577 1500/613 1235/640
Степень повышения давления 14,7 11,7 15,6 17,9 19,9 30
Расход газа на выходе ГТД, кг/с 362 531 605 689 582 561,6
Эмиссия NOx, ppm 25 20 25 25 25 25
Частота вращения вала, об/мин 3000 3000 3000 3000 3600 3000
Таблица 3
пажные сбросы воздуха. На выходе из проточ -
ной части компрессора установлены два ряда
лопаток, спрямляющих газовый поток.
Газотурбинная установка рассчитана для рабо-
ты на природном газе и легком жидком топ ливе, но
должна сжигать также низкокаллорийный газ,
полученный при газификации углей. Топливо
сжигается в малотоксичной блочно-кольцевой
камере сгорания с шестнадцатью противоточными
жаровыми трубами. Горение осуществляется в три
фазы параллельно-ступенчато с переобогащенной
топливовоздушной смесью в первой и переобед -
нен ной в заключительной ступени.
Особенностью W501G является применение
парового охлаждения горячих газоподводящих
пат рубков, соединяющих жаровые трубы камер
сгорания с соплами турбины. Для охлаждения
используется 18,2 т/ч пара низкого давления. Это
позволяет на 10-20% уменьшить количество возду-
ха, направляемого после компрессора на ох лаж -
дение камер сгорания и газоподводящих пат -
рубков. На природном газе значения выбросов
NOx равных 25 ppm обеспечивается без ввода пара
или воды. На легком жидком топливе для сниже -
ния выбросов NOx до 42 ppm впрыскивается вода.
Турбина ГТД выполнена с четырьмя реактив -
ными ступенями. Лопатки первых трех ступеней
охлаждаются воздухом. Сопловые и рабочие
лопатки первой и второй ступеней отлиты с
направленной кристаллизацией и защищены
термобарьерными покрытиями. ГТУ рассчитана на
длительные сроки службы и межремонтные пе -
риод ы. Время между инспекциями камер сгорания
составляет 8 тыс. ч, или 440 пусков; инспекциями
турбины – 24 тыс. ч, или 1200 пусков; капи таль -
ными ремонтами – 48 тыс. ч, или 2400 пусков.
Фирмой АВВ разработан газотурбинный
двигатель GT 26 мощностью 265 МВт, КПД 38,2%.
Его технические характеристики приведены в
табл. 3 [7]. Двигатель выполнен одновальным, по
термодинамическому циклу с промежуточным
подводом тепла при расширении. Сжатый в 22-
ступенчатом компрессоре воздух поступает в
основную камеру сгорания, в которой сжигается
две трети топлива. Продукты сгорания с темпера -
турой 1235°С расширяются в одноступенчатой
турбине высокого давления и поступают в камеру
повторного подогрева, куда подается оставшаяся
треть топлива. После нее продукты сгорания
расширяются в четырехступенчатой турбине
низкого давления. Лопатки четырех первых ступе-
ней турбины охлаждаются воздухом. Все лопатки
литые.
Обе камеры сгорания выполнены коль -
цевыми. Основная камера оснащена конусными
горелками предварительного смешения. В камере
повторного подогрева используются не обра -
зующие NOx горелки с вихревой стаби ли зацией
факела. Разделение горения на две стадии и
использование в обеих камерах сгорания горелок
предварительного смешения, работающих на
обедненной топливовоздушной смеси, приводит
к снижению температуры пламени и образования
NOx. В камере повторного подогрева практичес -
ки не образуется NOx. В результате концентра-
ция NOx при работе на природном газе составит
25 ppm, на легком жидком топливе (с впрыском
воды) 42 ppm.
Фирма АВВ выпускает также GT8С мощ -
ностью 52,8 МВт, КПД 34,4%, и GT13Е2 мощно-
стью 165 МВт, КПД 35,7%.
ГТУ средней и большой мощности предназна -
чены для использования в парогазотурбинных
установках утилизационного типа с котлами-
утилизаторами двух, трех давлений пара для дос -
тижения максимально эффективного сжигания
органического топлива.
ГТД газотурбинных надстроек
водогрейных котлов
Наряду с воздушной регенерацией для утили-
зации теплоты уходящих газов из газовой турби-
ны может также применяться водяной или паро-
вой теплоноситель. Использование ГТД малой
мощности (0,45-2,5 МВт) с низким КПД (23,8-
28,5%) со сбросом выхлопных газов в водогрей-
ный котел считается нерациональным из-за необ-
ходимости отслеживания годового графика
тепловых нагрузок на отопление, венти ляцию,
горячее водоснабжение с изменением температу-
ры сетевой воды от 70 до 150оС в зависимости от
сезона. При этом необходимо уменьшать количе-
ство тепла, сбрасываемого ГТД в водогрейный
котел, что ведет как к умень шению мощности
ГТД, так и к значитель ному ухудшению его КПД
и пережогу топлива. Кроме того, газотурбинная
надстройка водогрейных котлов связана с труд-
ностями, возни кающими при реконструкции
отопи тельных котельных:
– размещением на существующей промпло -
щадке дополнительных сооружений: ГТУ с
воздухозаборным сооружением и выхлопным
горячим газоходом, дожимных газовых комп -
рессоров, блока резервного дизельного топлива с
топливной насосной, электрической подстанции
и линии электропередачи;
Газотурбінні двигуни в енергетиці: досягнення, особливості, можливості
Ковецький В.М., Ковецька Ю.Ю. 29
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
– необходимостью учитывать прочность
обмуровки и ограждающих конструкций топок
водогрейных котлов и возрастание давления в
них из-за увеличения в 2-7 раз расхода дымовых
газов;
– необходимостью установки дополнитель -
ной дымовой трубы на выхлопе ГТУ для возмож-
ности пуска без водогрейного котла;
– уменьшением шума от ГТУ (90-150 ДБА)
до 85 ДБА на расстоянии 1 м от оборудования и
до 50 ДБА – для населения.
Перевод водогрейных котлов типа ПТВМ,
работающих с естественной тягой, на работу по
«сбросной» схеме невозможен в связи с недопу-
стимым повышением давления в топке котла.
Перевод водогрейных котлов типов КВГМ и
ПТВМ, работающих с принудительной тягой,
на работу по сбросной схеме возможен. Для
этого требуется: реконструкция горе лоч ных
устройств для работы на уходящих газах ГТ и
на холодном воздухе в автономном режи ме;
подключение горячих газоходов большого
диаметра.
Перспективы использования ГТД
В настоящее время наиболее полно свои
технические и термодинамические возможности
газотурбинные двигатели реализуют в энерге ти -
ческих парогазовых установках (ПГУ). В слож -
ном совмещенном термодинамическом цикле
Брай тона – Ренкина наиболее эффективно (с
наи боль шим КПД) энергетически ис поль зуются
возмож ности высокотемпературного под вода
тепловой энергии к рабочей среде (газовая часть
цикла) и низкотемпературный его отвод в паро-
вой части при конденсации водяного пара. Такие
энерге тические установки при оптими зации
параметров обеих частей термо ди нами ческого
цикла в конденсационном режиме рабо ты при
номи нальной мощности могут иметь КПД более
60%, что недостижимо в отдельности ни газо -
турбинной, ни паротурбинной установками. Как
показали исследования [8], парогазовые установ -
ки наиболее гибко и эффективно реализуют свои
маневренные возможности в полупиковой части
графиков электрических нагрузок, а газотурбин-
ные уста новки – в пиковой их части.
30 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • 17/2008www.ienergy.kiev.ua
СИС ТЕМ НІ ДОС ЛІД ЖЕН НЯ ТА КОМ ПЛЕК СНІ ПРОБ ЛЕ МИ ЕНЕР ГЕ ТИ КИ
1. Мехерван Д., Бойс П. Эксплуатационная готовность и надежность современных промышленных газотурбинных двига-
телей // Газотурбинные технологии. – 2005. – № 2. – С. 2-9.
2. Сулимов Д.Д., Сычев В.К., Белканов В.А. Новая газотурбинная установка ОАО «Авиадвигатель» для электроэнергети-
ки // Газотурбинные технологии. – 2005. – № 4. – С. 36–38.
3. Голубчинский В.А., Белошицкий М.В. ПГУ-ТЭС решит энергетические проблемы Сочи // Газотурбинные технологии.
2005. – № 1. – С. 2–7.
4. Иноземцев А.А., Сулимов Д.Д., Пожаринский А.А., Тороптич С.В. ГТУ-27ПС – перспективный газотурбинный привод
сложного цикла // Газотурбинные технологии. – 2005. – № 3. – С. 2–7.
5. Ольховский Г.Г. Газовые турбины для энергетики // Теплоэнергетика. – 2004. – № 1. – С. 33–43.
6. Костюк Р., Блинов А., Крыкин И. Опыт эксплуатации ГТУ V94.2 на Северо-Западной ТЭЦ // Газотурбинные техноло-
гии. – 2003. – № 4. – С. 8–12.
7. Farmer R. Reheat GTs boost 250 and 365-MW combined Cycle efficiency to 58% // Gas Turbine World. – 1993. – № 5. – P. 18–23.
8. Ковецкий В.М., Ковецкая М.М. Оценка маневренных возможностей энергогенерирующих установок для обеспечения
качества электроэнергии // Проблеми загальної енергетики. – 2007 . – № 16. – С. 47–53.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3087 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-8965 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T04:55:06Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут загальної енергетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковецкий, В.М. Ковецкая, Ю.Ю. 2009-06-22T16:01:22Z 2009-06-22T16:01:22Z 2008 Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности / В.М. Ковецкий, Ю.Ю. Ковецкая // Пробл. заг. енергетики. — 2008. — № 17. — С. 24-30. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1562-8965 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3087 621.438 Рассмотрены современные способы увеличения единичной мощности, энергетической и экологической эффективности конвертируемых авиационных и промышленных газотурбинных двигателей при их использовании в энергетике.------------- Розглянуто сучасні засоби підвищення одиничної потужності, енергетичної та екологічної ефективності конвертованих авіаційних і промислових газотурбінних двигунів при їх використанні в енергетиці.-------------- General problems, features and specific differences of the fuel-and-energy balances of European countries and Ukraine are analyzed in the aspect of integrative tendencies in European energy. The economic and math¬ematical model is developed for comparative analysis and optimization of the fuel-and-energy balances of European countries and Ukraine under integration processes in European energy sector. ru Інститут загальної енергетики НАН України Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности Газотурбінні двигуни в енергетиці: досягнення, особливості, можливості Gas-turbine engines in power engineering: achievements, features and possibilities Article published earlier |
| spellingShingle | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности Ковецкий, В.М. Ковецкая, Ю.Ю. Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики |
| title | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| title_alt | Газотурбінні двигуни в енергетиці: досягнення, особливості, можливості Gas-turbine engines in power engineering: achievements, features and possibilities |
| title_full | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| title_fullStr | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| title_full_unstemmed | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| title_short | Газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| title_sort | газотурбинные двигатели в энергетике: достижения, особенности, возможности |
| topic | Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики |
| topic_facet | Системні дослідження та комплексні проблеми энергетики |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3087 |
| work_keys_str_mv | AT koveckiivm gazoturbinnyedvigatelivénergetikedostiženiâosobennostivozmožnosti AT koveckaâûû gazoturbinnyedvigatelivénergetikedostiženiâosobennostivozmožnosti AT koveckiivm gazoturbínnídvigunivenergeticídosâgnennâosoblivostímožlivostí AT koveckaâûû gazoturbínnídvigunivenergeticídosâgnennâosoblivostímožlivostí AT koveckiivm gasturbineenginesinpowerengineeringachievementsfeaturesandpossibilities AT koveckaâûû gasturbineenginesinpowerengineeringachievementsfeaturesandpossibilities |