В настоящий период времени топливно-энергетический комплекс пе-реживает кризисное состояние. Это связано с общим кризисом, охватившим все сферы экономики. Основное проявление кризиса в энергетике заключается в нарушении снабжения отдельных регионов топливом, электрической и тепловой энергией. Главной причиной этого является устойчивая, начиная с 1990 года, тенденция снижения объемов добычи нефти и угля, а также наметившаяся тенденция снижения объемов добычи природного газа. По сравнению с 1991 годом, к настоящему времени добыча нефти упала с 511,71 млн. т до 250 млн. т. Добыча природного газа за этот же период снизилась на 10-15 % /45/.
В энергетике положение усугубляется тем, что сокращение объемов про-мышленного производства на 50-60% по сравнению 1991 годом не сопровождалось адекватным снижением объемов потребления электрической и тепловой энергии. Сложилась ситуация, когда в условиях наличия большого резерва электрической мощности в региональных энергосистемах, невозможно его использовать вследствие падения потребления технологического пара. В результате противодавленческие турбоагрегаты фактически простаивают, а турбины типа ПТ являются незагруженными. Кроме того, в новых экономических условиях перехода к социально-ориентированным рыночным отношениям, высоком уровне инфляции, невозможности использования централизованных средств для восполнения отработавших свой ресурс и требующих замены генерирующих мощностей, ориентация на традиционное цен-трализованное теплоэнергоснабжение от крупных источников нереальна. Традиционные теплофикационные системы не обеспечивают расчетной экономии топлива и общей эффективности. Это связано, в основном, с двумя причинами. Эффект экономии топлива от централизации теплоснабжения практически сведен к нулю вследствие того, что КПД ко-тельных повышен до уровня КПД энергетических котлов. Вторая составляющая топливного эффекта от комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ также оказалась ниже расчетной вследствие тепловых потерь и потерь с утечками при транспорте горячей воды на большие расстояния.
1.1. КОНВЕРТАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
Наиболее распространенные типы авиационных газотурбинных двигателей (АГТД) по ряду основных показателей вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к приводным двигателям элек¬тростанций. В частности, АГТД сравнительно просты, так как выполняются по от-крытому циклу. Они не нуж¬даются в охлаждающей воде и не имеют вспомогательных систем с автономными приво¬дами. АГТД отличаются быст¬рым запуском из любого со¬стояния, высокой степенью ав¬томатизации и надежности. По сравнению с энергетиче¬скими ГТД они обладают еще меньшими удельными массами и габаритами, компактны и могут работать в любых климатических условиях.
Пропитка и сушка обмоток электрических машин. Назначения. Методы ...
... Несмотря на сказанное, для сушки крупногабаритных электрических машин в условиях мелких мастерских найти альтернативу этому способу трудно, тем ... сокращенное время сушки за счет повышенной температуры (приблизительно в 5 раз по сравнению с конвективным); ... тепловой поток и направление выхода растворителя совпадают и образующаяся лаковая пленка не подвергается разрушению; допустимая температура сушки ...
Благодаря крупносерийному выпуску АГТД имеют сравни¬тельно низкую удельную стоимость.
Однако по ряду показателей, как, например, числу оборотов выходного вала, экономичности, моторесурсу, тепловыделениям, они не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к ГТД электрических станций.
В то же время авиационные ГТД обладают рядом специфиче¬ских ка-честв, которые вовсе не обязательны для ГТД энергетиче¬ского назначения. Поэтому в случае использования того или иного авиационного двигателя в энергетических целях, необходимо его конвертировать, т. е. приспособить для нового назначения. Естест¬венно, что, конвертируя АГТД для энергетики, можно создать уста¬новки лишь с такими характеристиками, какие способен обеспечить конкретно выбранный АГТД. Например, для создания газотурбоге¬нератора (ГТГ) можно использовать как ТРД, так и ТВД. В то же время ТВД может быть одновальным или двухвальным. Конструкция и характеристики любого из выбранных двигателей определяются ти¬пом самолета или вертолета, для которого он предназна-чен. Естест¬венно, что все это скажется на характеристиках ГТГ.
В самом деле, используя одновальный или двухзальный ГТД для привода электрического генератора определенной мощности, мы получим ГТГ, существенно отличающиеся по пусковым характери¬стикам, качеству генерируемого тока и ряду других показателей. Следовательно, выбор типа ГТД для того или иного ГТГ должен определяться технико-экономическими показателями, предъявляе¬мыми к последнему.
В некоторых случаях от использования выбранного двигателя приходится отказываться по той причине, что данный двигатель выпускается малой серией или имеет высокую стоимость. Это за¬ставляет использовать более доступный и дешевый двигатель, что в свою очередь сказывается на технико-экономических показателях ГТГ, созданного на его основе.
Короче говоря, выбор конкретного АГТД для газотурбогенера¬тора необходимо производить, исходя из предъявляемых к данному ГТГ требований и в первую очередь — мощности и назначения станции.
Например, нужно выбрать двигатели для ГТГ аварийной элек-тростанции и электростанции временного обеспечения. Естественно, что в первом случае большее внимание уделяется пусковым харак¬теристикам ГТГ, а во втором — его транспортабельности.
После выбора необходимого ГТД следует определить объем работы, требуемой для его конвертации, возможности ее выполне¬ния и ориентиро-вочные затраты. Только произведя такой всесто¬ронний анализ выбранного ГТД и получив оптимальные данные, можно приступить к разработке проекта и его практической реали¬зации.
Использование частотно-регулируемого привода для насосов
... на насос (изменение размеров рабочих колес). Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя ... эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих ... переключениях и т.п. Воздействие на привод (изменение частоты вращения вала ...
В случае использования для ГТГ ТРД необходимо серьезное внимание уделить выбору или созданию силовой газовой турбины нужной мощности. Впрочем, во всех случаях необходимо уделять большое внимание выяснению возможностей комплектации созда¬ваемого ГТГ и всей электростанции необходимым оборудованием.
Как уже было сказано выше, мощность современных АГТД ко-леблется в широких пределах: от нескольких десятков до несколь¬ких тысяч и даже десятков тысяч киловатт. Поэтому при выборе ГТД для определенного генератора необходимо особое внимание обратить на мощность двигателя. В то время как мощность ГТГ определяется выбранным электрическим генератором (из серийного выпуска промышленности), мощность АГТД определена его целе¬вым назначением. В одних случаях имеющийся в распоряжении конструктора ГТГ приводной двигатель может обладать избыточной, в других — недостаточной мощностью. Выбрать оптимальный по мощности и характе-ристикам ГТД далеко не всегда возможно.
Возможные варианты применения АГТД для привода электри¬ческих генераторов показаны ниже. На рис. 1 представлены два варианта использования ТВД для привода электрических генера¬торов.
В первом варианте — выходной вал двигателя соединяется не-посредственно с ротором электрического генератора. Это возможно в случае выбора ТВД, равного по мощности электрическому генератору Второй вариант предполагает необходимость использования нескольких ТВД для привода одного электрического генератора. В обоих случаях, за редким исключением, возникает необходимость в дополнительном редукторе.
Рис. 1. Варианты использования ТВД для привода электрического генератора: а) использование одного ТВД; б) использование нескольких ТВД
1 — турбина; 2 —камера сгорания; 3 — компрессор; 4 — редуктор;
5 — электро¬генератор
Возможные варианты компоновки ГТГ с несколькими ТРД по¬казаны на рис. 2. Варианты а и б осуществимы при работе од¬ного или нескольких ТРД на одну силовую турбину. Вариант в выбирается в том случае, если имеется несколько силовых турбин определенной мощности.
Рис. 2. Варианты использования ТРД для привода электрического генератора: а) использование одного ТРД; б) использование не-скольких ТРД и одной силовой турбины; в) использование не-скольких ТРД со своими силовыми турбинами
1-компрессор; 2 — камера сгорания; 3-турбина компрессора; 4 –силовая турбина; 5 — электрогенератор
Положительным качеством ГТГ, выполненного по схемам рис. 1, б и рис. 2, б и в, является возможность поддержания сравнительно высокой тепловой экономичности ГТГ при частичных нагрузках за счет работы части ГТД с полной нагрузкой.
1.2. ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА БАЗЕ АГТД В СТРАНАХ СНГ
Идея использования отечественных ГТД в энергетике впер¬вые была высказана профессорами А. Н. Ложкиным и Р. М. Петри¬ченко [Л. 11].
Первый опытный образец газотурбогенератора на основе оте-чественного авиационного газотурбинного двигателя был спроекти¬рован под руководством С. Н. Уварова в 1962-63 гг. После всесторон¬него анализа отечественных ГТД были выполнены технический и рабочий проекты газотурбогенератора на основе турбовинтового двигателя (ТВД) АИ-20.
ГТГ был спроектирован на основе ГТД АИ-20 первой серии и синхронного, трехфазного электрического генератора марки ГС-1612-6, мощностью 1600 кВА и напряжением 400/380 В с при¬строенным возбудителем типа ВС-24,5/18 (16,5 кВт, 50 В).
Формирование и оценка эффективности использования материально-технической ...
... техническое состояние материально-технической базы предприятия. 5. Рассчитать показатели, характеризующие эффективность использования материально-технической базы предприятия. 1. Теоретическая часть. Материально-техническая база автомобильно-транспортного предприятия 1.1 МТБ АТП и её значение для эффективной деятельности предприятия Материально-техническая база автомобильного транспорта ...
ГТГ предназначен в качестве основного агрегата стационар¬ной элек-тростанции, работающей на электрическую сеть напряже¬нием 380 В и частотой 50 Гц в диапазоне нагрузок от 0 до 1600 кВА. При разработке проекта были по возможности сохранены без изменения системы, штатные приборы и аппараты ГТД. Почти все дополнительные агрегаты и механизмы были выбраны из числа серийно выпускаемых отечественной промышленностью.
Забор воздуха компрессором двигателя производится непосред-ственно из помещения или по воздухопроводу из атмосферы, а от-работавшие газы отводятся за пределы помещения при помощи специального газохода [Л. 11].
По проекту система автоматики и контрольно-измерительных прибо-ров обеспечивала: автоматический запуск и выход на обороты холостого хода; вывод на номинальные обороты и поддержание их в заданных пределах с корректировкой расхода топлива в зависи¬мости от температуры наружного воздуха; автоматическое ограни¬чение максимально допустимой мощности и предельно-допустимого числа оборотов; автоматическую остановку ГТГ в аварийных ус¬ловиях.
Позже, на базе ТВД АИ-20 были созданы передвижные автономные электростанции ПАЭС-1250, ПАЭС-1600 мощностью 1250 и 1600 кВт соответственно. Оборудование этих электростанций располагалось первоначально в двух прицепах, транспортируемых автоседельными тягачами КрАЗ. В дальнейшем оборудование было размещено в одном прицепе, а для более полного использования мощности ТВД АИ-20 была создана ПАЭС-2500 мощностью 2500 кВт, транспортируемая тягачом КамАЗ и расположенная в одном прицепе. Эта электростанция выпускается и в настоящее время на Украине на ОАО Моторо-строительный завод «Сич».
Ее основные технические характеристики:
Номинальная мощность 2500 кВт
Род тока Переменный, трехфазный
Частота тока 50 Гц
Номинальное напряжение 6300 В
Коэффициент мощности 0,8
Двигатель газотурбинный, на базе ТВД АИ-20
Генератор типа СГС-14-100-6УЗ синхронный, трехфазный, пе-ременного тока
Топливо для двигателя:
- Жидкое керосин ТС-1;
- Т-2 по ГОСТ-10227 и их смеси;
- дизельное топливо по ГОСТ-4749
Газообразное (при соответствующей за-мене на двигателе агрегатов топливной системы и автоматики) попутный или природный газ давлением 10-12 кг/см2
Часовой расход жидкого топлива на
номинальном режиме не более 1100 кг/ч
Часовой расход масла на
номинальном режиме не более 1,0 литр/час
Часовой расход газообразного топлива на номинальном режиме не более 1000 м3/ч
Габаритные размеры:
Длина Не более 11500 мм
Ширина Не более 2500 мм
Высота Не более 3700 мм
Вес электростанции Не более 30000 кг
Установки на базе ТВД характеризуются низкими удельными капиталовложениями, на уровне 40 — 250 долл./кВт установленной мощности, при
этом они характеризуются компактностью, блочным исполнением, ко-ротким сроком монтажа.
К настоящему времени в России и на Украине накоплен большой опыт создания энергетических установок на базе конвертированных турбореактивных двигателей (ТРД).
Газотурбинные установки электростанций
... настоящее время газотурбинные установки являются основным видом двигателей, используемых в авиации, что обусловлено простотой их конструкции, способностью быстро набирать нагрузку, большой мощностью при ... с лучшими паротурбинными установками. Наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания ГТУ применяют в качестве основных двигателей на передвижных электростанциях. В доменном ...
Работают несколько заводов по проектированию и производству таких газотурбинных установок на базе конвертированных ТРД. Крупнейшие из них это — НПП «Машпроект» (Украина), ОАО “Авиадвигатель” (Россия), СНТК им. Кузнецова (Россия).
Одним из удачных примеров применения АГТД в энергетике является теплофикационная ГТУ 25/39, установленная и находящаяся в промышленной эксплуатации на Безымянской ТЭЦ, расположенной в Самарской области в России, описание которой приведено ниже.
Газотурбинная установка предназначена для выработки электри-ческой и тепловой энергии для нужд промышленных предприятий и бытовых потребителей. Тепловая схема установки приведена на рис. 3.
Электрическая мощность установки — 25МВт, тепловая — 39 МВт. Суммарная мощность установки — 64 МВт. Годовая производительность электроэнергии – 161,574 ГВт∙ч/год, тепловой энергии — 244120 Гкал/год.
Установка отличается применением уникального авиационного двигателя НК-37, обеспечивающего КПД в 36,4%. Такой КПД обеспечивает высокую эффективность установки, недостижимую на обычных тепловых электростанциях, а также ряд других преимуществ.
Установка работает на природном газе с давлением 4,6 МПа с расхо-дом 1,45 кг/с.
Кроме электроэнергии установка производит 40 т/ч пара давлением 14 кгс/см2 и нагревает 100 тонн сетевой воды от 70 до 120°С, что позволяет обеспечить светом и теплом небольшой город.
При размещении установки на территории тепловых станций не требуется дополнительных специальных блоков химводоочистки, сброса воды и т.д.
Рис. 3. Тепловая схема ГТУ 25/39
1 — газотурбинный двигатель, 2 – электрогенератор, 3 — котел-утилизатор, 4 – насос.
Подобные газотурбинные энергетические установки незаменимы для применения в тех случаях, когда
- необходимо комплексное решение проблемы обеспечения электрической и тепловой энергией небольшого города, промышленного или жилого района — модульность установок позволяет легко скомпоновать любой вариант в зависимости от нужд потребителя;
- осуществляется индустриальное освоение новых районов жизни людей, в том числе, с экстремальными условиями жизни, когда особо важна компактность и технологичность установки.
Нормальная работоспособность установки обеспечивается в диапазоне температур от -50 до +45°С при действии и всех других неблагоприятных факторов: влажности до 100%, осадках в виде дождя, снега и т.д.;
— — важна экономичность установки: высокий КПД обеспечивает воз-можность производства более дешевой электрической и тепловой энергии и короткий срок окупаемости (около 3,5 лет) при капиталовложениях в строительство установки 10 млн. 650 тыс. долларов США (по данным производителя).
График окупаемости приведен на рис. 4.
Рис. 4. График окупаемости ГТУ 25/39
Кроме того, установка отличается экологической чистотой, наличием многоступенчатого шумоподавления, полной автоматизацией процессов управления.
ГТУ 25/39 представляет собой стационарную установку блочно-контейнерного типа размером 21 на 27 м. Для ее функционирования в варианте автономном от существующих станций в комплекте с установкой должны находиться устройства химводоподготовки, открытое распределительное устройство для понижения выходного напряжения до 220 В или 380 В, градирня для охлаждения воды и отдельно стоящий дожимной газовый компрессор. При отсутствии необходимости в воде и паре конструкция установки сильно упрощается и удешевляется.
Двигатель внутреннего сгорания
... ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще. На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра ...
Сама установка включает в себя авиационный двигатель НК-37 производства СНТК им. Н.Д. Кузнецова, котел-утилизатор типа ТКУ-6 производства АО «Красный котельщик» и турбогенератор.
Полное время монтажа установки — 14 месяцев.
В России выпускается большое количество установок на базе конвер-тированных АГТД мощностью от 1000 кВт до нескольких десятков МВт, они пользуются спросом. Это подтверждает экономическую эффективность их использования и необходимость дальнейших разработок в этой области промышленности.
Установки, выпускаемые на заводах России и Украины отличаются:
- низкими удельными капиталовложениями:
- блочным исполнением;
- сокращенным сроком монтажа;
- малым сроком окупаемости;
- возможностью полной автоматизации и др.
1.3. ЗАРУБЕЖНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С АВИАЦИОННЫМИ ГТД
Ряд иностранных фирм в течение продолжительного времени работают над созданием электростанций на основе конвертирован¬ных АГТД. К настоящему времени довольно значительное количество стационарных и пере¬движных электростанций различной мощности находится в дли¬тельной эксплуатации.
Одной из первых была спроектирована и построена стационар¬ная электростанция промышленного типа мощностью 3 МВт. Ан¬глийская фирма «Бристоль» использовала для создания электро¬станции выпускаемый ею авиационный двигатель. Электростанция предназначена для снятия пиковых нагрузок в зимнее время. Она способна также обеспечивать местное электроснабжение в случае выхода из строя линии электропередачи.
Основными достоинствами ГТГ с авиаци¬онными ГТД являются: высокая степень надежности и автомати¬зации; малые веса и габариты; способность быстро принимать нагрузку; легкость замены приводного двигателя; точная балан¬сировка и отсутствие вибрации.
Электростанция была создана на основе ТВД «Протей». Воздух из атмосферы поступает в компрессор и после сжатия направляется в камеру сгорания. Газы, отработавшие в турбине, выбрасываются наружу. Турбина двигателя двухвальная четырехступенчатая: первые две ступени (т. в. д.) приводят во вращение компрессор, а последние две (т. н. д.) образуют силовую турбину. Вал силовой турбины вращается со скоростью 194 об/сек. Специальный редуктор пони¬жает скорость вращения до рабочих оборотов электрогенератора (16,6 об/сек).
ГТД имеет мощность 3125 кВт и работает на дизельном топ¬ливе. Степень повышения давления в компрессоре — 2,3. Темпера¬тура газов перед т. в. д. равна 850° С. Эффективный к. п. д. дви¬гателя — 23%. Габариты двигателя: длина — 2690 мм, диаметр — 990 мм. Масса двигателя — 1530 кг.
Вспомогательное оборудование двигателя то же, что и в слу¬чае использования его на самолете. Его запуск осуществляется стартер-генератором мощностью 15 кВт, получающим питание от аккумуляторной батареи напряжением 110 В.
Электрический генератор переменного тока, трехфазный, с воз-душным охлаждением, мощностью 3200 кВА при Cos = 0,9. Напря¬жение генерируемого тока 11 кВ, частота 50 Гц. Воздух для охлаж¬дения генератора поступает в помещение электростанции через специальную шахту. С вращающимся возбудителем генератор свя¬зан жестко. Возбудитель регулируется как вручную, так и автома¬тически. Масса электрогенератора 11,75 т, а масса ротора генера¬тора — 5 т. Смазка подшипников генератора осуществляется от спе¬циального электронасоса.
Бензиновые и дизельные генераторы
... выходной мощность до 15кВА и обычными (бензиновыми или дизельными) моторами. Основой любой мини-электростанции (или генераторной установки) является двигатель-генераторный агрегат, состоящий из дизельного или бензинового двигателя и электрического генератора. Двигатель и генератор ...
Использование двигателя с двумя независимыми турбинами оказалось выгодным, так как в этом случае мала потребная для запуска двигателя мощность и облегчается автоматическая синхро¬низация при включении агрегата в параллельную работу.
ГТГ имеет длину 7,4 м и размещен в кирпичном здании (10,65×7,00×6,70 м) с бетонным полом и сборной фундаментной плитой. Размещение ГТГ в здании показано на рис. 5.
В основном помещении расположен электрогенератор с рас-пределительным устройством, контрольным щитом и кабиной управ¬ления. ГТД установлен в отдельном отсеке. Конец его вала про¬ходит в отсек генератора через звукоизолирующую перегородку, собранную из съемных панелей, что обеспечивает легкий демонтаж двигателя в случае необходимости его замены.
электростанции фирмы «Бристоль»
1 — воздухозаборник; 2 — воздушный фильтр; 3 — глушитель выхлопа;
4 —ТВД; 5 — электрогенератор; 6 — возбудитель
Воздух в отсек двигателя забирается сверху из воздушного ко¬роба, расположенного вдоль всего здания над аппаратурой распре¬делительного устройства. Воздушный короб снабжен звукопогло¬щающими пакетами и фильтрами-пылепоглотителями. Отработавшие газы поступают из двигателя в глушитель через расширяющийся патрубок. Из глушителя газы удаляются через вертикальную трубу наружу.
Помещение станции, за исключением кабины управления, не отапливается. Нормальная температура поддерживается за счет тепла, выделяемого обмотками генератора при работе.
Специальное масло не требует подогрева и позволяет запускать дви-гатель при температуре наружного воздуха до —40° С.
Управление станцией осуществляется по телефону с помощью специ-альной системы. Пуск, контроль за работой и останов ГТГ производится на расстоянии 160 км.
Весь процесс запуска ГТГ до принятия нагрузки занимает около двух минут. ГТГ— автономен, в процессе запуска все по¬требители получают питание от аккумуляторной батареи.
Практика показала, что автоматический пуск происходит более последовательно и надежно, чем ручной.
Система автоматического регулирования спроектирована таким образом, что при работе ГТГ на воздухе с отрицательной температурой (до —1,0° С) его мощность не превышает номинальную. При работе ГТГ на наружном воздухе с плюсовой температурой мощность соответственно ограничивается.
Эксплуатация электростанции характеризуется надежной и без-отказной работой ГТГ. Постройка и эксплуатация станции показали также, что, несмотря на сравнительно низкий к. п. д. ГТД, стои¬мость отпущенного 1 кВт∙ч электроэнергии меньше, чем на базисных электростанциях. Это объясняется небольшими первоначальными за¬тратами на сооружение электростанции и ее полной автоматизацией.
В Англии по заказу Центрального электрического общества были изготовлены несколько ГТГ мощностью по 17,5 МВт. Каждый ГТГ состоит из двух конвертированных ТРД «Эйвон», используе¬мых в качестве генераторов газа, силовой турбины промышленного типа и электрического генератора. ГТГ включаются в работу автоматически при помощи реле понижения частоты или нажатием кнопки «пуск». Они способны принимать полную нагрузку через две минуты. ТРД могут работать на дизельном топливе или природном газе. Проектный к. п. д. ГТГ 28%. Компоновка ГТГ показана на рис. 6.
Интересно отметить, что весь процесс разработки проекта ГТГ до его создания в металле занял 18 месяцев.
Конвертированный ТРД «Эйвон» в составе ГТГ используется со значительно меньшей, чем в условиях эксплуатации на самоле¬тах, мощно-стью, в результате чего возрастает его моторесурс.
Разработка бизнес-плана по организации производства стеклопластиковых ...
... именно; тенденцию в инфляции, соотношение курсов валют, динамику масштабов затрат на производство, включая сырье, материалы и комплектующие изделия, заработную плату управляющих и производственного персонала, ... названные "Государственное финансирование" и ' Инновационное финансирование". Программа позволяет хранить в базах до 10 различных экспертных листов, в каждом из которых может содержаться до ...
4
Рис. 6. Компоновка ГТГ мощностью 17,5 МВт
1 — выхлопная труба; 2 — ТРД «Эйвон»; 3 — электрогенератор; 4 — возбудитель
Силовая двухступенчатая турбина предназначена для работы на газе с низкой температурой и давлением. Она сконструирована как обычная газовая турбина промышленного типа.
Данный конвертированный ТРД выпускается для использова¬ния как на пиковых и аварийных электростанциях, так и на элект¬ростанциях, работающих 8000 ч в год. В зависимости от назначе¬ния, эти ТРД могут иметь агрегатную мощность от 6000 до 40 000 кВт и работать на керосине, дизельном топливе или при¬родном газе.
Наряду с рассмотренными типами электростанций в настоящее время на основе конвертированных АГТД эксплуатируются и соз¬даются более мощ-ные электростанции. Так например, только в энер¬госистемах Англии и США эксплуатируются около полутора десят¬ков электростанций с ГТГ мощностью 60—140 МВт.
Основным назначением таких электростанций является выра¬ботка электроэнергии для снятия пиков электрической нагрузки, а вспомогатель-ным — создание в энергосистемах резервной мощ¬ности.
Обычно одна такая электростанция придается крупному па-ротурбинному блоку. Считают, что главным достоинством пиковых электростанций такой мощности является низкая, по сравнению с паротурбинными электростанциями, стоимость их строительства.
Компоновочные решения газотурбогенераторов этих электро-станций выполнены по вариантам б и в (рис. 2).
Некоторой раз-новидностью компоновочного варианта в является ГТГ электро¬станции мощностью 56—60 МВт фирмы «Инглиш электрик» (Анг¬лия).
Электрогенератор данного ГТГ приводится во вращение двумя силовыми турбинами, каждая из которых соединена с одним из концов его ротора. Работу каждой силовой турбины обеспечи¬вают два ТРД.
В настоящее время за рубежом находится в эксплуатации тысячи ГТУ мощностью до 35 МВт, созданных на базе авиационных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей. Они состоят из одного или двух компрессоров, приводимых во вращение связанными с ними турбинами, которые вместе с камерой сгорания, расположенной между компрессором и турбиной высокого давления, являются генератором горячих газов. Газы расширяются в турбине полезной мощности (силовой турбине).
Показатели наиболее мощных и совер-шенных зарубежных ГТУ такого типа приведены в таблице 1 [Л. 5].
Наиболее широко (до 1000 однотипных агрегатов) распространены за рубежом установки, созданные на базе ГТД Avon, Olympus, FT4, которые выпускаются уже в течение 25-30 лет. Использование ГТД позволило перенести в промышленность передовой научно-технический опыт, накопленный в авиации, использовать подготовленную технологическую базу и преимущества крупносерийного производства, а также опыт эксплуатации авиационной техники [Л. 5].
Таблица 1
Параметры и показатели энергетических ГТУ с промышленными вариантами авиационных ГТД
Параметры и
показатели Фирма-изготовитель и тип ГТД
Olympus B Olympus C RB211-24 Avon 1535 LM2500 LM5000 FT4C-3F
Мощность ГТУ в базовом режиме, МВт 17,5 28,1 23,5 14,7-16,0 19-22,0 32,5-35,4 30,6
Установка силовых трансформаторов
... демонтируются и устанавливаются на месте монтажа трансформатора (рис. 1). силовой трансформатор ток намагничивание а) б) Рис. 1. Монтаж систем охлаждения Д (а) ... трансформатора до его монтажа должны оформляться соответствующими актами. Монтаж трансформатора На подстанциях с высшим напряжением 35 кВ и более применяется, как правило, открытая установка трансформаторов. Закрытая установка трансформатора ...
КПД ГТУ в базовом режиме, % 26,9 30,7 33,5 28,2-28,9 34,2-36,0 35,5-37,7 31,3
Мощность ГТУ в пиковом режиме, МВт 20,0 29,6 24,5 16,3-18,2 23,9 35-38 33,0
КПД ГТУ в пи-ковом режиме, % 27,8 31,0 33,9 28,8-29,6 36,6 35,9-38,2 32,2
Степень сжатия 10,3 11,0 19,2 10,1 18 29-31 14,5
Расход воздуха, кг/с 108,5 109,0 94,0 79,5-82,2 64-67 123-127 142,5
Температура га-зов за турбиной, °С 490 530 490 475-500 490 435 490
Число ступеней
компрессора 5+7 5+7 7+6 17 16 5+14 8+8
турбины ГТД 1+1 1+1 1+1 3 2 2+1 1+2
силовой тур-бины 2 2-3 3 2 2-6 2-3 3
Число пламен-ных труб 8 8 Кольцевая 8 Кольцевая Кольцевая 8
Масса ГТД, т 2,2 2,2 2,6 1,6 — 3,9 —
Масса ГТУ, т 23 25,5 23,0 20,5 21,5-35,5 28,5-43 19,5
Длина ГТУ, м 9,2 9,2 6,5 7,3 5,5-6,4 8,8-9,8 8,8
Ширина ГТУ, м 3,1 3,4 4,0 3,4 2,1-3,4 3,4 3,05
Высота ГТУ, м 4,0 3,4 3,9 3,1 2,1-3,4 3,1-3,4 2,8
Специфическими качествами ГТУ, созданных на базе авиационных двигателей, являются очень малые масса и габариты, быстрота запуска (до 1,5 мин до полной нагрузки в установках мощностью 20-25 МВт) при не-большой пусковой мощности и полной автономности, возможность быстрого восстановления при неполадках путем простой замены ГТД-генератора газа или даже всего агрегата. Недостатки таких ГТУ — более жесткие требования к топливу и эксплуатационному обслуживанию, сложная технология капитальных ремонтов, возможных только в заводских условиях. Используемые в энергетических ГТУ двигатели выпускаются специально для промышленного применения. Для обеспечения эффективной работы в наземных условиях часть их деталей либо переконструирована по сравнению с авиационными прототипами, либо изготовлена по измененной технологии или из других материалов. Параллельно осуществлялись мероприятия по повышению мощности и КПД путем совершенствования турбомашин, увеличения расхода воздуха, степени сжатия и начальной температуры газов и улучшению эксплуа-тационных качеств: увеличению ресурса деталей, длительности непрерывной работы, ремонтопригодности.
В промышленных ГТУ на базе ГТД третьего поколения «Спей», RB211, TF39 и CF6, выполненных с более высокими степенями сжатия и экономичными системами охлаждения, достигнута существенно более высокая экономичность (см. таблицу 1).
Наиболее мощной из этих ГТУ является установка с генератором газа типа LM5000, созданным фирмой General Electric c использованием до 70% деталей турбовентиляторного ГТД CF6. На его конструкции остановимся подробнее.
Вентиляторная ступень ГТД снята и заменена двумя первыми сту-пенями пятиступенчатого КНД со степенью сжатия 2,5. Далее идет одно-вальный КВД (14 ступеней), который сжимает воздух до давления 3 МПа.
Камера сгорания — кольцевая с 30 устанавливаемыми извне регистровыми горелками. Зона горения спроектирована с повышенными избытками воздуха, для того чтобы снизить дымление, сократить длину факела и уменьшить количество воздуха, необходимого для охлаждения пламенной трубы. Начальная температура газов составляет 1150-1180 °С.
КВД приводится во вращение двухступенчатой ТВД, все лопатки которой охлаждаются отборным воздухом из КВД. Ротор КВД — ТВД выполнен трехопорным; как обычно, в ГТД используются подшипники качения.
Блок КВД — камера сгорания — ТВД использован в таком же виде в ГТУ LM2500, несколько сотен которых уже выпущено для морского флота и промышленности, некоторые из которых проработали свыше 40 — 50 тыс. ч.
Одноступенчатая ТНД, вращающая вал КНД через соединительный вал, проходящий внутри вала КВД — ТВД, специально спроектирована для ГТУ LM5000. общая длина генератора газа (без силовой турбины) 4,47 м, масса 3,9 т.
Энергетические ГТУ с агрегатом LM5000 спроектированы и выпускаются несколькими фирмами. Они оснащаются трехступенчатой силовой турбиной, ротор и статор которой выполняются охлаждаемыми. Продолжительность нормального пуска до включения электрогенератора в сеть составляет 7, ускоренного — 3 мин.
ВЫВОДЫ
В связи с моральным и физическим износом оборудования действующих ТЭС, снижением надежности и качества энергоснабжения потребителей, одним из перспективных направлений развития теплоэнергетики может являться децентрализация источников энергоснабжения, т.е. установка генерирующих установок в непосредственной близости от потребителя или даже на его территории, если это касается промышленных предприятий. Децентрализация энергоснабжения оказывается особенно эффективной, если ее проводить на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии.
Эффективным методом децентрализованного энергоснабжения является применение авиационных двигателей, конвертируемых для нужд энергетики. Эффект от использования АГТД возрастает, если использовать двигатели, отработавшие свой летный ресурс, что позволяет значительно снизить капиталовложения по сравнению с установками, создаваемыми на базе новых АГТД.
Производство подобных установок малой и средней мощности может осуществляться уже в ближайшее время либо за счет средств владельцев, либо на кредитной или лизинговой основе.
Установка собственных электро- и теплогенерирующих мощностей дает дополнительное повышение надежности электро- и теплоснабжения потребителей.
Экономические расчеты показывают, что срок окупаемости капиталовложений в установки комбинированного производства электроэнергии и теплоты с АГТД составляет от 1,5 лет при использовании кредита до 4,5 лет при реализации проектов за собственные средства. При этом срок строительства может составлять от нескольких недель, при монтаже небольших установок электрической мощностью до 5 МВт, до 1,5 лет при вводе установки электрической мощностью 25 МВт и тепловой 39 МВт. Сокращенные сроки монтажа объясняются модульной поставкой электростанций на базе АГТД с полной заводской готовностью.
Таким образом, основные преимущества конвертированных АГТД при внедрении в энергетику сводятся к следующим:
- низкие удельные капиталовложения в подобные установки;
- малый срок окупаемости;
- сокращенные сроки строительства;
- возможность полной автоматизации станции.
Следующим этапом развития энергетических установок на базе АГТД являются теплоэлектрохладоцентрали, позволяющие снабжать потребителя всеми видами энергоресурсов (теплота, электроэнергия и холод).
Проведенные расчеты показали, что при очевидном усложнении схемы станции, увеличении капиталовложений и потребления электроэнергии на собственные нужды, экономический эффект от применения ТЭХЦ значителен. При этом может незначительно увеличиться срок окупаемости, но в целом ТЭХЦ способствует развитию того региона, или населенного пункта в котором она расположена.
Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:
- эффективным направлением развития теплоэнергетики является децентрализация энергоснабжения с применением конвер-тированных АГТД;
- наиболее эффективной оказывается комбинированная выработка теплоты и электроэнергии на базе АГТД;
- дальнейшим этапом развития применения АГТД в энергетике является создание на их базе ТЭХЦ, решающих проблему снабжения потребителей всеми видами энергоресурсов.
\
ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/povyishenie-energeticheskih-pokazateley-dvigateley-vat/
1. Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Орлов В.Н., «Газотурбинный двигатель авиационного типа НК-37 для электростанции», Теплоэнергетика, №9, 1992, с. 27 — 31.
3. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов. М.: Энергия,1973.
4. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).
М.: Энергия, 1973.
5. Рихтер Л.А. и др. Вспомогательное оборудование тепловых электро-станций. М.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Издательство МЭИ, 1999.
7. Уваров С.Н. Авиационные газотурбинные двигатели в энергетике. Л.: Энергия, 1971.
8. Батенин В.М., Масленников В.М., Цой А.Д. «О роли и месте децентрализованных источников энергоснабжения», Энергосбережение, №1, 2003, с.14 — 18.
9. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестицион-ных проектов и их отбору для финансирования. М.: Теринвест, 1994. обш. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина/. М.: Энергоатомиздат, 1993.
