Сучасний підхід до вироблення електричної енергії на базі газотурбінних двигунів ГТЕ-65.

Сучасний підхід до вироблення електричної енергії на базі газотурбінних двигунів ГТЕ-65.

В даний час питання енергозбереження та енергоефективності займають лідируючі позиції в сучасній енергетиці. Як відомо енергоефективність сучасних парових турбін досить мала. ККД сучасних парових турбін не перевищує 30%. Найбільш перспективним є вироблення електричної енергії в комбінованому циклі з застосуванням парогазотурбінних установок. ККД такої установки може становити близько 60%.

Нижче наводяться схеми циклів з використанням газотурбінних двигунів фірми ВАТ «Силові машини».

Бінарні парогазові блоки: ПГУ-90 – ККД 52%, (1хГТЕ-65 + К-30) ПГУ-180 – ККД 52% (2хГТЕ-65 + К-60)

До складу ПГУ входять газотурбінні установки (ГТУ), котли-утилізатори (КУ) і паротурбінна установка (ПТУ). ПТУ складається з одно- або двоциліндрової парової турбіни двох тисків, конденсатора, системи регенерації, що включає конденсатор пари ущільнень (КПУ) і підігрівач низького тиску (ПНД), а також допоміжного обладнання. КУ має два контури високого і низького тисків. Підігрів води перед деаерацією відбувається в газовому підігрівачі конденсату (ГПК). У теплову схему включений деаератор (Д) для видалення розчинених газів з усього потоку основного конденсату; відбір пари, що гріє в нього виробляють з ППНД.

Малюнок 1. Бінарні парогазові блоки: ПГУ-90 – ККД 52%, (1хГТЕ-65 + К-30) ПГУ-180 – ККД 52% (2хГТЕ-65 + К-60)

ПГУ з частковим витісненням регенерації: (ГТЕ-65 + К-300), потужність 385 МВт, ККД 42,5%

До складу ПГУ входять ПТУ, газова турбіна ГТЕ-65, газоводяного підігрівачі високого і низького тисків (ГВПВД і ГВПНД), відводять і подають колектори живильної води і основного конденсату, необхідна запірна і регулююча арматура.

Малюнок 2 – ПГУ з частковим витісненням регенерації: (ГТЕ-65 + К-300), потужність 385 МВт, ККД 42,5%

ГТУ-ТЕЦ: ГТЕ-65 + водогрійний КУ, теплофікація до 80 Гкал / год

Продукти згоряння газової турбіни надходять в водогрійний котел-утилізатор (СКУ), в якому відбувається нагрівання води проміжного контуру (ПК) без зміни її фазового стану.

Наявність ПК забезпечує необхідну якість води, що циркулює в СКУ. Вода ПК передає теплоту мережевий водевілі водо-водяному теплообміннику (ВВТО).
СКУ може бути спроектований як котел горизонтального (тунельного) типу

Малюнок 3 – ГТУ-ТЕЦ: ГТЕ-65 + водогрійний КУ, теплофікація до 80 Гкал / год

ГТЕ-65 призначена для приводу через редуктор електричного генератора з частотою обертання 3000 об / хв при експлуатації як в складі парогазової установки (ПГУ), так і автономно.

Компактна і високоманевренная газотурбінна установка (ГТУ) середнього класу потужності ГТЕ-65 дозволяє найбільш раціональним способом виробляти реконструкцію діючих паросилових блоків і здійснювати нове будівництво високоекономічних парогазових установок на базі перспективних технологій.

 

Малюнок 4 – газотурбінна установка ГТЕ-65 з редуктором і генератором

ГТЕ-65 призначена для приводу через редуктор електричного генератора з частотою обертання 3000 об / хв при експлуатації як в складі парогазової установки (ПГУ), так і автономно. Компактна і високоманевренная газотурбінна установка (ГТУ) середнього класу потужності ГТЕ-65 дозволяє найбільш раціональним способом виробляти реконструкцію діючих паросилових блоків і здійснювати нове будівництво високоекономічних парогазових установок на базі перспективних технологій.

Компресор, застосовуваний для стиснення газів перед ГТЕ – 16 ступінчастий зі сталевим облопачіваніем. Забезпечено можливість зняття і установки лопаток будь-який з 16 ступенів компресора на зібраному роторі. Компресор оснащується трьома поворотними напрямними апаратами, включаючи ВНА, що забезпечують регулювання витрати повітря через компресор в діапазоні від 100 до 70%.

Газодинамічні характеристики компресора і міцність робочих лопаток перших шести ступенів підтверджена випробуваннями модельного компресора в масштабі 1: 2,23 на стенді НВО ЦКТИ.

Малюнок 5 – Компресор для стиснення газів

Малюнок 6 – Схема установки пальників.

Стенд вогневих випробувань камер згоряння для дослідження повнорозмірного модуля камери згоряння в умовах, максимально наближених до натурних.

Параметри стенду:

• витрата повітря, кг / с …………………………………….. ………………………………………19,1
• максимальний тиск повітря, МПа ……………………………………… ………………….. 0,9
• температура повітря, ° С ……………………………………… …………………………………. 395
• температура газу за відсіком, ° С ……………………………………. ……………………….1347
• витрата паливного газу, кг / с ……………………………………. ……………………………0,418
• максимальний тиск паливного газу, МПа …………………………………….. ……….    1,2

Турбіна 4-хступенчатий з охолодженням перших трьох ступенів. Для підтримки постійної температури корпусів та виключення їх овалізаціі застосовані конструкції обойменного типу. Повітря на охолодження елементів турбіни, в тому числі ротора, всіх напрямних і трьох робочих ступенів лопаток, відбирається за 5, 10 і 13 ступенями і за компресором. Лопатки виконані равноосной литтям із сплавів на нікелевій основі зі спеціальним легированием. Робочі лопатки 1-3 ступенів і напрямні лопатки 1-4 ступенів мають систему внутрішнього охолодження. Лопатки 1 ступені мають розвинену перфорацію на профілі і полицях для плівкового охолодження. Робочі лопатки 2-4 ступенів мають бандажні полки.

Направляючі лопатки 2-4 ступенів виконані блоковими з стільниковими ущільненнями. Всі робочі лопатки можуть бути замінені на роторі без його розбирання за допомогою спеціально розробленого для цього пристосування. Заявлені характеристики лопаток 1 і 2 ступенів перевіряються на стенді тепло-гідравлічних досліджень НВО ЦКТИ шляхом зняття витратних характеристик і термометрірованія лопаток за профілем при температурі газу до 1000 ° С.

Технічна документація на лопатки і оснащення ливарного виробництва розроблені в системі система тривимірного моделювання з використанням технології електронного передачі інформації між підприємствами.

а)

б)
Малюнок 7 – Конструкції лопаток турбіни.

Сучасні методи 3D математичного моделювання

При проектуванні ГТЕ-65 використовувалися сучасні програмні комплекси FLUENT і ANSYS по тривимірному математичному моделюванню процесів газодинаміки і термонапруженого стану деталей турбомашини.

Програмний комплекс FLUENT застосовувався при аналізі теченііій теплового стану проточної частини компресора і турбіни, а програмний комплекс ANSYS використовувався для оцінки міцності та забезпечення розрахункового ресурсу вузлів ГТУ.

Потрібних витрата повітря забезпечується спільною роботою трьох компресорів К-250, підігрів повітря – незалежним теплообмінником з технологічної камерою згоряння, а температура газу на виході з боксу знижується за рахунок підсосу повітря через ежекторну систему.

Пульт управління стендом оснащений АІС, що дозволяє фіксувати і обробляти більше 600 сигналів одночасно. електростанцій – представляє газотурбінну енергетичну установку – ГТЕ-65, що випускається Філією ВАТ «Силові машини» «ЛМЗ».

Збірка ротора здійснюється на вертикальному стенді, затягування гайки центральної стяжки проводиться за допомогою гідравлічного пристрою. На основі комплексної програмної системи проектування турбомашин фірми Concepts NREC здійснюється подальше вдосконалення проточної частини компресора і турбіни шляхом просторового профілювання.

Стаття створена на основі матеріалів ВАТ «Силові машини» http://www.power-m.ru