O turbină cu gaz, ca motor termic, combină trăsăturile caracteristice ale unei turbine cu abur și ale unui motor cu ardere internă, în care energia combustibilului în timpul arderii acestuia este transformată direct în lucru mecanic. Fluidul de lucru al turbinelor cu gaz care funcționează într-un ciclu deschis este produsul arderii combustibilului, iar fluidul de lucru al turbinelor cu gaz care funcționează într-un ciclu închis este aer curat sau gaz care circulă continuu în sistem. Pe nave se folosesc unități cu turbine cu gaz (GTU), care funcționează în ciclu deschis, cu arderea combustibilului la presiune constantă (p = const) și GTU, care funcționează în ciclu închis.

În prezent, turbinele cu gaz pentru nave sunt de două tipuri: 1) turbocompresoare și 2) cu generatoare de gaz cu piston liber (LPGG).

În Fig. 101. Compresorul 9 aspiră aer curat din atmosferă, îl comprimă la presiune ridicată și îl livrează prin conducta de aer3 în camera de ardere 2, unde simultan prin duza1 este furnizat combustibil. Combustibilul, atunci când este amestecat cu aer, formează un amestec de lucru, care arde atunci cândR = const. Produșii de combustie rezultați sunt răciți de aer și direcționați în calea de curgere a turbinei. În paletele staționare 4, produsele de ardere se extind și cu viteză mare intră în paletele de lucru 5, unde energia cinetică a fluxului de gaz este transformată în lucru mecanic de rotație a arborelui. Prin conducta 6, gazele de evacuare părăsesc turbina. Turbina cu gaz rotește compresorul 9 și prin cutia de viteze7 elicea 8. Pentru pornirea instalatiei se foloseste un motor de pornire 10, care invarte compresorul la o viteza minima de rotatie.

Aceeași figură arată ciclul teoretic al unității de turbină cu gaz considerată în coordonatele p - ? ȘiS - T: AB - procesul de comprimare a aerului în compresor; BC-arderea combustibilului la presiune constantă în camera de ardere; SD - dilatarea gazului în turbină, DA - îndepărtarea căldurii din gazele de eșapament.

Pentru a crește eficiența funcționării turbinei cu gaz, se utilizează încălzirea regenerativă a aerului care intră în camera de ardere sau arderea în etape a combustibilului în mai multe camere de ardere succesive care deservesc turbine individuale. Datorită complexității sale de proiectare, arderea în etape este rar utilizată. Pentru a crește eficiența efectivă a instalației, alături de regenerare, se utilizează comprimarea aerului în două trepte, în timp ce între compresoare este inclus un intercooler de aer, ceea ce reduce puterea necesară a compresorului de înaltă presiune.

În fig. 102 prezintă o diagramă a celei mai simple instalații de turbină cu gaz cu ardere a combustibilului laR = const și recuperare de căldură. Aer comprimat într-un compresor1 , trece prin regeneratorul 2 în camera de ardere3 , unde este încălzit de căldura gazelor de evacuare care părăsesc turbina 4 la o temperatură relativ ridicată. Ciclul real al acestei instalații este afișat în Diagrama S-T(Fig. 103): procesul de comprimare a aerului într-un compresor1 - 2 ; încălzirea aerului din regenerator, însoțită de o scădere a presiunii dinR 2 inainte deR 4 2 - 3; furnizarea de căldură în timpul arderii combustibilului 3 - 4; procesul real de expansiune a gazului în turbine4-5 ; răcirea gazelor în regenerator, însoțită de pierderea presiunii p 5 -R 1 5-6; eliberare de gaze - îndepărtarea căldurii6-1 . Cantitatea de căldură primită de aer în regenerator este reprezentată de o zonă de 2"-2-3-3", iar cantitatea de căldură degajată de gazele de evacuare din regenerator este reprezentată de o zonă de ​6"-6-5-5". Aceste zone sunt egale între ele.

Într-o unitate cu turbină cu gaz cu ciclu închis, fluidul de lucru uzat nu intră în atmosferă, dar după prerăcire este trimis din nou la compresor. În consecință, în ciclu circulă un fluid de lucru care nu este contaminat cu produse de ardere. Acest lucru îmbunătățește condițiile de funcționare a pieselor de curgere a turbinei, rezultând o fiabilitate crescută a instalației și o creștere a duratei de viață a acesteia. Produsele de ardere nu se amestecă cu fluidul de lucru și, prin urmare, orice tip de combustibil este potrivit pentru ardere.

În fig. Figura 104 prezintă o diagramă schematică a unei unități maritime de turbină cu gaz cu ciclu închis în toate modurile. Aerul după prerăcire din răcitorul de aer 4 intră în compresor5 , care este antrenat de o turbină de înaltă presiune7 . Aerul din compresor este direcționat către regenerator3 , și apoi în încălzitorul de aer 6, care îndeplinește același rol ca și camera de ardere în instalațiile de tip deschis. Din încălzitorul de aer, aerul de lucru la o temperatură de 700 ° C intră în turbina de înaltă presiune7 care rotește compresorul și apoi în turbina de joasă presiune2 , care prin cutia de viteze1 antrenează elicea cu pas reglabil. Motorul electric de pornire 8 este proiectat pentru a porni instalația în funcțiune. Dezavantajele turbinelor cu gaz cu ciclu închis includ volumul schimbătorilor de căldură.

De interes deosebit sunt turbinele cu gaz cu ciclu închis cu reactor nuclear. În aceste instalații, heliu, azot, dioxid de carbon. Aceste gaze nu sunt activate în reactor nuclear. Gazul încălzit în reactor la o temperatură ridicată este trimis direct să lucreze într-o turbină cu gaz.

Principalele avantaje ale turbinelor cu gaz în comparație cu turbinele cu abur sunt: ​​greutatea și dimensiunile reduse, deoarece nu există boiler și unitate de condensare cu mecanisme și dispozitive auxiliare; pornire rapidă și dezvoltare a puterii maxime în 10-15 minute\ consum foarte scăzut de apă de răcire; ușurința întreținerii.

Principalele avantaje ale turbinelor cu gaz în comparație cu motoarele cu ardere internă sunt: ​​absența unui mecanism de manivelă și a forțelor de inerție asociate; greutate redusă și dimensiuni cu putere mare (turbinele cu gaz sunt de 2-2,5 ori mai ușoare și lungime de 1,5-2 ori mai scurte decât motoarele diesel); posibilitatea de a lucra cu combustibil de calitate scăzută; costuri de operare mai mici. Dezavantajele turbinelor cu gaz sunt următoarele: durata de viață scurtă la temperaturi ridicate ale gazului (de exemplu, la o temperatură a gazului de 1173 ° K, durata de viață este de 500-1000 de ore); eficiență mai mică decât motoarele diesel; zgomot semnificativ în timpul funcționării.

În prezent, turbinele cu gaz sunt utilizate ca principalele motoare ale navelor de transport maritim. În unele cazuri, turbinele cu gaz de mică putere sunt utilizate pentru a antrena pompe, generatoare electrice de urgență, compresoare de încărcare auxiliară etc. Turbinele cu gaz sunt de interes deosebit ca motoare principale pentru navele cu hidrofoil și hovercraft.

O turbină este un motor în care energia potențială a unui fluid compresibil este convertită în energie cinetică în aparatul cu pale, iar aceasta din urmă din rotoare este transformată în lucru mecanic transmis unui arbore care se rotește continuu.

Prin proiectare, turbinele cu abur sunt un motor termic care funcționează constant. În timpul funcționării, aburul de apă supraîncălzit sau saturat, care intră în partea de curgere și, datorită expansiunii sale, forțează rotorul să se rotească. Rotirea are loc ca urmare a acțiunii fluxului de abur asupra aparatului cu lame.

Turbina cu abur face parte dintr-o structură de turbină cu abur, care este concepută pentru a genera energie. Există și instalații capabile să genereze, pe lângă energie electrică, energie termală– aburul care trece prin paletele de abur merge către boilerele de încălzire. Acest tip de turbină se numește turbină de încălzire industrială sau de termoficare. În primul caz, extragerea aburului în turbină este prevăzută în scopuri industriale. Complet cu un generator, turbina cu abur este o unitate de turbină.

Tipuri de turbine cu abur

Turbinele sunt împărțite, în funcție de direcția în care se mișcă aburul, în turbine radiale și axiale. Fluxul de abur în turbinele radiale este direcționat perpendicular pe axă. Turbinele cu abur pot fi cu carcasă simplă, dublă sau triplă. Turbina cu abur este echipată cu o varietate de dispozitive tehnice care împiedică intrarea aerului ambiental în carcasă. Acestea sunt diferite garnituri la care sunt furnizate cantități mici de vapori de apă.

Un regulator de siguranță este situat pe secțiunea frontală a arborelui, conceput pentru a opri alimentarea cu abur atunci când viteza de rotație a turbinei crește.

Caracteristicile parametrilor principali ai valorilor nominale

· Puterea nominală a turbinei- puterea maximă pe care turbina trebuie să o dezvolte timp îndelungat la bornele generatorului electric, la valorile normale ale parametrilor principali sau când se modifică în limitele specificate de industrie și standardele de stat. O turbină cu extracție controlată a aburului poate dezvolta o putere peste valoarea sa nominală dacă aceasta îndeplinește condițiile de rezistență ale pieselor sale.

· Puterea economică a turbinei- puterea la care turbina functioneaza cel mai eficient. În funcție de parametrii aburului proaspăt și de scopul turbinei, puterea nominală poate fi egală sau mai mare decât puterea economică cu 10-25%.

· Temperatura nominală de încălzire regenerativă a apei de alimentare- temperatura apei de alimentare din spatele ultimului încălzitor de-a lungul fluxului de apă.

· Temperatura nominală a apei de răcire- temperatura apei de răcire care intră în condensator.

Turbina de gaz(turbină franceză din latină turbo vârtej, rotație) este un motor termic continuu, în aparatul cu palete al căruia energia gazului comprimat și încălzit este transformată în lucru mecanic asupra arborelui. Este format dintr-un rotor (lamele de lucru montate pe discuri) si un stator (pale de ghidare fixate in carcasa).

Gazul, care are o temperatură și o presiune ridicată, intră prin duza turbinei în zona de joasă presiune din spatele duzei, extinzându-se și accelerând simultan. În continuare, fluxul de gaz lovește paletele turbinei, oferindu-le o parte din energia sa cinetică și oferind cuplu paletelor. Paletele rotorului transmit cuplul prin discurile turbinei către arbore. Caracteristici benefice turbină cu gaz: o turbină cu gaz, de exemplu, rotește un generator situat pe același arbore, care este munca utilă a turbinei cu gaz.

Turbinele cu gaz sunt utilizate în motoare cu turbine cu gaz(utilizate pentru transport) și unități cu turbine cu gaz (utilizate la centralele termice ca parte a unităților staționare cu turbine cu gaz, unități cu turbine cu gaz cu ciclu combinat). Turbinele cu gaz sunt descrise de ciclul termodinamic Brayton, care implică compresia adiabatică a aerului, arderea la presiune constantă și apoi expansiunea adiabatică înapoi la presiunea de pornire.

Tipuri de turbine cu gaz

- Motoare de aviație și cu reacție

- Unitate auxiliară de putere

- Turbine industriale cu gaz pentru producerea energiei electrice

- Motoare cu turboax

- Turbine cu gaz radiale

- Microturbine

Din punct de vedere mecanic, turbinele cu gaz pot fi mult mai simple decât motoarele cu ardere internă cu piston. Turbinele simple pot avea o singură parte mobilă: ansamblul arbore/compresor/turbină/rotor alternativ (vezi imaginea de mai sus), fără a include sistemul de alimentare.

Turbinele mai complexe (cele utilizate în motoarele cu reacție moderne) pot avea mai mulți arbori (bobine), sute de pale de turbină, pale de stator în mișcare și un sistem extins de conducte complexe, camere de ardere și schimbătoare de căldură.

În general, cu cât motorul este mai mic, cu atât viteza arborelui (arborilor) este mai mare necesară pentru a menține viteza maximă liniară a palelor. Viteza maxima paletele turbinei determină presiunea maximă care poate fi atinsă, rezultând în putere maxima, indiferent de dimensiunea motorului. Motorul cu reacție se rotește la aproximativ 10.000 rpm și micro-turbina la aproximativ 100.000 rpm.

O turbină cu gaz este un motor în care, în procesul de funcționare continuă, organul principal al dispozitivului (rotorul) transformă (în alte cazuri abur sau apă) în lucru mecanic. În acest caz, jetul de substanță de lucru acționează asupra palelor fixate în jurul circumferinței rotorului, determinându-le să se miște. Pe baza direcției de curgere a gazului, turbinele sunt împărțite în axiale (gazul se mișcă paralel cu axa turbinei) sau radiale (mișcare perpendiculară față de aceeași axă). Există atât mecanisme cu o singură etapă, cât și cu mai multe etape.

O turbină cu gaz poate acționa asupra palelor în două moduri. În primul rând, acesta este un proces activ atunci când este furnizat gaz Zona de lucru pe viteze mari. În acest caz, fluxul de gaz tinde să se miște în linie dreaptă, iar partea curbată a lamei care stă în calea sa îl deviază, rotindu-se singură. În al doilea rând, acesta este un proces reactiv, în care debitul de gaz este scăzut, dar se folosesc presiuni mari. tipul nu se găsește aproape niciodată în forma sa pură, deoarece în turbinele lor este prezent, care acționează asupra palelor împreună cu forța de reacție.

Unde este folosită turbina cu gaz astăzi? Principiul de funcționare al dispozitivului îi permite să fie utilizat pentru a antrena generatoare de curent electric, compresoare etc. Turbinele de acest tip sunt utilizate pe scară largă în transport (unități cu turbine cu gaz pentru nave). În comparație cu analogii de abur, au o greutate și dimensiuni relativ mici, nu necesită instalarea unei camere de cazane sau a unei unități de condensare.

Turbina cu gaz este rapid gata de funcționare după pornire, dezvoltă puterea maximă în aproximativ 10 minute, este ușor de întreținut și necesită o cantitate mică de apă pentru răcire. Spre deosebire de motoarele cu ardere internă, acesta nu are influențe inerțiale de la mecanismul manivelei. de o ori și jumătate mai scurt decât motoarele diesel și de peste două ori mai ușor. Dispozitivele au capacitatea de a funcționa cu combustibil de calitate scăzută. Calitățile de mai sus ne permit să considerăm motoarele de acest tip ca fiind de interes deosebit pentru navele cu hidrofoil și hidrofoil.

Turbina cu gaz ca componentă principală a motorului are și o serie de dezavantaje semnificative. Printre acestea, ei remarcă un nivel ridicat de zgomot, o eficiență mai scăzută decât motoarele diesel, o durată de viață scurtă la temperaturi ridicate (dacă mediul gazos utilizat are o temperatură de aproximativ 1100 o C, atunci durata de viață a turbinei poate fi în medie de până la 750 °C). ore).

Eficiența unei turbine cu gaz depinde de sistemul în care este utilizată. De exemplu, dispozitivele utilizate în sectorul energetic cu o temperatură inițială a gazului peste 1300 de grade Celsius, cu aer în compresor nu mai mult de 23 și nu mai puțin de 17, au un coeficient de aproximativ 38,5% în timpul operațiunilor autonome. Astfel de turbine nu sunt foarte răspândite și sunt utilizate în principal pentru acoperirea vârfurilor de sarcină în sistemele electrice. Astăzi, la o serie de centrale termice din Rusia funcționează aproximativ 15 turbine cu gaz cu o capacitate de până la 30 MW. În instalațiile cu mai multe etape, se realizează un indice de eficiență mult mai mare (aproximativ 0,93) datorită eficienței ridicate a elementelor structurale.

O turbină cu gaz este de obicei numită un motor care funcționează continuu. În continuare vom vorbi despre cum este proiectată o turbină cu gaz și care este principiul de funcționare al unității. Particularitatea unui astfel de motor este că în interiorul acestuia, energia este produsă de gaz comprimat sau încălzit, rezultatul transformării căruia este munca mecanica pe ax.

Istoria turbinei cu gaz

Este interesant că mecanismele cu turbine au început să fie dezvoltate de ingineri cu foarte mult timp în urmă. Prima turbină cu abur primitivă a fost creată în secolul I î.Hr. e.! Desigur, este esențial
Acest mecanism a atins abia acum apogeul. Turbinele au început să fie dezvoltate activ la sfârșitul secolului al XIX-lea, concomitent cu dezvoltarea și îmbunătățirea termodinamicii, ingineriei mecanice și metalurgiei.

Principiile mecanismelor, materialelor, aliajelor s-au schimbat, totul a fost îmbunătățit și acum, astăzi, umanitatea cunoaște cel mai perfect dintre toate anterior. formele existente turbină cu gaz, care este împărțită în Tipuri variate. Există o turbină cu gaz de aviație și una industrială.

O turbină cu gaz este de obicei numită un fel de motor termic; părțile sale de lucru sunt predeterminate cu o singură sarcină - să se rotească datorită influenței unui jet de gaz.

Este conceput în așa fel încât parte principală Turbina este reprezentată de o roată de care sunt atașate seturi de pale. , acționând asupra palelor unei turbine cu gaz, le face să se miște și să rotească roata. Roata, la rândul său, este legată rigid de arbore. Acest tandem are un nume special - rotor de turbină. Ca urmare a acestei mișcări care are loc în interiorul motorului cu turbină cu gaz, se obține energie mecanică, care este transmisă unui generator electric, unei elice de navă, unei elice de avion și altor mecanisme de funcționare cu un principiu de funcționare similar.

Turbine active și de reacție

Efectul unui jet de gaz asupra palelor turbinei poate fi dublu. Prin urmare, turbinele sunt împărțite în clase: clasa de turbine active și reactive. Turbinele cu gaz reactive și active diferă prin principiile lor de proiectare.

Turbină cu impuls

O turbină activă se caracterizează prin faptul că există o rată mare de flux de gaz către paletele rotorului. Cu ajutorul unei lame curbate, fluxul de gaz se abate de la traiectoria sa. Ca urmare a abaterii, se dezvoltă o forță centrifugă mare. Cu ajutorul acestei forțe lamele sunt puse în mișcare. Pe parcursul întregului traseu descris al gazului, o parte din energia acestuia se pierde. Această energie este direcționată către mișcarea rotorului și a arborelui.

Turbină cu reacție

Într-o turbină cu reacție totul este oarecum diferit. Aici, gazul curge către palele rotorului cu o viteză mică și sub influența unui nivel ridicat de presiune. Forma paletelor este, de asemenea, diferită, datorită căreia viteza gazului crește semnificativ. Astfel, curentul de gaz creează un fel de forță reactivă.

Din mecanismul descris mai sus rezultă că proiectarea unei turbine cu gaz este destul de complicată. Pentru ca o astfel de unitate să funcționeze fără probleme și să aducă profit și beneficii proprietarului său, întreținerea acesteia ar trebui să fie încredințată unor profesioniști. Companiile de profil oferă servicii întreținerea serviciului instalatii care folosesc turbine cu gaz, furnizare de componente, tot felul de piese si componente. DMEnergy este una dintre astfel de companii (), care oferă clienților lor liniște sufletească și încredere că nu vor rămâne singuri cu problemele care apar în timpul funcționării unei turbine cu gaz.

Unități de putere - acționările generatoarelor electrice pentru centrale termice mici autonome pot fi motoare diesel, cu piston pe gaz, microturbină și turbină cu gaz.

S-a scris despre avantajele anumitor instalații și tehnologii de generație un numar mare de discuții și articole polemice. De regulă, în disputele din condei, fie unul, fie celălalt rămâne adesea în dizgrație. Să încercăm să ne dăm seama de ce.

Criteriile determinante pentru alegerea unităților de putere pentru construcția centralelor autonome sunt aspectele legate de consumul de combustibil, nivelul costurilor de exploatare, precum și perioada de rambursare a echipamentelor centralei.

Factorii importanți în alegerea unităților de putere sunt ușurința în exploatare, nivelul întreținereși reparații, precum și locul unde se efectuează reparațiile unității de alimentare. Aceste probleme sunt legate în primul rând de costurile și problemele pe care le poate avea ulterior proprietarul unei centrale autonome.

În acest articol, autorul nu are un obiectiv egoist de a acorda prioritate în favoarea tehnologiilor cu piston sau turbine. Este mai corect și mai optim să selectați tipurile de centrale electrice ale centralelor electrice direct la proiect, în funcție de condițiile individuale și termeni de referinta client.

Atunci când alegeți echipamente electrice pentru construcția unei centrale autonome de cogenerare pe gaz, este recomandabil să vă consultați cu specialiști independenți de la companii de inginerie deja implicate în construcția de centrale electrice la cheie. O companie de inginerie trebuie să aibă proiecte finalizate care pot fi vizualizate și luate într-un tur. De asemenea, ar trebui să se ia în considerare un astfel de factor precum slăbiciunea și subdezvoltarea pieței de echipamente de generare din Rusia, ale căror volume reale de vânzări, în comparație cu țările dezvoltate, sunt mici și lasă mult de dorit - aceasta, în primul rând, se reflectă în volumul și calitatea ofertelor.

Motoare cu piston pe gaz vs motoare cu turbină cu gaz - costuri de exploatare

Este adevărat că costurile de exploatare ale unui mini-CHP cu mașini cu piston sunt mai mici decât costurile de exploatare a unei centrale electrice cu turbine cu gaz?

Costul reviziei unui motor cu piston pe gaz poate fi de 30–350% din costul inițial al unității de alimentare în sine și nu al întregii centrale electrice - în timpul reviziei, grupul de piston este înlocuit. Reparația unităților cu piston cu gaz poate fi efectuată la fața locului fără echipamente complexe de diagnosticare o dată la 7-8 ani.

Costul reparației unei turbine cu gaz este de 30–50% din investiția inițială. După cum puteți vedea, costurile sunt aproximativ aceleași. Prețurile reale și oneste pentru turbinele cu gaz și unitățile cu piston, de putere și calitate comparabile sunt, de asemenea, similare.

Datorită complexității sale, reparațiile majore ale unei unități cu turbină cu gaz nu sunt efectuate la fața locului. Furnizorul trebuie să ia unitatea folosită și să aducă o unitate de schimb cu turbină cu gaz. Vechea unitate poate fi restaurată numai în condițiile din fabrică.

Ar trebui să țineți cont întotdeauna de respectarea programului de întreținere de rutină, de natura sarcinilor și a modurilor de funcționare ale centralei electrice, indiferent de tipul de unități de putere instalate.

Întrebarea, care este adesea discutată, despre natura capricioasă a turbinei față de condițiile de funcționare, este asociată cu informații învechite de acum patruzeci de ani. Apoi, „la sol”, pentru a conduce centralele electrice, au fost folosite turbine de avioane „scoate din aripa” aeronavei. Astfel de turbine, cu modificări minime, au fost adaptate să funcționeze ca principale unități de putere pentru centralele electrice.

Astăzi, centralele autonome moderne folosesc turbine de design industrial, concepute pentru funcționare continuă cu sarcini variate.

Limita inferioară a sarcinii electrice minime, declarată oficial de fabricile de producție pentru turbine industriale, este de 3–5%, dar în acest mod, consumul de combustibil crește cu 40%. Sarcina maximă a unei turbine cu gaz, în intervale de timp limitate, poate ajunge la 110-120%.

Unitățile moderne cu piston cu gaz au o eficiență fenomenală, bazată pe un nivel ridicat de eficiență electrică. „Problemele” asociate cu funcționarea unităților cu piston cu gaz la sarcini mici sunt rezolvate pozitiv în faza de proiectare. Designul trebuie să fie de înaltă calitate.

Respectarea modului de funcționare recomandat de producător va prelungi durata de viață a pieselor motorului, economisind astfel bani pentru proprietarul unei centrale electrice autonome. Uneori, pentru a aduce mașinile cu piston pe gaz la modul nominal la sarcini parțiale, în proiectarea circuitului termic al stației sunt incluse una sau două cazane electrice, care fac posibilă asigurarea a 50% din sarcină dorită.

Pentru centralele electrice bazate pe unități cu piston cu gaz și turbine cu gaz, este important să se respecte regula N+1 - numărul de unități de funcționare plus încă una pentru rezervă. „N+1” este un număr convenabil, rațional de instalații pentru personalul de exploatare. Acest lucru se datorează faptului că pentru centralele electrice de orice tip și tip este necesar să se efectueze reglementări și lucrari de renovare.

O întreprindere conectată la rețea poate instala o singură instalație și poate folosi propria energie electrică contra cost, iar în timpul întreținerii, poate fi alimentată de la rețeaua electrică generală, plătind conform contorului. Acest lucru este mai ieftin decât „+1”, dar, din păcate, nu este întotdeauna fezabil. Acest lucru se datorează de obicei lipsei unei rețele electrice sau costului incredibil de mare specificatii tehnice pentru conexiunea în sine.

Dealerii fără scrupule de unități cu piston cu gaz și turbine cu gaz oferă, de regulă, numai broșuri - literatură comercială - înainte de a vinde echipamentul cumpărătorului plan generalși extrem de rar - informații precise despre costurile complete de funcționare și reglementările tehnice realizate.

La unitățile puternice cu piston cu gaz, uleiul nu trebuie schimbat. La loc de munca permanent este pur și simplu produs fără a avea timp să îmbătrânească. Uleiul în astfel de instalații este în mod constant completat. Astfel de moduri de funcționare sunt asigurate de designul special al motoarelor puternice cu piston pe gaz și sunt recomandate de producător.

Deșeurile de ulei de motor sunt de 0,25–0,45 grame pe kilowatt pe oră produs. Burnout-ul este întotdeauna mai mare atunci când sarcina scade. De regulă, setul de motor cu piston pe gaz include un rezervor special pentru adăugarea continuă a uleiului și un mini-laborator pentru verificarea calității acestuia și determinarea perioadei de înlocuire.

În consecință, filtrele de ulei sau cartușele din ele trebuie de asemenea înlocuite.

Deoarece ulei de motorîncă se ard, unitățile cu piston au puțin mai mult nivel inalt emisii nocive în atmosferă decât instalațiile cu turbine cu gaz. Dar, din moment ce gazul arde complet și este unul dintre cele mai curate tipuri de combustibil, a vorbi despre o poluare gravă a aerului înseamnă doar „tocește săbiile”. Câteva autobuze vechi maghiare Ikarus provoacă daune mult mai grave mediului. Pentru a respecta cerințele de mediu, la utilizarea mașinilor cu piston, este necesară construirea coșurilor de fum mai înalte, ținând cont de nivelul existent al concentrațiilor maxime admise în mediu.

Uleiul uzat din instalațiile cu piston cu gaz nu poate fi pur și simplu turnat pe pământ - necesită eliminare - aceasta este o „cheltuială” pentru proprietarii centralei electrice. Dar puteți câștiga bani din asta - uleiul de motor uzat este cumpărat de organizații specializate.

Mulți dintre noi folosim ulei de motor în motoarele cu piston ale mașinii noastre. Dacă motorul este în stare bună de funcționare, funcționat corespunzător și alimentat cu combustibil normal, atunci nu vor apărea cataclisme financiare asociate consumului său.

Același lucru este valabil și la centralele cu piston: - nu trebuie să vă fie frică de consumul de ulei de motor, nu vă va distruge, în timpul funcționării normale a centralelor moderne cu piston pe gaz de înaltă calitate, costurile pentru acest articol sunt doar 2 -3 (!) copeici la 1 kW de energie electrică generată.

În unitățile moderne de turbine cu gaz, uleiul este utilizat numai în cutia de viteze. Volumul său poate fi considerat nesemnificativ. Uleiul de transmisie din turbinele cu gaz este înlocuit în medie o dată la 3-5 ani, iar completarea nu este necesară.

Pentru a efectua un serviciu complet, o instalație puternică cu piston cu gaz trebuie să includă o macara cu grindă. Folosind o grindă de macara, părțile grele ale motoarelor cu piston sunt îndepărtate. Utilizarea unei macarale cu grinzi necesită tavane înalte pentru încăperile mașinilor unei centrale electrice cu piston. Pentru a repara unitățile cu piston cu gaz de putere mică și medie, vă puteți descurca cu mecanisme de ridicare mai simple.

La livrare, centralele electrice cu piston pe gaz pot fi echipate cu diverse instrumente de reparații și accesorii. Prezența acestuia implică faptul că chiar și toate operațiunile critice pot fi efectuate de personal calificat la fața locului. Practic toate lucrările de reparații cu turbine cu gaz poate fi realizat fie la producator, fie cu asistenta directa a specialistilor din fabrica.

Bujiile trebuie înlocuite o dată la 3-4 luni. Înlocuirea bujiilor este doar 1-2 (!) copeici în costul a 1 kW/h de energie electrică proprie.

Unitățile cu piston, spre deosebire de turbinele cu gaz, sunt răcite cu lichid, prin urmare, personalul unei centrale electrice autonome trebuie să monitorizeze în mod constant nivelul lichidului de răcire și să îl înlocuiască periodic, iar dacă este apă, atunci trebuie să fie preparat chimic.

Caracteristicile de funcționare menționate mai sus ale unităților cu piston sunt absente în unitățile cu turbine cu gaz. Instalațiile cu turbine cu gaz nu utilizează consumabile și componente precum:

  • ulei de motor,
  • bujie,
  • filtre de ulei,
  • lichid de răcire,
  • seturi de fire de înaltă tensiune.

Dar turbinele cu gaz nu pot fi reparate la fața locului și cu atât mai puțin consum mai mare gazul nu poate fi comparat cu costurile de operare și consumabile pentru unitățile cu piston.

Ce sa aleg? Unități cu piston cu gaz sau turbină cu gaz?

Cum se leagă puterea unităților de alimentare ale centralei electrice cu temperatura mediului ambiant?

Cu o creștere semnificativă a temperaturii mediu inconjurator Puterea unității turbinei cu gaz scade. Dar pe măsură ce temperatura scade, puterea electrică a turbinei cu gaz crește, dimpotrivă. Parametrii de putere electrică, conform standardelor ISO existente, sunt măsurați la t +15 °C.

Uneori punct important este, de asemenea, faptul că o unitate cu turbină cu gaz este capabilă să furnizeze de 1,5 ori mai multă energie termică liberă decât o unitate cu piston de putere similară. Când utilizați o centrală termică autonomă puternică (de la 50 MW). utilitati publice, de exemplu, acest lucru poate avea o importanță decisivă la alegerea tipului de unități de putere, mai ales cu un consum mare și uniform de energie termică.

Dimpotrivă, acolo unde căldura nu este necesară în cantități mari, dar este nevoie de un accent pe producția de energie electrică, va fi mai fezabil din punct de vedere economic să se utilizeze unități cu piston cu gaz.

Temperatura ridicată la ieșirea turbinelor cu gaz permite utilizarea unei turbine cu abur ca parte a centralei electrice. Acest echipament este solicitat dacă consumatorul trebuie să obțină cantitatea maximă de energie electrică cu același volum de combustibil gazos consumat și, astfel, să obțină o eficiență electrică ridicată - până la 59%. Un complex energetic de această configurație este mai dificil de operat și costă cu 30-40% mai mult decât de obicei.

Centralele electrice care au turbine cu abur în structura lor, de regulă, sunt proiectate pentru o putere destul de mare - de la 50 MW și mai sus.

Să vorbim despre cel mai important lucru: unități cu piston cu gaz versus unități de putere cu turbine cu gaz - eficiență

Eficiența unei centrale electrice este mai mult decât relevantă - la urma urmei, afectează consumul de combustibil. In medie consum specific combustibilul gazos la 1 kW/oră produs este semnificativ mai mic pentru o instalație cu piston cu gaz și în orice mod de încărcare (deși sarcinile pe termen lung mai mici de 25% sunt contraindicate pentru motoarele cu piston).

Eficiența electrică a mașinilor cu piston este de 40–44%, iar cea a turbinelor cu gaz este de 23–33% (în ciclul abur-gaz, turbina este capabilă să atingă un randament de până la 59%).

Ciclul abur-gaz este utilizat la centralele de mare putere - de la 50-70 MW.

Dacă trebuie să fabricați o locomotivă, un avion sau o navă maritimă, atunci factorul de eficiență al centralei electrice poate fi considerat unul dintre indicatorii determinanți. Căldura care este generată în timpul funcționării motorului unei locomotive, aeronave (sau nave) nu este utilizată și este eliberată în atmosferă.

Dar nu construim o locomotivă, ci o centrală electrică, iar atunci când alegem tipul de unități de putere pentru o centrală autonomă, abordarea este oarecum diferită - aici este necesar să vorbim despre utilizarea completă a combustibilului - utilizarea combustibilului factor (FUI).

Când este ars, combustibilul îndeplinește activitatea principală - rotește generatorul centralei electrice. Toată energia rămasă din arderea combustibilului este căldură, care poate și ar trebui utilizată. În acest caz, așa-numita „eficiență generală”, sau mai degrabă factorul de utilizare a combustibilului (FUI), al centralei va fi de aproximativ 80-90%.

Dacă consumatorul se așteaptă să folosească energia termică a unei centrale autonome în totalitate, ceea ce este de obicei puțin probabil, atunci factorul de eficiență (COP) al centralei autonome nu are nicio semnificație practică.

Când sarcina este redusă la 50%, eficiența electrică a turbinei cu gaz scade.

În plus, turbinele necesită presiune mare de admisie a gazului, iar pentru aceasta instalează neapărat compresoare (cele cu piston) și, de asemenea, cresc consumul de combustibil.
O comparație a turbinelor cu gaz și a motoarelor cu piston pe gaz ca parte a mini-CHP arată că instalarea turbinelor cu gaz este recomandată la instalațiile care au nevoi electrice și termice uniforme cu o putere de peste 30-40 MW.

Din cele de mai sus rezultă că electric Eficiență energetică unități de diferite tipuri are o proiecție directă asupra consumului de combustibil.

Unitățile cu piston cu gaz consumă un sfert sau chiar o treime mai puțin combustibil decât unitățile cu turbine cu gaz - acesta este principalul element de cheltuială!

În consecință, cu un cost similar sau egal al echipamentului în sine, este mai ieftin Energie electrica obţinute în instalaţiile cu piston cu gaz. Gazul este principalul element de cheltuială la exploatarea unei centrale autonome!

Instalații cu piston cu gaz versus motoare cu turbină cu gaz - presiunea de intrare a gazului

Este întotdeauna necesar să existe o conductă de gaz de înaltă presiune atunci când se folosesc turbine cu gaz?

Pentru toate tipurile de unități de putere moderne ale centralelor electrice, presiunea de alimentare cu gaz nu are o semnificație practică, deoarece unitatea cu turbină cu gaz include întotdeauna un compresor de gaz, care este inclus în costul complexului energetic.

Compresorul oferă caracteristicile de performanță a presiunii necesare ale combustibilului gazos. Compresoarele moderne sunt unități extrem de fiabile și care necesită întreținere redusă. În lume tehnologii moderne, atât pentru motoarele cu piston pe gaz, cât și pentru turbinele cu gaz, este important doar să existe volumul adecvat de combustibil gazos pentru a asigura funcționarea normală a unei centrale autonome.

Cu toate acestea, nu ar trebui să uităm asta Compresorul booster necesită, de asemenea, multă energie, Provizii si servicii. Paradoxal, compresoarele cu piston sunt adesea folosite pentru turbine puternice.

Motoare cu piston pe gaz vs unități cu turbine cu gaz - unități cu combustibil dublu

Deseori se scrie și se spune că instalațiile cu combustibil dublu pot fi alimentate doar cu piston. Este adevarat?

Nu este adevarat. Toți producătorii cunoscuți de turbine cu gaz au unități cu combustibil dublu în gama lor. Principala caracteristică a unei unități cu dublu combustibil este capacitatea sa de a funcționa atât cu gaz natural, cât și cu motorină. Datorită utilizării a două tipuri de combustibil într-o instalație cu combustibil dublu, o serie de avantaje pot fi remarcate în comparație cu instalațiile monocombustibil:

  • in lipsa gazelor naturale, instalatia trece automat la functionarea pe motorina;
  • În timpul proceselor tranzitorii, instalația trece automat la funcționarea cu motorină.

Când se ajunge în modul de funcționare, se efectuează procesul invers de trecere la funcționarea pe gaz natural și motorină;
Nu trebuie să uităm faptul că primele turbine au fost proiectate inițial să funcționeze cu combustibil lichid - kerosen.

Instalațiile cu combustibil dublu au încă o utilizare limitată și nu sunt necesare pentru majoritatea centralelor de cogenerare autonome - există soluții de inginerie mai simple pentru aceasta.

Unități cu piston cu gaz față de unități cu turbină cu gaz - numărul de porniri

Care poate fi numărul de porniri ale unităților cu piston cu gaz?

Număr de porniri: un motor cu piston pe gaz poate fi pornit și oprit de un număr nelimitat de ori, iar acest lucru nu îi afectează durata de viață. Dar pornirile și opririle frecvente ale unităților cu piston cu gaz, cu pierderea alimentării cu energie pentru propriile nevoi, pot duce la uzura celor mai încărcate componente (rulmenți turbocompresor, supape etc.).

Datorită modificărilor bruște ale tensiunilor termice care apar în cele mai critice componente și părți ale secțiunii fierbinți a unei unități cu turbină cu gaz în timpul pornirilor rapide ale unității de la o stare rece, este de preferat să se utilizeze o unitate cu turbină cu gaz pentru o funcționare constantă și continuă. .

Motoare cu piston pe gaz ale centralelor electrice versus unități cu turbine cu gaz - resursă până la revizie

Care este durata de viață a instalației înainte de reparații majore?

Durata de viață a unei turbine cu gaz înainte de o revizie majoră este de 40.000-60.000 de ore de funcționare. Cu funcționarea corectă și întreținerea la timp a unui motor cu piston pe gaz, această cifră este, de asemenea, egală cu 40.000-60.000 de ore de lucru. Cu toate acestea, există și alte situații în care reparațiile majore apar mult mai devreme.

Instalații cu pistoane pe gaz versus motoare cu turbină cu gaz - investiții de capital și prețuri

Ce investiții de capital vor fi necesare pentru construcția unei centrale electrice? Care este costul construirii unui complex energetic autonom la cheie?

După cum arată calculele, investiția de capital (dolar/kW) în construcția unei centrale termice cu motoare cu piston pe gaz este aproximativ egală cu cea a turbinelor cu gaz. Centrala termică finlandeză WARTSILA cu o capacitate de 9 MW va costa clientul aproximativ 14 milioane de euro. O centrală termică similară cu turbină cu gaz bazată pe unități de primă clasă, complet la cheie, va costa 15,3 milioane de dolari.

Motoare cu piston pe gaz versus unități cu turbine cu gaz - ecologie

Cum sunt îndeplinite cerințele de mediu?

Trebuie remarcat faptul că unitățile cu piston cu gaz sunt inferioare unităților cu turbine cu gaz în ceea ce privește emisiile de NO x. Deoarece uleiul de motor se arde, unitățile cu piston au un nivel puțin mai mare de emisii nocive în atmosferă decât unitățile cu turbine cu gaz.

Dar acest lucru nu este critic: SES solicită nivelul de fond în funcție de concentrația maximă admisă la locația mini-CHP. După aceasta, se face un calcul de dispersie, astfel încât „adăugarea” de substanțe nocive din mini-CHP. la fundal nu duce la depăşirea concentraţiei maxime admise. Prin mai multe iterații, se selectează înălțimea minimă a coșului de fum, la care sunt îndeplinite cerințele SanPiN. Adăugarea de la o stație de 16 MW în ceea ce privește emisiile de NOx nu este atât de semnificativă: cu o înălțime a coșului de fum de 30 m - 0,2 MAC, la 50 m - 0,1 MAC.

Nivelul emisiilor nocive de la majoritatea centralelor moderne cu turbine cu gaz nu depășește 20-30 ppm, iar în unele proiecte acest lucru poate avea o anumită semnificație.

Unitățile cu piston experimentează vibrații și zgomot de joasă frecvență în timpul funcționării. Aducerea zgomotului la valorile standard este posibilă, aveți nevoie doar de soluții de inginerie adecvate. Pe lângă calculul dispersiei, la elaborarea secțiunii „Protecția mediului” din documentația proiectului, se face un calcul acustic și se verifică dacă soluțiile de proiectare selectate și materialele folosite îndeplinesc cerințele SanPiN în ceea ce privește zgomotul.

Orice echipament emite zgomot într-un anumit spectru de frecvență. Instalațiile de turbine cu gaz nu au scăpat de această criză.

Instalații cu pistoane pe gaz versus motoare cu turbină cu gaz - concluzii

Sub sarcini liniare și respectarea regulii N+1, este posibilă utilizarea motoarelor cu piston cu gaz ca sursă principală de alimentare cu energie. O astfel de centrală electrică necesită unități de rezervă și rezervoare de stocare pentru al doilea tip de combustibil - motorină.

În domeniul de putere de până la 40-50 MW, utilizarea motoarelor cu piston în mini-CHP este considerată absolut justificată.

În cazul utilizării unităților cu piston cu gaz, consumatorul poate evita complet alimentarea cu energie externă, dar numai cu o abordare atentă și echilibrată.

Unitățile cu piston pot fi utilizate și ca surse de energie electrică de rezervă sau de urgență.

O alternativă la unitățile cu piston sunt microturbinele cu gaz. Adevărat, prețurile pentru microturbine sunt foarte mari și se ridică la ~ 2500–4000 USD per 1 kW de putere instalată!

O comparație a turbinelor cu gaz și a motoarelor cu piston cu gaz ca parte a mini-CHP arată că instalarea turbinelor cu gaz este posibilă la orice instalații care au sarcini electrice mai mari de 14-15 MW, dar datorită consumului mare de gaz, turbinele sunt recomandat pentru centralele de putere mult mai mare - 50-70 MW.

Pentru multe instalații moderne de generație, 200.000 de ore de funcționare nu reprezintă o valoare critică și, sub rezerva programului de întreținere programat și înlocuirea treptată a pieselor turbinei supuse uzurii: rulmenți, injectoare, diverse echipamente auxiliare (pompe, ventilatoare), funcționarea ulterioară a gazului. instalația cu turbine rămâne fezabilă din punct de vedere economic. Unitățile cu piston cu gaz de înaltă calitate depășesc astăzi cu succes 200.000 de ore de funcționare.

Acest lucru este confirmat de practica modernă în exploatarea instalațiilor cu turbine cu gaz/piston cu gaz din întreaga lume.

Atunci când alegeți unități de putere ale unei centrale autonome, este necesară consultarea de specialitate!

Sfatul și supravegherea experților sunt, de asemenea, necesare în timpul construcției centralelor autonome. Pentru a rezolva problema, aveți nevoie de o companie de inginerie cu experiență și proiecte finalizate.

Ingineria vă permite să determinați în mod competent, imparțial și obiectiv alegerea echipamentului principal și auxiliar pentru a selecta configurația optimă - configurația viitoarei centrale electrice.

Ingineria calificată vă permite să economisiți semnificativ bani gheata client, iar aceasta reprezintă 10–40% din costurile totale. Ingineria de la profesioniști din industria energiei electrice vă permite să evitați greșelile costisitoare în proiectare și în alegerea furnizorilor de echipamente.