close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

лекцию

код для вставкиСкачать
Газовые турбины в энергетике –
задачи и возможности
Ст. Петербург
Симпозиум «ГЛЭН»
04.VI.2008
Академик
О.Н. Фаворский
ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГТД)
Авиация
ТВалД
(вертолеты)
ТВинтД
ТРДД (Ф)
Газогенератор
ТВалД
Колесный
транспорт
(ж/дорожн., авто, танки)
Комбинированные (с/зв)
(летательные аппараты)
Газоперекачка
ТВалД
Отбор воздуха
в ГДЛ
Электрогенерация
Энергетика
Транспорт
Судовые
ТРД (Ф)
ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НК-37
Технические характеристики (стандартные условия, газовое топливо)
Мощность, кВт
Эффективный коэффициент полезного действия, %
Частота вращения ротора силовой турбины, об/мин
Степень повышения давления
Температура газов перед турбиной, К
Общетехнический ресурс, час
25000
36.4
3000
23.12
1420
3000
ТРАКТ ВЕНТИЛЯЦИИ
И ОХЛАЖДЕНИЯ
ГАЗОГЕНЕРАТОР С
БАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
МОДУЛЬ
ГАЗОГЕНЕРАТОРА
МОДУЛЬ
СВОБОДНОЙ ТУРБИНЫ
ТОПЛИВНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ (КПД цикла)
Решающее влияние в преобразовании энергии топлива в
механическую энергию на валу теплового двигателя оказывает
максимальная температура сгоревших газов Тmax
Т˚С
КПД %
Доля в РФ max
Поршневые
двигатели
Паровые
турбины
Газовые
турбины
Парогазовые
установки
1800 - 2200
300 - 620
700 - 1700
800 - 1500
40 - 50
20 – 47
(36%)
20 – 45
(36%)
40 – 60 (65)
(52%)
~ 3%
~ 94,5%
~ 1%
~ 1,5%
Потери – энергия (Т) отработавших газов
Тг макс, ˚C
1600
Военная авиация
1400
Гражданская авиация
Газовые турбины
1200
ЭС
Охлаждение
1000
Материалы
800
600
Паровые турбины
400
1950
1970
1990
2010
Годы
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА (ГТУ)
Tg max
Tg min
Развитие параметров
Пк
Усложнение цикла
5
15
35
Тг, °С
700
1000
1300
, %
18
32
42
1.
2.
3.
(Пк = 5;
Регенерация тепла
в теплообменнике (Δвр = 4%)
+ промохл. + промподогрев
( = 0.8)
Тг = 1200°С;
= 30%)
= 0.8
= 44%
0.9
51%
0.95
55%
Исх.
=44%
+2ПО +1ПП
54%
56%
Регенерация тепла паром
(пар. охл.; Пк = 60
Тг = 1600°С) ~ 65% (Карно = 85%)
РАЗВИТИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВОК
Макс. КПД, %
T max
T
N
Топливный элемент + усовершенств. ПГУ
Усовершенств. ПГУ
Простая ПГУ
70%
62 – 64%
52 – 56%
Газовая турбина + топливный элемент
Современная газовая турбина
Простая газовая турбина
54 – 56%
42 – 44%
32 – 36%
N
T min
Современная усоверш. газовая турбина
Простая паровая турбина
42 – 44%-48%
30 – 34%
S
ЭФФЕКТИВНОСТЬ «КАСКАДИРОВАНИЯ» ТЕПЛА
ТС
ТОПЛИВО
ГТУ
ПТУ
N1
Электроэнергия
N2
Электроэнергия
% от Qтоплива
30 - 42
15 - 25
Qт
ТО
Q1
пар высокого давления
ТО
Q2
пар низкого давления
ТО
Q3
горячая вода
ТО
Q4
теплая вода
Qотв
Полный (реальный) кпд до 93 – 94% от Qтоплива
25 - 30
8 – 10
8 – 10
5–8
3-5
ГТД – РЕЗУЛЬТАТ КОМПЛЕКСА ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК
Газодинамика
Термодинамика
Тепломассообмен
Горение,
экология
Материаловедение
ГТД
Технология
производства
Прочность
(литье, механообработка,
пайка, сварка, прессование,
покрытия, термообработка)
Технология
проектирования
Технология
испытаний
ОХЛАЖДЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ
Задачи:
Уменьшение расхода воздуха
Выравнивание поля температур в лопатке
Возможность уменьшения веса
Тв=400С
Тг=1400С
830
950
¯ в ~ 5%
G
Каналы
в стенке
лопатки
1,645%
Давление газа на поверхности и воздуха в каналах
Высота лопатки
Стержни, образующие
каналы в стенке лопатки при литье
НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ РОТОР-СТАТОР ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
ГОРЕНИЕ
Гетерогенное
Гомогенное
Каталитическое
Воздух
Топливо
~ const
≥
Пламя
Воздух
Пламя
Смеситель
Стабилизатор
Катализатор
Проблемы
С
Полнота сгорания,
Стенки
мг/м3
Смешение,
Стабильность фронта
Параметры
сгорания
гомогенное горение,
эксперимент
7 атм
543 К
50
неустойчивость,
виброгорение
1,4
1,6
1,8
рациональный режим
2
NOx
Нu ─ Ккал/кг
¯ ─ полнота
Тmax
Δp
w
расход
топлива
100
эффективность
использования
Тmax ~ 2000С
1500
1000
NOx ~ 150 - 500 ppm
15 - 60
1-3
Сотни уравнений химических реакций с новыми
эффектами взаимодействия частиц и
неравновестностью процессов по тракту
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГОРЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ В КАМЕРАХ
СГОРАНИЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГОУСТАНОВОК
CnHm + воздух + (H2S, COS, CS2)
Кинетика горения
различных
углеводородов: CH4,
C3H8 … i-C8H18, nC10H22
Кинетика образования
N-содержащих
компонентов
Механизм
N2O
Зельдовича механизм
Механизм
Фенимора
NNH
механизм
Кинетика
образования
S-содержащих
компонентов :
SO2, SO3, HSO3,
H2SO4 и др.
Кинетика
образования ионов:
NO+, H3O+, NO3-,
SO2-, HSO4-, CxHy+ и
др.
Механизм образования
элементов группы
HNOy
H2O, CO, CO2, H, O, OH, HO2,
CH, CH2O,органика, сажевые
предвестники (полииновые и
полиароматические молекулы)
NOx, HNOy,
NxHy, CxHy
SO2, SO3,
H2SO4
NO+, H3O+
NO2 , NO3-, SO3-, HSO4CxHy+, полиароматические
углеводородные и
фуллереноподобные ионы
Формирование газообразных соединений, жидких
сульфатных и сажевых аэрозолей в выхлопных
струях
СХЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СТЕНОК
Струйная
Конвективная
Пленочная
Холодный воздух
Холодный воздух
Горячий газ
Горячий газ
0,4
Gохл/G
Тг ~ 1500С
Горячий газ
С покрытием
Металл
Покрытие
струйное
0,3
пленочное
Комбинированная
Металл
0,2
С-С стенки
конвективно-пленочное
Керамические сегменты
комбинированное и
с покрытием
0,1
Микропористая
0
900
1100
1300
tстC
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ГТУ
Тип ГТУ, изготовитель, год выпуска
ГТ6001,5,
НЛЗ
ГТ7004,
НЛЗ
ГТ35,
ХТГЗ
ГТ70012М,
НЛЗ
ГТ70025,
ЛМЗ
ГТ12-3,
ЛМЗ
ГТУ50,
ХТГЗ
ГТ45,
ХТГЗ
ГТ100,
ЛМЗ
ГТ150,
ЛМЗ
1955
1957
1970
1961
1969
1955
1960
1989
1969
1989
Начальная
температура газов, °C
600
700
770
700
700
Мощность ГТУ. МВт:
1,72
3,9
31
10,5
КПД ГТУ, %:
18,2
16,0
23,5
Расход воздуха, кг/с
29,2
45,9
Максимальное
давление в цикле,
105 Па
3,57
4,92
Показатель
650
800
*
900
750
*
1100
650
770
23,0
13,6
43,5
51,0
91
144
24,5
22,0
25,0
27,8
28,0
27,1
30
227
92,0
188
91,5
190
271
427
630
6,55
6,85
9,15
14,6
16,35
7,8
22,3
13,0
750
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ
Разработчик,
производител
ь
ОАО ЛМЗ
Электрическая
мощность,
МВт
КПД,
%
Номинальная
мощность
ГТ/ПТ, МВт
Модель
Модель ГТ/ПТ
ПГУ-270
ГТЭ-180/ К-100
ОАО ЛМЗ/
ОАО ЛМЗ
Проект
270
54,5
178/100
ПГУ-450
ГТЭ-160/ К-150
-«-
2001
450
51,7
150/190
ПГУ-230
ГТЭ-150/ К-70
-«-
Проект
230
51,2
150/70
ПГУ-170
ГТД-110/
ПТУ-60
НПО
«Сатурн» /
ОАО ЛМЗ
2002
170
52,8
110/60
ПГУ-325
ГТД-100 /
К-110-6,5
-«-
Проект
325
51,5
107,5/110
ГТЭ-45У /
Т-40-7,5
ОАО
«Турбомоторный
завод»
Проект
125
50,5
42/40
НПО
«Сатурн»
ОАО
«Турбомоторный завод»
Год начала
серийного
производств
а ГТ
Производитель ГТ/ПТ
ПГУ-150
СТОИМОСТЬ - РАЗМЕРНОСТЬ ГТУ
Цена металла
Удельная трудоемкость
Удел. вес
10
18
Мощность
Мощность
Трудоемкость
1
Модульность
Неоснащенное производство
0.5
1
10
100
Оснащение
Количество изделий
1.
2.
3.
Вес узлов (краны, фундаменты…)
Время простоя в ремонте
Качество ремонта - ресурс
Главный конструктор и руководитель
МНПО Союз (завод 300)
1973-1987 г.г.
Созданы:
завершение доводки и сдача в эксплуатацию двигателя Р27-300;
газотурбинный двигатель Р95-300, одновальный, двухконтурный,
уникальный по весу и экономичности;
газотурбинный двигатель Р79-300, двухконтурный с форсажом в
поворотном на 110˚ сопле, до сих пор нет аналогов в мире;
длительно работающий газодинамический лазер 180 кВт (18 кВт/кг
возд.) на основе Р27-300;
турбовальный двигатель ТВ-О-100 (720 л.с.);
проект ГТУ 25 МВт для Невского завода (изготовлены и испытаны)
Р27В-300
Р95-300
Р79В-300
Сопло (Р79В-300)
ТВ-0-300
ГАЗОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА ГТЭ-20/55СТ
Производственное объединение «Нафтан» г. Новополоцк, Беларусь
Номинальная/пиковая мощность, МВт - 20
Коэффициент полезного действия
на номинальном режиме, %
- 33
Введена в эксплуатацию в 2000 – 2001 г.г.
Окупилась в 2005 г.
ГАЗОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА ГТЭ-30-300
Номинальная/пиковая мощность, МВт - 30/33
Коэффициент полезного действия
на номинальном режиме, %
- 36
РОССИЙСКИЕ ГТУ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Марка
ГТУ-2.5П
ГТУ-4П
ГТУ-16П
Город, фирма
Мощность, КПД,
МВт
%
ТЭС-75
ГТЭ-1500
ГТУ-1500
Калуга, ОКБМ
Ст. Петербург, Пролет.завод
Ст. Петербург, НПО Климова
0.075
1.2
1.2
12
21
25
ГТУ-2.5П
ГТА-2,5Р/Н
ГТУ-4П
ГТУ-6П
ГТД-6РМ
ГТУ-95
Пермь, Авиадвигатель
Рыбинск, Сатурн
Пермь, Авиадвигатель
Пермь, Авиадвигатель
Рыбинск, Сатурн
Уфа, Мотор
2.5
2.5
4.0
6.3
6.6
10
21.8
26.5
24.7
26.9
25
31
ГТ-9000
НК-14Э
ГТУ-16П
ГТЭ-16
НК-1618
Вельск, Эн.авиа
Самара, НПО Кузнецова
Пермь, Авиадвиг.
Ст. Петербург, Невск. завод
Самара, НПО Кузнецова
9
10
16.4
16
16
37.2
32
35.8
32.5
29
ГТЭ-16
ГТЭ-20/55Ст
ГТУ-20С
Екатеринбург, Турбомотор.
Москва, Энергоавиа
Москва, Салют
16
20
20
30.4
31.7
32.6
НК-37
Самара, НПО Кузнецова
25
36
АЛ-31СТ
За 2001-2007 г.г. введено:
в электроэнергетике 226 агрегатов (160 российских) — около 1300 мВт
ГТЭ-1500
НК-14Э
НК-37
УДЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ РОССИЙСКИХ ПГУ И ГТУ-ТЭЦ на газе
Удельная стоимость российских ПГУ и ГТУ-ТЭЦ на газе, дол/кВт
ПГУ
500 мВт/ВТИ
ГТУ-ТЭЦ
20мВт/55ст
Газотурбинная установка
117
20%
165
54%
Паровая турбина
63
10.8
-
-
Котел
99
17
100
16.6
Электрооборудование
49
8.4
40
6.7
КИП и автоматика
45
7.7
25
4.2
Пароводяной тракт
47
8
-
-
Проект
54
9.2
35
5.2
Строительство
45
7.7
35
5.2
Финобеспечение
65
11.1
20
3.3
584
100% 420
В с е г о:
N - 157 МВт
N – 169,2 МВт
N – 165 МВт
Сименс
GE
Alstom
ГТУ
V – 94,2
PG – 92,31
GT - 13
143 дол/кВт
154 дол/кВт
157 дол/кВт
100%
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГТУ В ЭНЕРГЕТИКЕ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ГАЗЕ
Замена 50% ПТ на ПГУ
Замена 50% котельных на ГТУ-ТЭЦ
ТЭЦ
централизованные
+13 ГВт
КЭС
+12 ГВт
децентрализованные
+65 ГВт
25 ГВт
+22 ГВт
87 ГВт
112 ГВт – без строительства новых
А) тот же газ, но меньше тепла на 20%
то же тепло, но больше газа на 22%
Б) то же тепло, но больше газа на 13%
(вдвое выгоднее, чем новые ТЭС)
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
17
Размер файла
14 602 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа