Газотурбинные технологии 2002 №3 (электронная версия)

Описание товара

Газотурбинная электростанция на полярном круге

Технология малоэмиссионного горения RQQL

Газотурбинная электростанция на Полярном круге

Г. Цыпленкин — ЗАО «Корпорация «Кольцо»

В Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО), где сосредоточены крупнейшие в России месторождения углеводородного топлива, реализуется программа развития малой энергетики. Ее цель не только повысить надежность электроснабжения и снизить зависимость региона от поставок энергоносителей извне, но и значительно эффективнее использовать топливо.
Одним из пилотных проектов данной программы стало строительство газотурбинной электростанции в г. Салехарде, заказчиком которого выступило «Управление по строительству газопроводов и газификации ЯНАО».
Актом государственной приемочной комиссии от 20.04.2002 г. была принята в эксплуатацию 1-я очередь газотурбинной электростанции ГТЭС-3 мощностью 36 МВт в г. Салехарде. Мощность первого пускового комплекса — 24 МВт.
В качестве привода генератора электростанции применен газотурбинный двигатель ДЦ59Л производства ПО «Зоря», созданный на базе судового. Разработку проекта и комплексно-материальной части, шеф-монтажные и пусконаладочные работы выполняло НПП «Машпроект». (В настоящее время эти фирмы объединились, образовав государственное предприятие «НПКГ «Зоря» — «Машпроект».)
Электрическая мощность газотурбогенератора ГТГ12В-01 — 12 МВт. Количество утилизируемого тепла на одном агрегате — 20 Гкал/ч. Эффективность использования топлива установки достигает 80%.

Технология малоэмиссионного горения RQQL

А. Иноземцев, В. Токарев — ОАО «Авиадвигатель»

Снижение норм на эмиссию NОx и СО потребовало разработки и применения в стационарных ГТД принципиально новых технологий организации процесса горения и, соответственно, изменения конструкции камер сгорания, систем автоматического управления малоэмиссионным горением в системе «камера сгорания — двигатель».
Поэтапное усовершенствование малоэмиссионного горения, когда концентрация NOx этапами уменьшается с 150 до 100 и 80 мг/нм3, позволяет избежать возникновения критических ситуаций при эксплуатации ГТД.
В наибольшей степени с позиций надежности ГТД этому соответствует технология малоэмиссионного горения: «богатое» горение — резкое разбавление — «бедное» горение / Rich — Quick Quench — Lean (RQQL).
В ГТД с pк* > 20, при условии гарантированного уровня NOx = 80 или 100 мг/нм3, технология RQQL является альтернативой технологии горения «бедной» топливовоздушной смеси.
Камера сгорания RQQL не имеет проблем с «проскоком пламени» и самовоспламенением топлива в смесительном модуле, что возможно в камере с предварительным смешением. В ней отсутствует сложный процесс регулирования геометрии. Число форсунок равно числу жаровых труб. Применяется один топливный коллектор для подвода топлива к форсункам и один дозатор в САУ. Такая камера сгорания не требует при эксплуатации настройки режима горения. Для работы на дроссельных режимах мощности не требуется перепуск воздуха из компрессора или камеры сгорания, а также регулирование компрессора, т.е. кпд ГТД не ухудшается.
Камера сгорания RQQL не увеличивает стоимость производства ГТД. Простые конструкции камеры сгорания и САУ обеспечивают низкие затраты на техническое обслуживание ГТД в эксплуатации.

Особенности проектирования выхлопного патрубка ГТД-110

С. Вершковский, Б. Исаков, В. Стародубец, В. Федан — ГП НПГК «Зоря» — «Машпроект»

Выхлопной патрубок должен обеспечивать эффективное снижение скорости потока с минимальными потерями полного давления и максимальное снижение статического давления за турбиной. В связи с этим специалистами НПП «Машпроект» предложена конструкция выхлопного диффузора ГТД-110, обеспечивающая максимальную газодинамическую эффективность.
Предварительная проработка показала, что для снижения скоростного напора до принятых 100 мм вод. ст. эффективный диффузор должен состоять из 4-метровой цилиндрической части (диаметром 2900 мм) и 7-метровой конической (с выходным диаметром 4000 мм). Был принят окончательный вариант выхлопного патрубка — из шести цилиндрических секций, образующих ступенчатый диффузор.
При работе ГТД-110 в составе парогазовой установки с котлом-утилизатором расчетное давление газа за последней ступенью турбины Рог = 1,085 кг/см?; избыточное статическое давление за рабочими лопатками ?Рст = 687 мм вод.ст; разрежение на входе в диффузор за опорным венцом двигателя — 364 мм вод.ст.; скорость на выходе из — 69,3 м/с, скоростной напор — 113 мм вод.ст.
Применение выхлопного диффузора в ГТД-110 позволило получить статическое давление за турбиной ниже атмосферного, что увеличило располагаемый теплоперепад в турбине и полезную мощность.

Термобарьерные покрытия: повышение тепловой защиты

Митчелл Дорфман, Крис Дамбра — Sulzer Metco

Термобарьерные покрытия имеют первостепенное значение для увеличения срока службы промышленных газовых турбин, авиационных двигателей и судовых дизелей. Фирма Sulzer Metco постоянно занимается совершенствованием материалов, оборудования и производственных процессов в области термобарьерных покрытий.
В настоящее время воспроизводимые микроструктуры покрытия могут быть получены при использовании новых механизмов разработки порошков, конструкций плазматронов, систем контроля и манипулирования. Их использование позволяет получить широкую гамму уникальных микроструктур ТБП с различными свойствами. После соответствующей доработки применительно к специфическим условиям они могут использоваться в аэрокосмических отраслях и в производстве промышленных газовых турбин.

Опыт использования конвертированного корабельного ГТД для привода компрессора ПХПГ

Л. Игнатенко — ГП НПГК «Зоря» — Машпроект»

Компрессорные станции на региональных ПХПГ имеют небольшую мощность — от 3 до 6 МВт. Примером ГПА для регионального хранилища классического типа может служить агрегат мощностью 3 МВт, установленный на ПХПГ «Штрамберк». В нем эксплуатируется центробежный компрессор «ЧКД Прага Энерго» (Чехия) и приводной газотурбинный двигатель GT3000 (ГП НПГК «Зоря» — Машпроект»).
Газотурбинный двигатель GT3000 построен на базе корабельного реверсивного двигателя 3-го поколения М75, используемого в качестве маршевого на ракетных катерах. Двигатель имеет высокие экономические характеристики для своего уровня мощности. Коэффициент полезного действия на номинальной мощности 3,36МВт (в условиях ISO2314) составляет 30,5%.
Силовая турбина выполнена в нереверсивном исполнении. На мощности 3 МВт она имеет оптимальную частоту вращения 9700 об/мин, что соответствует частоте вращения компрессора. Рессора, соединяющая силовую турбину с компрессором, выполнена разъемной, со смещаемым «колоколом». Это позволяет осматривать и менять концевые уплотнения и подшипники компрессора без полного демонтажа рессоры со стороны силовой турбины. Двигатель переведен с жидкого на газообразное топливо.

Применение регенерированных восков при производстве моделей лопаток ГТД

В. Черников, В. Савин, А. Зеленцов — ООО «СП «АЛЬСТОМ Пауэр Унитурбо»

Изготовление восковых моделей с требуемым качеством и уровнем физико-механических свойств является одним из важных звеньев в сложной цепочке производства лопаток ГТД методом литья по выплавляемым моделям.
На АЛЬСТОМ Пауэр Унитурбо разработан и внедрен технологический процесс регенерации восковых составов, применяемых для производства моделей лопаток и элементов ЛПС.
Регенерация вытопленных из керамической оболочки восков производится на существующем и имеющемся практически на всех серийных предприятиях СНГ оборудовании.
Задача регенерации вытопленных восков сводится к выпариванию влаги и удалению посторонних включений, в основном керамических загрязнений от форм.
Разработанный технологический процесс регенерации вытопленных восков на АЛЬСТОМ Пауэр Унитурбо позволил с 2000 г. получить экономию восковых составов при производстве моделей лопаток ГТД от 0,04 до 2,0 кг на одну модель лопатки в зависимости от их габаритов и количества в блоке и практически отказаться от приобретения восковых составов для производства моделей элементов ЛПС.

«Огневое» испытание камеры сгорания

В. Лесунов — ОАО «УМПО»

Каждый комплект камеры сгорания (КС) двигателей типа АЛ-31 проверяется огневыми испытаниями на установке ИУ 846 II, спроектированной и изготовленной в ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение». Испытания проводятся с целью контроля заданной радиальной и окружной эпюр неравномерности поля температуры газа в выходном сечении.
Автономная полноразмерная установка обеспечивает в камере сгорания на режимах испытаний параметры воздуха, газа и топлива, требуемые техническими условиями и максимально приближенные к реальности.
Установка размещается в трех боксах, предназначенных для стендовых испытаний ГТД. В одном из них установлен двигатель Р29Б-300 для подогрева воздуха. Он доработан отборами воздуха от рубашки камеры сгорания, к которым подсоединены воздуховоды. В двух других боксах размещены сами установки.
По полученным результатам испытаний для обеспечения требуемого температурного поля производится доработка жаровой трубы путем рассверливания отверстий обечайки.

«Турбоэнергопром» — эксклюзивный дистрибьютор P&W в России и странах СНГ

Созданная в конце 2000 года компания ООО «Турбоэнергопром» является эксклюзивным дистрибьютором в России и странах СНГ газотурбинных установок производства компании Pratt & Whitney Power Systems (США) и Pratt & Whitney Canada. В деятельность компании входит маркетинг, реализация, строительство и обслуживание газотурбинных установок.
Продукция Pratt & Whitney Power Systems, предлагаемая ООО «Турбоэнергопром» — это газотурбинные энергетические установки (ГТУ) мощностью от 0,5 до 5 МВт (серия ST) и от 25 МВт. Они построены на основе двигателя FT8, прототипом которого послужил очень надежный и простой в эксплуатации авиадвигатель JT8D производства Pratt & Whitney.
«Турбоэнергопром» также представляет на российском рынке промышленные и морские ГТУ серии ST производства канадского подразделения корпорации United Technologies — компании Pratt & Whitney Canada. Эти ГТУ являются модификацией проверенных и надежных авиадвигателей РТ6 и PW100 с наработкой свыше 200 млн часов.

Упрочнение бандажных полок лопаток турбины жаропрочными сплавами

И. Перемиловский, И. Петрик — ОАО «Мотор Сич»

Ресурс газотурбинного двигателя в значительной степени определяется ресурсом турбины. Надежность турбины обеспечивают рабочие лопатки, которые подвергаются действию высоких температур и значительных нагрузок.
При длительной эксплуатации начинается процесс износа лопаток и, прежде всего, бандажных полок. Между ними увеличиваются зазоры, в лопатке возникают переменные напряжения, результатом которых может стать ее разрушение.
Эффективным способом увеличения долговечности лопаток является наплавка их бандажных полок износостойким сплавом.
Для наплавки использовался жаропрочный сплав на кобальтовой основе ХТН-61, рабочие характеристики которого обеспечивают работу при температуре 1000°С. Новый сплав применяется для упрочнения бандажных полок монокристаллических лопаток или изготовленных методом направленной кристаллизации. По жаростойкости и прочности монокристаллы значительно превосходят сплавы для равноосного литья, так как окисление и разрушение наблюдается, прежде всего, по границам зерен.
Наплавка производилась аргонодуговым способом (АДС). В качестве материала использовались прутки сплава диаметром 1,8-2 мм, длиной 80 мм, полученные специальными методами.

Основные направления разработок оборудования ОАО ТКЗ «Красный котельщик»

Ю. Новиков, В. Иваненко, В. Скрыль — ТКЗ «Красный котельщик»

ОАО ТКЗ «Красный котельщик» (г. Таганрог Ростовской области) — старейший завод России по производству энергетического оборудования. Передовая техническая оснащенность, широкие производственные возможности и развитая социальная инфраструктура предприятия позволяют производить:
· энергетические, промышленные и бытовые котлы;
· парогенераторное оборудование для парогазовых установок;
· теплообменное и водоподготовительное оборудование;
· продукцию общемашиностроительного и бытового назначения.
Наибольшие известность и авторитет завод получил как основной производитель традиционной котельной продукции с высокими и сверхкритическими параметрами пара для энергоблоков мощностью 150, 200, 250, 300, 800 и 1200 МВт.
С 1992 года ТКЗ приступил к созданию оборудования с котлами-утилизаторами, позволяющими в зависимости от вида ГТУ получать максимальный кпд парогазового блока (более 60% при температуре газов на входе 1500°С).
Были разработаны аванпроекты широкой серии изделий для работы в составе ПГУ мощностью от 1,5 до 450 МВт с одним, двумя и тремя уровнями давления.
В течение нескольких десятилетий в ТКЗ ведутся работы по созданию оборудования для ПГУ со сбросом дымовых газов из ГТ в котлы традиционных конструкций в качестве «окислителя» для горения топлива.
Учитывая актуальность использования на отечественных электростанциях твердого топлива, следует принять во внимание опыт ТКЗ «Красный котельщик» в создании ПГУ с внутрицикловой газификацией угля.
Кроме новых разработок по основным направлениям развития ПГУ, завод продолжает работу по оптимизации важнейших узлов оборудования (например, отработка эффективной тепловой изоляции газоходов) и внедрение технологических решений (модернизация линий изготовления спирально оребренных труб).