ГТ-150 ЛМЗ.. ГТУ типа GT200.

ГТ-150 ЛМЗ.

Турбогруппа ГТ-150 представляет собой осесимметричный транспортабельный блок. Дисковые роторы компрессора и. турбины опираются на три подшипника. Противоточные пламенные трубы камеры сгорания размещаются каждая в своем корпусе вокруг вала ГТУ. Забор воздуха осуществляется через угловой входной патрубок, не воспринимающий нагрузок от турбогруппы; выход газов — через осевой диффузор, в котором восстанавливается энергия выходной скорости, достигающей за последней ступенью турбины 300 м/с. В выхлопной части размещена опора заднего подшипника турбины. Ребра, связывающие ее с корпусом турбогруппы, защищены от воздействия потока газов тонкостенными кожухами и охлаждаются воздухом так, чтобы температура внутренней силовой обечайки, на которую опирается корпус подшипника, не превышала 470 К, а радиальные градиенты температуры 50 К. Это обеспечивает стабильность формы и геометрического положения опоры и надежную работу подшипника.

Имеющиеся на корпусе турбогруппы горизонтальный и несколько вертикальных разъемов обеспечивают удобный доступ для контроля и ремонта- деталей. Корпус опирается на раму в шести точках: две стойки выполнены неподвижными и образуют фикспункт агрегата; четыре, закрепленные на осях, — качающимися: две между компрессором я турбиной и две в районе III—IV ступеней турбины.

Многовальные ГТУ простого цикла

ГТУ на базе авиационных двигателей. Энергетические ГТУ, созданные, на базе авиационных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей, 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). 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 небольшой 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 изготовляется по измененной технологии или из других материалов.. Параллельно осуществлялись мероприятия по повышению мощности и КПД путем совершенствования турбо-машин, увеличения расхода воздуха, степени сжатия и начальной температуры газов и улучшению эксплуатационных 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. Наиболее мощной из этих ГТУ является установка с генератором газа типа LM5000, созданным фирмой «Дженерал Электрик», с использованием до 70% деталей турбовентиляторного ГТД CF6.

Вентиляторная ступень ГТД снята и заменена двумя первыми ступенями пятиступенчатого КНД со степенью сжатия 2, 5. После КНД предусмотрен антипомпажный сброс воздуха, открывающийся при пуске и на малых нагрузках. Входная часть корпуса КНД выполнена с горизонтальным разъемом, используя который, можно в эксплуатационных условиях осматривать изаменять лопатки первых трех ступеней. Одновальный КВД (14 ступеней) сжимает воздух до 3 МПа. Положение поворотных входного направляющего аппарата и статорных лопаток первых шести ступеней КВД регулируется при пусках и малых нагрузках. Ротор КВД состоит из переднего концевика с диском I ступени, дисков II, X и XIV ступеней, барабанов III—IX и XI—ХЩ ступеней и заднего концевика с уплотнениями. Лопатки первых ступеней изготовлены из титановых, последних — из никелевых сплавов. Первые три направляющие аппарата выполнены с внутренними бандажами, рабочие лопатки I ступени также имеют бандажную связь посередине высоты. В корпусе КВД имеются горизонтальный разъем и отверстия для осмотра всех ступеней с помощью бороскопа.

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 1423—1453 К.

КВД приводится во вращение двухступенчатой ТВД, все лопатки которой охлаждаются воздухом, отбираемым за VIII и XIV ступенями КВД. Ротор

КВД —ТВД выполнен трехопорным; как обычно, в ГТД используются

подшипники качения.

Энергетические ГТУ с агрегатом LM. 5000 спроектированы и выпускаются несколькими фирмами. Они оснащаются трехступенчатой силовой турбиной, ротор и статор которой, выполняются охлаждаемыми (температура газов на входе в силовую турбину 938—973 К, давление — до 420 кПа). На корпусе силовой турбины имеется горизонтальный разъем. Для запуска ГТУ используется воздушная турбина, развивающая мощность 100 кВт, которая вращает вал КВД — ТВД. Продолжительность нормального пуска до включения электрического генератора в сеть составляет 7, ускоренного — 3 мин; нагружение в обоих случаях производится за 1 мин.

ГТУ типа GT200.

Результатом объединения опыта фирм «Сталь-Лаваль» (Stal-Laval) в области энергетического машиностроения и «Юнайтид Текнолоджиз» (United Tecnologies) в области авиационных двигателей явилось создание трехвальной ГТУ. КНД с поворотным: входным направляющим аппаратом приводился во вращение ТНД. КВД приводится во вращение ТВД. Расчетные степени сжатия в каждом компрессоре равны 4. ТВД и ТНД одноступенчатые. Ротор КНД — ТНД опирается на три подшипника скольжения, а также на небольшой подшипник промежуточного вала, необходимый для обеспечения достаточных запасов по критическим частотам вращения; соединяющий КНД и ТНД вал проходит внутри вала КВД — ТВД. Ротор КВД — ТВД опирается на два, а двухступенчатый силовой турбины — на три подшипника. На каждом роторе имеется упорный подшипник, скомбинированный с одним из опорных. Расчетная частота вращения вала ТНД 3600 об/мин, ТВД — 4150 об/мин; силовая турбина может выполняться на 3600 или 3000 об/мин. Длина всего турбоагрегата составляет 141м, наибольший диаметр — 3, 2 м.

Лопатки ТВД выполнены с комбинированным пленочным и конвективным охлаждением, сопловые— из кобальтового, рабочие — из никелевого сплавов.

Камера сгорания состоит из восьми противоточных пламенных труб, расположенных вокруг корпуса турбоагрегата. Она рассчитана на сжигание различных жидких и газообразных (с теплотой сгорания до 3, 8 МДж/м" ) топ лив.

Разворот ГТУ при пуске осуществляется сжатым воздухом, который продувается через компрессоры и турбины в течение 120 с. Включение электрического генератора в сеть производится через 4, 5 мин после начала пуска, прием нагрузки —через 12 мин. Останов ГТУ занимает 7 мин. После останова роторы в течение 24ч проворачиваются валоповоротными устройствами до полного остывания: силовой вал — с частотой вращения 32 об/мин, валы ТВД и ТНД, которые после останова соединяются, — 54 об/мин.

КВД —ТВД выполнен трехопорным; как обычно, в ГТД используются

подшипники качения.

КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГТУ

Котёл-утилизатор, паровой котёл, не имеющий собственной топки и использующий тепло отходящих газов каких-либо промышленной или энергетической установки. Температура газов, поступающих в Котел-утилизатор, колеблется от 350-400°С до 900-1500°С (за отражательными, рафинировочными и цементными печами). Крупные котлы- утилизаторы имеют все элементы котлоагрегата, за исключением топочных и др. устройств, связанных с сжиганием топлива. Для малых производительностей и низких давлений применяются котлы-утилизаторы газотрубные либо с многократной принудительной циркуляцией, реже - прямоточные сепараторные и барабанные с естественной циркуляцией. Водогрейные Котлы-утилизаторы обычно называются утилизационными экономайзерами, или подогреватели

ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ С КОТЛОМ-УТИЛИЗАТОРОМ

Парогазовая установка с котлом-утилизатором (ПГУ с КУ)-наиболее перспективная и широко распространенная в энергетике парогазовая установка, отличающаяся простотой и высокой эффективностью производства электрической энергии. Эти ПГУ-единственные в мире энергетические установки, которые при работе в конденсационном режиме отпускают потребителям электроэнергию с КПД 55-60 %.

Эксплуатационные издержки мощной современной ПГУ вдвое ниже по сравнению с издержками на пылеугольной ТЭС. Сроки строительства ПГУ с КУ, в особенности при поэтапном вводе в эксплуатацию, намного короче, чем сроки строительства мощных тепловых электростанций других типов.

Одной из главных причин перспективности ПГУ является использование природного газа-топлива, мировые запасы которого очень велики. Газ-это лучшее топливо для энергетических ГТУ-основного элемента установки. Природный газ хорошо транспортируется на дальние расстояния по магистральным газопроводам. Его можно поставлять и в жидком виде, как сжиженный природный газ (LNG-Liquefied Natural Gas). Таким топливом, например, пользуются для ПГУ в Японии и Южной Корее.

Парогазовые установки могут также работать при использовании в ГТУ тяжелого нефтяного топлива, сырой нефти, побочных продуктов переработки нефти, синтетического газа, получаемого при газификации углей.

Простейшая тепловая схема ПГУ представлена на рисунке 1, а термодинамический цикл Брайтона-Ренкина изображен на рисунке 1. Выходные газы энергетической ГТУ поступают в КУ, где большая часть их теплоты передается пароводяному рабочему телу. Генерируемый в КУ пар направляется в паротурбинную установку (ПТУ), где вырабатывается дополнительное количество электроэнергии. Отработавший в паровой турбине (ПТ) пар конденсируется в конденсаторе ПТУ, конденсат с помощью насоса подается в КУ.

Тепловая схема генерации пара в КУ с использованием теплового потенциала выходных газов ГТУ представлена на рисунке 2 вместе с Q, Г-диаграммой передачи теплоты от газов к пароводяному рабочему телу. Для КУ принимают минимальные значения температурного напора в (pinch point-«пинч пойнт») на холодном конце испарителя, используют в качестве поверхностей нагрева трубы с наружным оребрением и обеспечивают глубокое охлаждение выходных газов ГТУ до уровня 80-130°С, что значительно повышает экономичность ПГУ.

В действительности, степень бинарности ПГУ с одноконтурным КУ составляет около 0, 90, так как в такой установке не удается охладить выходные

газы ГТУ до температуры ниже 150 °С. Относительно невелики и количества генерируемого пара и вырабатываемой в ПТУ электроэнергии.

На рисунке 3 приведена тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ. Газовый подогреватель конденсата (ГПК) заменяет отсутствующие в ПТУ подогреватели низкого давления. Нагрев основного конденсата в нем вызывает понижение температуры газов до конечного значения f_yx. В схеме предусмотрен деаэратор питательной воды, питаемый отборным паром паровой турбины. Парогенерирующий контур одного давления состоит из экономайзера, испарителя и пароперегревателя. Минимальный температурный напор имеет место на конце испарительных поверхностей нагрева: Т_исп = 8-10 °С, а соответствующая разница температур-на горячем конце пароперегревателя T~ 20-40 °С. Во избежание коррозионного износа температуру конденсата на входе в КУ поддерживают на уровне 50-60 °С при сжигании природного газа и не ниже 110 °С при переходе на жидкое газотурбинное топливо в ГТУ.

Котел-утилизатор КВ 25-150

Водогрейный котел-утилизатор предназначен для производства горячей воды за счет утилизации тепла выхлопных газов газотурбинной установки SGT-600 мощностью 25 МВт. Отбор тепла осуществляется путем нагрева воды в замкнутом контуре с передачей тепла сетевой воде в пластинчатых теплообменниках.
Водогрейный котел-утилизатор имеет горизонтальную компановку.
В состав котла-утилизатора входят:

 блок-модуль поверхности нагрева;

 основной и байпасный газоходы;

 опорные конструкции котла-утилизатора;

 газорегулирующие клапаны;

 внешняя теплозвукоизоляция;

 компенсаторы на газоходах;

 декоративная_обшивка.
Поверхность нагрева выполнена в виде законченного блок-модуля, полностью_собранного_на_заводе-изготовителе.
Собственно поверхность нагрева состоит из горизонтально расположенных оребренных труб, объединенных раздающим и собирающим коллекторами, и является полностью дренируемой. Оребренные трубы опираются и дистанционируются с помощью трубных досок, закрепленных в блок-модуле.
На выходе из котла-утилизатора установлен блок шумоглушителя производства фирмы-изготовителя газовой турбины SGT-600.
Котел-утилизатор изготавливается газоплотным и рассчитан на работу под наддувом.

Котел-утилизатор_имеет_самоопорную_конструкцию. _Процессы_работы котла-утилизатора автоматизированы.

Таблица 1. ТТХ ТКУ-15

Рисунок 7. 1 Котел-утилизатор КВ 25-150

Котел-утилизатор К-38

Паровой котел-утилизатор с многократной принудительной циркуляцией предназначен для получения перегретого пара, а также подогрева сетевой воды за счет утилизации тепла выхлопных газов газотурбинной установки (ГТУ)_GT-10B2_мощностью_25_МВт.
Паровой котел-утилизатор состоит из одного корпуса П-образного профиля.
В состав котла-утилизатора входят:

 газовый подогреватель сетевой воды;

 водяной экономайзер;

 испаритель;

 пароперегреватель;

 барабан с внутрибарабанными устройствами;

 трубопроводы с арматурой;

 циркуляционные насосы;

 каркас;

 изоляция;

 _шумоглушитель.
Поверхности нагрева выполнены в виде законченных блок-модулей, полностью собранных на заводе изготовителе.
В состав блок-модулей входят:

 несущий каркас (обшивка);

 внутренняя изоляция;

 _поверхности_нагрева.
Собственно поверхности нагрева состоят из горизонтально расположенных оребренных труб, объединенных раздающими и собирающими коллекторами. Оребренные трубы опираются и дистанционируются с помощью трубных досок, закрепленных в блок-модули.
Котел-утилизатор имеет испарительный контур с многократной принудительной_циркуляцией. _Котел-утилизатор_изготавливается газоплотным_и_рассчитан_на_работу_под_наддувом.
Котел-утилизатор_имеет_самоопорную_конструкцию.
Процессы работы котла-утилизатора автоматизированы.

Таблица 2. ТТХ ТКУ-14

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТКУ-14
Кол-во котлов, год поставки	1 (2005)
Тип котла	Паровой без дожигания
Объект	ТЭЦ Чепецкого мехзавода
Тип газовой турбины (мощность, МВт)	GT-10B2 (25)
Расход газов за турбиной, кг/с	80, 72
Температура газов после ГТУ/дожигания, ^оС
Расход среды, т/ч	38/41
Температура среды на выходе из котла, ^оС	440/400
Давление среды на выходе из котла, кгс/см²	40/32
Теплопроизводительность ГПСВ, Гкал/ч	8, 97/8, 47
Температура уходящих газов, ^оС
Аэродинамическое сопротивление котла, Па

Рисунок 7. 2 Котел-утилизатор К-38

Котел-утилизатор для ГТУ 110 МВт

Паровой котел-утилизатор с двумя уровнями давлений и многократной принудительной циркуляцией в испарительных контурах предназначен для производства перегретого пара и подогрева конденсата за счет теплоты выхлопных газов газотурбинной установки мощностью 110 МВт.
Котел-утилизатор имеет вертикальный корпус, в котором расположены поверхности_нагрева.
В состав котла-утилизатора входят:

 газовый подогреватель конденсата (сетевой воды);

 испаритель и пароперегреватель низкого давления;

 водяной экономайзер;

 испаритель и пароперегреватель высокого давления;

 барабаны высокого и низкого давления;

 трубопроводы с арматурой;

 циркуляционные насосы;

 каркас;

 изоляция;

 шумоглушитель;

 шибер-дождевая заслонка;

 дымовая труба;

 компенсаторы_на_газоходах.
Дымовая труба опирается на каркас котла-утилизатора. Поверхности нагрева состоят из горизонтально расположенных оребренных труб, объединенных раздающими и собирающими коллекторами.
Поверхности нагрева подвешиваются за трубные доски гирляндой к горизонтальным_балкам.
Котел-утилизатор изготавливается газоплотным и рассчитан на работу под наддувом.
Котел-утилизатор имеет подвесную конструкцию. Процессы работы котла-утилизатора автоматизированы

Таблица 3. ТТХ ГТУ 110 МВт

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГТУ 110 МВт
Кол-во котлов, год поставки	1 (1996)
Тип котла	Паровой без дожигания
Тип газовой турбины (мощность, МВт)	GT 8C (50)
Расход газов за турбиной, кг/с
Температура газов после ГТУ/дожигания, ^оС
Расход среды, т/ч	102, 3
Температура среды на выходе из котла, ^оС
Давление среды на выходе из котла, кгс/см²
Теплопроизводительность ГПК, Гкал/ч	9, 86
Температура уходящих газов, ^оС
Аэродинамическое сопротивление котла, Па

Рисунок 7. 3 Котел-утилизатор ГТУ 110 МВт

Заключение

В результате выполнения учебно-исследовательской работы студентов по дисциплине: « Паровые котлы », предусмотренной планом, были закреплены и расширены теоретические и практические знания, полученные во время обучения. Ознакомлены с вспомогательным оборудованием котельного цеха, с перспективами развития котлостороительной отрасли. Проведена интенсивная работа с журналами из научно-технической библиотеки. Кроме того, были изучены котлы-утилизаторы, микроустановки. В России котельные завод обладающие огромным опытом создания и производства традиционной котельной продукции, занимаются проектированием и производством котлов-утилизаторов для ПГУ и ГТУ с 1990 года. До этого времени предприятия участвовали в проектировании и производстве котельного оборудования для ПГУ со сбросом газов из газовой турбины в энергетический котел.

Подводя итог первой учебно-исследовательской работы студентов, можно с уверенностью сказать, что были получены первые теоретические навыки в будущей профессиональной деятельности.

Список использованных источников:

1. Котельное оборудование. - КИЕВ.: ТЕХНИКА, 1983-1992

2. Теплоэнергетика. /. Под ред. А. В. Клименко и В. М. Зорина – М.: Издательство МЭИ, 1999, 2000, 2002, 2005.

3. Лезин В. И. , Липов Ю. М. /Котлы-утилизаторы - М.: ТЕПЛОТЕХНИКА, № 12, декабрь 2005.

4. Классификация ГТУ/ М. А. Артикбаева. – Новосибирск, 2007. – 9 с.

5. Водогрейные котлы-утилизаторы, используемые в ГТУ/О. Н. Мемедлаева. – Кемерово, 2007. – 14 с.

6. Классификация ГТУ/ В. А. Васильев. – Барнаул, 2007. – 15 с.

⇐ Предыдущая 12