Главная >  Энергосбережение 

 

Газотурбинные двигатели промышле. Ю.О.Султанский, А.Н.Сташок

 

(состояние и перспективы развития)

 

Высокий технико-экономический уровень газотурбинных двигателей и установок разработки и производства ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» обеспечивается наличием в составе комплекса квалифицированного центра научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обладающего необходимыми навыками и средствами для выполнения автоматизированного проектирования, и уникальными станками для поузловой доводки двигателей, серийного производства, оснащенного современным оборудованием, и двух испытательных станций для испытания опытных и серийных газотурбинных двигателей и установок различного назначения: судовых, газоперекачивающих агрегатов и газотурбогенераторов для энергетики.

 

Научно-производственный комплекс газотурбостроения «Зоря»-«Машпроект» крупнейший в странах СНГ разработчик и изготовитель судовых и промышленных газотурбинных двигателей мощностью от 2,5 до 110 МВт и зубчатых передач передаваемой мощностью до 35 МВт.

 

Газотурбинными установками комплекса «Зоря»-«Машпроект» оснащены более 500 водоизмещающих кораблей и судов с динамическими принципами поддержания различного назначения в 20 странах мира, более 120 компрессорных станций и 60 электростанций в России, Украине, Казахстане, Белоруссии, Чехии, Канаде, Азербайджане, Иране и в других странах. Суммарная мощность всех поставленных двигателей превышает 30 млн. кВт, общая наработка - более 32 млн. часов.

 

Более чем за 50 лет комплексом изготовлено и поставлено Заказчику более 3200 судовых и промышленных газотурбинных двигателей, а также несколько тысяч разнообразных редукторных передач для судовых энергетических установок.

 

В эксплуатации Николаевские двигатели зарекомендовали себя как наиболее надежные. По данным «Оргэнергогаза» (РАО «Газпром») средняя наработка на отказ по промышленной группе двигателей в ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» в 2006 году составила:

 

Наработки лидерных двигателей второго поколения в промышленности превысили 80.000 часов без капремонта и свыше 100.000 часов с одним капремонтом, третьего поколения (UGT 1500 около 60.000 часов и четвертого поколения (UGT 2500 около 50.000 часов.

 

ДЖ59 – 12872 часов (было более 16000 – начались 2-е капремонты)

 

ДР59 – 12316 часов (было более 23000 – физически устаревают)

 

(для сравнения по лучшим конвертированным авиационным двигателям этот показатель не превышает 6000 часов).

 

ДГ90 - 14199 часов (постоянный рост)

 

В течение 2004-2006 г. комплексом выполнена поставка более 60 двигателей UGT 6000 (ДТ7 , UGT 15000 (ДГ9 , UGT 25000 (ДН8 и UGT 10000 (ДН70 и ДУ7 для РАО «Газпром» и «Укртрансгаза». За этот же период были поставлено оборудование и введены в строй электростанции в Заполярном — 4 UGT 6000 (ДВ7 , Салехарде — 2 ДЦ59 + UGT 16000 (ДЖ5 , на Березовской ТЭЦ —4 UGT 25000 (ДГ8 и цементном заводе в Костюковичах (Белоруссия) — UGT 16000 (ДЦ9 , в Горловке (компания «Стирол») - UGT 25000, Жана – Жоле и Кзыл – Орде (Казахстан) –5 UGT 16000 и др.

 

Николаевские турбины также имеют самую высокую готовность (0,98 к работе в любых климатических условиях, что обеспечивает их востребованность при все возрастающей конкуренции российских моторостроительных заводов.

 

Рассмотрим технико-экономические характеристики и конструктивные особенности представляемого ряда двигателей:

 

Сегодня ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» может предложить Заказчику самый широкий в странах СНГ мощностной ряд высокоэкономичных и надежных двигателей, работающих как на природном газе так и на различных сортах жидких, недорогих топлив, таких как дизельное, вакуумный газойль и др. С 2004 г. двигатели, поставляемые комплексом, по желанию заказчика могут комплектоваться комбинированными топливными форсунками, работающими как жидком, так и на газообразном топливе. Переход с одного вида топлива на другой осуществляется без остановки двигателя. Первый такой двигатель уже поставлен на электростанцию в г. Салехард. Ведется работа по созданию аналогичных топливных форсунок и для других двигателей.

 

- мощность – 2,85 МВт;

 

UGT 2500 (Д04 - одновальный газотурбинный двигатель со встроенным редуктором, разработан специально для нужд энергетики. (рис.

 

- габариты 3,0х1,2х2 (м)

 

- КПД – 28,5 %;

 

- выпускается опытным производством с 1994 года

 

- масса - 1,5 тонны

 

- общая наработка более 100 тыс. часов.

 

- произведено 15 ед.

 

- применяется как привод электрогенератора на электростанциях в Чехии, Канаде и России. В Канаде работает на биотопливе, полученном из древесине. В России Д049 изготавливает по лицензии НПО «Сатурн», г. Рыбинск. По данным НПО «Сатурн» уже изготовило и поставило Заказчику более 24 двигателей.

 

- наработка лидера – более 20.000 часов

 

- мощность - 3,36 МВт;

 

UGT 3000 (ДЕ76, ДС76, ДР7 - трехвальный газотурбинный двигатель для морского и промышленного применения (рис. :

 

- габариты 2,5 х 1,3 х 1,25 (м);

 

- КПД - 31 %;

 

- серийный выпуск с 1981 года;

 

- масса 2,5 - 2,8 тонны;

 

- максимальная наработка в промышленности свыше 12000 часов на станции закачки газа в подземное хранилище в г. Шрамберк (Чехия).

 

- произведено около 110 ед.

 

UGT 6000 (ДВ71, ДТ71, ДС71 и др.) - трехвальный газотурбинный двигатель для морского и промышленного применения (рис. :

 

- эксплуатируются в качестве маршевых двигателей на ракетных катерах проекта «Молния» и на закачке газа в подземные хранилища в г. Штрамберк (Чехия).

 

- КПД - 31,5 %;

 

- мощность - 6,7 МВт;

 

- габариты двигателей (2,8 - 4, х 1,7 х (1,6 - 1, (м),

 

- морские ГТД при необходимости имеют реверсивную силовую турбину;

 

- серийный выпуск с 1978 года

 

- вес 3,1 - 4,5 тонны

 

- суммарная наработка около 500 тыс. часов.

 

- изготовлено около 400 ед.

 

- наработка лидерного двигателя на ЭС Заполярье - более 20000 часов

 

- наработка лидерного двигателя в газовой промышленности более 30 тыс. часов.

 

UGT 8000+ (ДП7 - форсированный вариант двигателя UGT 6000

 

- эксплуатируется на различных типах водоизмещающих кораблей в качестве маршевого и форсажного двигателя и на судах с динамическими принципами поддержания, на компрессорных и электрических станциях во многих странах мира.

 

- КПД - 33 %

 

- мощность - 8,3 МВт

 

- мощность - 10,7 МВт;

 

UGT 10000 (ДН70, ДИ7 - трехвальный газотурбинный двигатель IV поколения для морского и промышленного применения (рис. :

 

- габариты 4,0 х 1,8 х 1,7 (м)

 

- КПД - 36 %;

 

- выпускается опытным производством с 1998 года

 

- масса 5 тонн

 

- эксплуатируется на компрессорных станциях Украины

 

- изготовлено 5 ед.

 

- серийный выпуск с 2004 года.

 

- максимальная наработка лидерного двигателя более 17000 часов

 

Двигатель предназначен для использования в комбинированных газопаровых установках типа «Водолей» мощностью 16 МВт.

 

UGT 10000S(ДУ) - модификация двигателя UGT 10000 с перепрофилированной проточной частью для впрыска пара, выработанном в утилизационном парогенераторе.

 

- КПД - 45 %;

 

- мощность - 16 МВт;

 

UGT 15000 (Д090, ДБ90, ДГ90, ДН9 - трехвальный газотурбинный двигатель III поколения для морского и промышленного применения (рис. :

 

- С 2003 года двигатель находится в опытно-промышленной эксплуатации на компрессорной станции «Ставищенская» Черкассытрансгаз, наработка около 10000 часов.

 

- КПД - 35,4 %;

 

- мощность - 17,5 МВт;

 

- масса 9 - 15 тонн

 

- габариты (4,7 - 5, х (2,2 - 2, х (2,5 - 2, (м)

 

- изготовлено около 280 ед.;

 

- серийно выпускается с 1988 года.

 

- наработка лидерных двигателей - около 60 тыс. часов в газовой промышленности и более 35000 часов в составе комбинированной установки на Одесском припортовом заводе. Последняя поставка двигателя для энергетических целей осуществлена на Белорусский цементный завод, где с января 2004 года двигатель наработал более 20000 часов.

 

- суммарная наработка свыше 5 млн. часов

 

UGT 15000+ (ДА7 - форсированный вариант UGT 15000

 

- эксплуатируется на больших противолодочных кораблях, а также на компрессорных и электирических станциях на заводах химической промышленности.

 

- КПД - 36 %;

 

- мощность - 20 МВт;

 

UGT 15000S (ДС9 - модификация UGT 15000, приспособленная для впрыска пара в проточную часть двигателя и предназначена для использования в установках «Водолей» мощностью 25 МВт и КПД 42 %. Общая наработка с 1996 г. составила более 30.000 час. на заводской ЭС в г. Николаеве.

 

В настоящее время проходит сдаточные испытания.

 

- мощность - 16 МВт;

 

UGT 16000 (ДЖ5 - трехвальный газотурбинный двигатель II поколения для морского и промышленного применения (рис. :

 

- габариты 5,9 х 2,7 х 3,1 (м)

 

- КПД - 31 %;

 

- серийно выпускается с 1980 года.

 

- масса 16 - 18 тонн

 

- общая наработка около 7,5 млн. часов

 

- изготовлено свыше 200 ед.

 

- эксплуатируется на больших противолодочных кораблях, крейсерах, а также на компрессорных и электрических станциях.

 

- наработка лидерных двигателей около 80 тыс. часов.

 

- мощность - 25 МВт;

 

UGT 25000 (ДА80, ДН80, ДГ80, ДИ8 - трехвальный газотурбинный двигатель IV поколения для морского и промышленного применения (рис. :

 

- серийный выпуск с 1995 года.

 

- КПД - 36,5 %;

 

- общая наработка более 120000 тыс. часов

 

- изготовлено более 80 ед.

 

- эксплуатируется на эсминцах (КПР), а также на компрессорных и электрических станциях.

 

- наработка лидера в газовой промышленности -около 50 тыс. часов, в энергетике на Березовской ТЭЦ в Белоруссии – около 18000 часов.

 

- мощность - 110 МВт;

 

UGT 110000 (ГТД 11 - одновальный газотурбинный двигатель, разработанный для нужд энергетики (рис. :

 

- габариты 5,7 х 3,7 х 4,0 (м)

 

- КПД - 36 %;

 

- изготавливается в опытном производстве с 1999 года;

 

- масса 50 тонн

 

- наработка лидера свыше 7000 часов;

 

- изготовлено 2 ед.

 

- эксплуатируется на электрических станциях Иваново (Россия), Каборга (Украина).

 

- серийное производство будет осуществляться НПО «Сатурн» (Россия).

 

Система качества комплекса соответствует ISO 9001-2000.

 

Все перечисленные двигатели имеют дистанционное управление и оснащены всеми необходимыми вспомогательными системами: топливной, смазки, очистки циклового воздуха, газовыхлопа, щумоглушения, вентиляции, пожаротушения и т.д. По желанию Заказчика все двигатели комплектуются современными системами автоматизированного управления и контроля, помещаются в звуко- и теплоизолирующие укрытия и обеспечиваются системами и устройствами воздухоочистки и газовыхлопа.

 

По своим технико-экологическим параметрам газотурбинные двигатели комплекса на сегодня не уступают лучшим мировым образцам, а новая разработка комплексаUGT 10000 даже превосходит их в своем классе мощности (рис. .

 

В комплексе большее внимание уделяется работам по улучшению экологических характеристик двигателей. За последние годы уровень вредных эмиссий «сухой КС» по базовому ряду двигателей был снижен в два раза и достиг величин: NОх 50-70 мг/нм3, СО 80-90 мг/нм3 при 15 % О2, что на сегодня соответствует законодательствам большинства стран, куда поставляются наши двигатели. Однако для более уверенного продвижения продукции комплекса на международные рынки, уровень вредных эмиссий не должен превышать 50 мг/нм3, а для высокоразвитых странах не более 25 мг/нм Практически этот уровень на сегодня обеспечивает экологический впрыск пара или воды в камеру сгорания, что подтверждено испытаниями установки ГТГ25С (UGT 15000 S на стенде и КГПТУ 16 «Водолей» в опытно-промышленной эксплуатации на КС «Ставищенская» (Украина)..

 

Табл. 1

 

Анализ перспектив развития современного газотурбинного рынка показывает, что практически 90 % изготовляемых на сегодня и предназначенный к выпуску до 2010 году двигателей используются или будут использоваться для нужд энергетики. (табл. .

 

2001

 

тип/года

 

2003

 

2002

 

2005

 

2004

 

морские приводы

 

2006

 

90

 

78

 

110

 

105

 

105

 

110

 

137

 

механический привод

 

176

 

158

 

190

 

186

 

энергетика

 

187

 

1755

 

1605

 

1953

 

1850

 

2072

 

1985

 

1820

 

Всего

 

2131

 

2003

 

2285

 

2249

 

% к 2001 г.

 

2364

 

+10%

 

0

 

+12,4 %

 

+11,7%

 

+13,0%

 

+12,6 %

 

тип/года

 

продолжение табл. 1

 

2008

 

2007

 

2010

 

2009

 

%

 

Всего

 

105

 

морские приводы

 

105

 

110

 

1023

 

105

 

механический привод

 

4,7%

 

178

 

184

 

165

 

172

 

8%

 

1733

 

1992

 

энергетика

 

1888

 

1909

 

18883

 

1874

 

Всего

 

87,3%

 

2197

 

2281

 

2144

 

2165

 

% к 2001 г.

 

21639

 

+12,1%

 

+12,5%

 

+11,8%

 

+11,9%

 

Такие перспективы развития мирового газотурбинного рынка диктуют комплексу необходимость перестройки структуры разработки и производства газовых турбин в сторону энергетических ГТУ. Большой задел в этом направлении у комплекса есть.

 

Общая стоимость заказов ГТД оценивается в сумму около 450 миллиардов долл. США, в том числе более 400 миллиардов долл. США за энергетические ГТД.

 

Затем такими установками были оснащены еще три контейнеровоза. Для военных кораблей была разработана маршевая установка М21 мощностью 7,5 МВт, которая была установлена на трех крейсерах проекта «Слава».

 

На предприятии разработали и впервые в мире применили паровой теплоутилизирующий контур (ТУК) в главных судовых газотурбинных установках. Это позволило уменьшить расход топлива на 20-25 % по сравнению с установками простого цикла. Первая судовая парогазовая установка М25 мощностью 18,5 МВт была установлена на контейнеровозе Ro-Ro класса «Капитан Смирнов» в 1979 году.

 

Используя опыт, накопленный при создании и эксплуатации судовых энергетических установок с утилизацией тепла на базе двигателей третьего и четвертого поколения в комплексе было разработано ряд высокоэкономичных газотурбинный установок для применения в энергетике , газовой, нефтяной, химической промышленности и металлургии.

 

К настоящему времени все парогазовые установки в рабочем состоянии , а наработка ТУКов на контейнеровозах превысила 100000 часов. Об эффективности и надежности этих установок говорит то факт, что ВМС США закупило их для своих сил быстрого реагирования. Первый модернизированный контейнеровоз в настоящее время прошел ходовые испытания и передан в эксплуатацию.

 

· когенерационные установки мощностью 2,5 - 25 МВт для выработки электрической и тепловой энергии пар или горячая вода, или то и другое вместе используются для технологических и тепло (рис.1 .

 

По использованию вторичного тепла комбинированные газотурбинные установки ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» распределяются на основных четыре вида:

 

· комбинированные парогазовые установки мощностью 13,5-325 МВт для выработки электрической энергии (рис.1 . Пар в парогазовых установках направляется в паровые турбины, где срабатывая, дает приращение электрической мощности. Мощность парогазовой установки равна сумме мощностей газовых и паровых и турбин. ПГУ - самый экономичный способ производства электроэнергии, что подтверждается их высоким спросом на рынке энергетики.

 

Количество получаемой электрической энергии в такой установки соответствует мощности газотурбинных двигателей, а количество тепловой энергии произведенной котлом-утилизатором 120-190 % мощности ГТД. В случае применения дожигания в котле-утилизаторе, количество тепловой энергии может быть увеличено пропорционально дополнительно затраченному топливу.

 

· установки с энергетическим впрыском пара в проточную часть двигателя мощностью 16 - 25 МВт с последующим улавливанием и отделением его из выхлопных газов в контактном конденсаторе и повторным использованием конденсата в рабочем цикле после его охлаждения и химической очистки (технология «Водолей»). Такие установки не имеют аналогов в мире (рис. 1 .

 

· установки с энергетическим впрыском пара мощностью 4,7 - 40,7 МВт для различного назначения (рис.1 . Выработанный в котле-утилизаторе пар сбрасывается в газовую турбину как дополнительное высокопотенциальное рабочее тело, увеличивая мощность газовой турбины на 60-80% и КПД на 20-25%.

 

· повышение КПД на 20 - 25 %;

 

В сравнении с другими типами установок они позволяют сразу решить три задачи:

 

· сокращение в несколько раз эксплуатационных расходов на подготовку котловой воды при некотором увеличении капитальных затрат на строительство контактного конденсатора и систем водоохлаждения и химочистки. Окупаемость таких установок в зависимости от условий эксплуатации 2 - 4 года.

 

· снижение эмиссий в 2 раза;

 

Есть и другие перспективные проработки по применению установок ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» в различных отраслях промышленности, предложенные специалистами ведущих академических институтов Украины и России.

 

Аналогов газопаровых установок «Водолей», разработанных НПП «Машпроект», в мире нет. По всем поставленным в эксплуатацию газотурбинным двигателям и установкам НПП «Машпроект» и ПО «Зоря» несут гарантийные обязательства, ведут авторский надзор и оказывает сервисные услуги.

 

· использование ГТУ с ТУКом для охлаждения компримированного газа на компрессорных станциях с целью снижения затрат на транспортировку газа;

 

В частности, это:

 

· использование ГТУ в качестве надстроек к существующим котельным установкам коммунальных хозяйств и предприятий с целью снижения затрат на производство тепла и электроэнергии и др.

 

· использование ПГУ в металлургии и нефтехимии на металлургических газах и в установках с газификацией нефтяных отходов с целью снижения затрат на производство основной продукции;

 

Перспективы применения газотурбинных двигателей и установок в промышленности практически неограниченны. Это подтверждает и тот факт, что производственные мощности ведущих зарубежных фирм загружены уже на несколько лет вперед.

 

Планы и перспективы

 

В ближайшей перспективе предприятия - создание газотурбинного двигателя общего назначения с регенерацией тепла отходящих газов мощностью 3,5 МВт и КПД 42%, двигателей мощностью 32 и 60 МВт для энергетики и научно-технического задела для двигателей пятого поколения, что, в основном, связано с повышением тепло- технических параметров t3 =1400-1500 0C и pк = 30-40.

 

Главная задача комплекса сегодня — это работы по совершенствованию существующих серийных газотурбинных двигателей и установок, улучшению их качества и снижению себестоимости проектирования и производства.

 

На базе новых технологий предполагается в будущем создать новые газотурбинные двигатели и установки для промышленности и флота.

 

На такие параметры сейчас выходят лучшие зарубежные двигатели мощностью 40 - 50 МВтLM6000 фирмы Дженерал Электрик и «Trent» фирмы Роллс-Ройс, которые имеют довольно устойчивый спрос на мировом энергетическом рынке. В России активную деятельность по созданию двигателя пятого поколения развернули НПО «Сатурн» (г. Рыбинск) и ФГУП «Салют» (г. Москва), которые стремятся под его разработку получить федеральный заказ. ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» сегодня также имеет определенный задел по разработке новых высокоэффективных технологий для создания двигателя с аналогичными параметрами.

 



 

Программа. Политика энергоэффективности для. Абсорбционные чиллеры SANYO прям. Перформанс-контрактинга для энер. Утепление подвалов и фундаментов.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.083