OBT Knowledge Classroom:Газова турбина

Основни концепции

Според "Терминология на газовите турбини" (GB/T 15135-2018), газова турбина се отнася до непрекъснато-поточна въртяща се машина (единична машина), която преобразува топлинната енергия в механична работа, включва компресор, оборудване за загряване на работния флуид (като например камера за изгаряне), турбина, система за управление и спомагателно оборудване.

Промишлените двигатели с газови турбини, обикновено наричани газови турбини или турбини, промишлени газови двигатели, по същество са едно и също нещо като авиационните турбинни газови двигатели (наричани авиационни двигатели), но приложните сценарии са леко различни. Компресират високонатиснат газ в камерата за изгаряне и чрез химичната реакция преобразуват химичната енергия в механична работа чрез турбината (транслитерацията на турбината).

Като устройство за преобразуване на енергия, газовата турбина е авиен двигател, който преобразува авиен керосин в механична енергия за пропелера, когато лети в небето; газова турбина, използвана на земята, преобразува природен газ и нефть в механична енергия за генератора.

Паровите турбини, вътрешните пламенни двигатели и газовите турбини първоначално са разработени за използване на военни кораби. Паровите турбини са били в употреба преди Първата световна война, вътрешните пламенни двигатели са били използвани по време на Първата и Втората световна война, а газовите турбини за военни кораби са разработени след Втората световна война. Те са модифицирани от авиен двигатели и основно са използвани на големи повърхностни кораби.

Газовите турбини имат няколко характеристики:

Първо, теоретичната енергийна конверсионна ефективност може да достигне 88%, което е устройството с най-високата енергийна конверсионна ефективност в света до момента. Топливните елементи се казва, че могат да постигнат конверсионна ефективност от 90%, но те още не са напълно комерциализирани; теоретичната енергийна конверсионна ефективност на горещинните машини е 88%, което е тествано през десетилетия.

Второ, температурата на горене на газовите турбини е относително висока, а изпаренията на шкодливи газове са сравнително ниски.

Трето, мощностната плътност е сравнително голяма. Единична машина с размера на контейнер може да осигури енергия за разрушител; два контейнера са практически достатъчни за гражданското электричество на окръг. Паровите турбини са много големи, като дизеловите двигатели и вътрешногорещинните двигатели с капацитет над 10 мегават, които са основно тежки хиляди тона и десетки метра високи.

Четвърто, газовите турбини не са като двигателите с вътрешно горење, които са тип „удар“, и при които работа се извършва веднъж на всеки четири удара. Газовите турбини работят непрекъснато, а турбината е вихлеста линия. Това е термична машина с най-висока енергийна преобразувателна ефективност, която преобразува химическа енергия в термична и механична енергия.

В 1970-те години газовите турбини влязоха в американската нефтен промишленост, породиха индустриални газови турбини. Двигателите на самолети изискват относително висока производителност, са сравнително сложни и имат сравнително кратък срок на служба; индустриалните двигатели не трябва да намаляват теглото, са много прочни и изискват сравнително дълъг срок на служба. Около 1980-те години, с развитието на природния газ, те влязоха в електроенергетическата промишленост.

След Втората световна война техническият уровень на Съединените щати не е бил много висок. Първите придобивания са били на италиански компании, които са столица на въртящото се оборудване в Европа. Типична британска компания е Rolls-Royce, която прави авиационни двигатели. Обикновено компаниите, които правят авиационни двигатели, ще произведат и газови турбини. Немската компания Siemens е придобила компании по цяла Европа и също така е придобила авиационната модификация на Rolls-Royce. Газовите турбини на Русия предимно са в сътрудничество с Украйна. Проектите са всички в Русия, а някои от производствените бази са в Мариупол, Украйна.

През последните десетилетия единствено Mitsubishi в Япония е разработила реален тежък газов турбинен двигател, а Kawasaki произвежда по-малки, така че все още има определен порог. Малите и средни газови турбini са предимно на GE, особено за военни цели. Главните разрушители саmostly на GE, модел LM-2500. Siemens придобива някои от малките си газови турбini в Линcoln, Велика Британия, с мощност под 15 МВт, и някои в Finspång, Швеция. Най-добрата фирма за малки газови турбini е Solar в САЩ, която е много близо до своите клиенти и има най-голямата пазарна дял за малки газови турбini с мощност под 15 МВт в света.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Според структурната форма и изходната мощност газовите турбини могат да се разделят на три категории: микро, леки и тежки. Микро и леки газови турбини могат да бъдат модифицирани от самолетни двигатели (наричани още "аеро към газ"), с мощност обикновено до 50 MW и могат да се използват за индустриално производство на електроенергия, корабни електроцентрали, компресорни станции по тръбопроводите, танкови локомотиви, разпределено производство на енергия и комбинирано топлинно и електрическо захранване. Тежките газови турбини имат мощност над 50 MW и се използват предимно като стационарни генератори на сушата, например в градски електрически мрежи.

Тежките газови двигатели обикновено се класифицират според температурата. Клас E, F, G и H съответстват на различни температури на горене. Гледайки от инженерна гледна точка, по-добре е да се прави класификация според температурната устойчивост на сплавта.

В Китай това са малки газови турбини. Малките газови турбини обикновено се класифицират по конструкция: едноосни, двуосни, триосни, модифицирани за авиация, индустриални и рядко по температура, защото температурата на малките газови турбини не е толкова висока в сравнение с тежките газови турбини. Онези с нива на мощност под 30 мегавата са равноосни кристали, т.е. клас Е. Това не е абсолютно, някои от по-напредналите вече са достигнали клас F. Клас Е е бил произведен експериментално в Китай през 1995 г. Ниво от около 50 мегавата вероятно съответства на клас F, което е ориентиран кристал. Китай е произвел този клас експериментално през 2005 г. и сега разполагаме с всички тези материали. Най-напредналите газови турбини са достигнали клас H, а сега притежаваме и второ поколение монокристали.

Обикновено тези с мощност под 1 MW се наричат микро-газови турбини. В чужбина микро-газовите турбини не използват такива добри сплави поради ниската температура. Те използват някои специални стомани и рядко използват равноосни кристали. Тези около 15 MW се наричат малки газови турбини, които предимно използват равноосни кристали. Има и някои специални компании в чужбина, които използват специални стомани, но понеже покритията им са особено добри, те се произведени по-добре. Малки и средни 30~50 MW обикновено използват повече ориентирани кристали, тоест F класа. По-големите използват монокристали от първо и второ поколение, което са нашите вътрешни марки.

Малки и средни микрогазови турбини най-често се използват за разпределено производство на електроенергия и комбинирано топлинно и електрическо отопление. Турбините под 30 MW и 15 MW най-често се използват в провинция Съчуан, а тези под 7 MW – предимно в Чунцин. Това се определя от мащаба на индустриалните паркове там. Турбините около 30 MW най-често се използват в провинция Цзянсу, а тези от 50 MW до 100 MW – в индустриалните паркове на провинция Гуандун, където обикновено се прилагат за разпределено енергопроизводство или комбинирано топлинно и електрическо отопление. Турбините над 100 MW се използват за регулиране на пиковото натоварване в големи електрени мрежи или като базови електроцентрали. В петролната и газовата индустрия се използват малки турбини. В горното течение на минната индустрия най-често се прилагат турбини от 7 MW и 15 MW, докато при транспорта по тръбопроводи в средното течение основно се използват турбини от 15 MW и 30 MW.

Системата за проектиране на газови турбини под 30 МВ е относително зрела, а производственият материален систем също е сравнително зрел. Удовлетворяването на OBT може да достигне 85%. Промишлените газови турбини все още трябва да се фокусират върху икономическата ефективност, технико-икономическа оценка или соотношението цена-качество, а главният показател за оценка е уравнението.

За средни и големи газови турбини, ние (вътрешни производители) имаме малко натрупване на софтуер за проектиране, спецификации за проектиране и бази данни относно някои материали и процеси в нашата система за проектиране, така че тази система за проектиране не е много узрела и добивът не е висок. Ниво F или текстурирана кристална структура представляват преходен момент. Под текстурираната кристална структура все още сме достатъчно уверени, за да участваме в международна конкуренция. Над текстурираната кристална структура, на индустриално ниво, все още имаме определена пропаст. Тази област е поверена на националния екип. Няколко централни предприятия извършват основни изследвания и разработки, а инвестицията в основни материали и основни процеси е значителна.

Промишлен ланц

В горното течение на веригата на индустрията с газови турбини в моята страна, производители на сплави с висока температура, титанови сплави, композитни материали, алуминиеви сплави и обикновена стомана включват Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group и др. В средното звено за части и компоненти се извършва отливане, коване или други процеси за производство на турбинни лопатки, валове и други части. Лопатките и другите части се формират чрез процес на отливане. Основни отечествени производители на отливки и кованки включват Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. и др. След това, производителите на цели машини в долното течение монтират различни части в цели машини. Основни производители включват AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric и др.

Горните индустрии, особено продукти като високотемпературни сплавове, високотемпературни титанови сплавове, термични бариерни покрития и напредни керамични композитни материали, имат значителна роля за подпомагане на отрасъла на националната защита и производството на висококачествено оборудване. Домашните газови турбини се използват предимно за производство на електроенергия, а малко число от тях се използват за воден насос, въздушен засип, надпресуване в нефтените и газовите месторождения, както и за движител в кораби и танкове. Фокусът е върху дистрибутивно производство на енергия, комбинирано производство на топлина и електричество, превоз на природен газ чрез газопроводи, корабен привод и механичен привод. В областта на дистрибутивното осигяване с енергия, надпресуването на станции, индустриалното производство на електричество и други области, газовите турбини на нашата страна имат огромен потенциален пазар, а политиките подкрепят бързото развитие на отрасъла. Текущите големи проекти в нашата страна като „Транспорт на газ запад-изток“, „Транспорт на електричество запад-изток“ и „Прехвърляне на вода юг-север“, както и бързото развитие на корабостроителната индустрия в нашата страна, довеждат до бързо нарастване на заявк

Промишлена политика

Съвременната енергийна система от 14-ата петилетка също посочва газовите турбини като ключова основна технология, което ги поставя приблизително на същото ниво като ядрената енергия, новите енергийни системи, съхранението на енергия и водородната енергия.

Държавната електрическа инвестиционна корпорация е извършила два специални проекта, единият е голям проект за тежки газови турбини, включително турбини смесени с водород. Една чисто водородна турбина е построена в Вътрешна Монголия, но все още не е вложена в употреба. На електроценталта в Джингмен е била приложена смес от 15%. Харбинската електростанция и Групата за електричество на Гуандун (която е Групата за енергия на Гуандун) са извършили проект за смесване с водород в Дая Бей, а Ханчоуската парова турбина и Сименс са извършили проект за смесване с водород в Жоушан.

Газовите турбini са широко използвани в.PIPELINE на западно-източна газова трасея и на офшорни нефтенi платформи. Като предприятие, свързано с военни дейности, CNOOC е била също така санкционирана от САЩ и среща риска от прекъсване на доставките. През войната между Русия и Украйна, когато закупените от Русия газови турбini Siemens бяха изпратени в Канада за ремонт, те бяха задържани, което повлия на енергийната сигурност. Локализацията трябва да бъде проведена възможно най-бързо.

Маркетингово пространство

През 2022 година производството на газови турбini в нашата страна ще достигне 4,0563 милиона киловатa, а заявктърсенето ще бъде около 6,7986 милиона киловатa.

Според статистиките, размерът на пазара на газовите турбini в нашата страна достигна 61,669 милиарда юана през 2022 година, от които размерът на пазара на микрогазовите турбini беше 893 милиона юана, размерът на пазара на леките газови турбini беше 56,569 милиарда юана, а размерът на пазара на тежките газови турбini беше 4,207 милиарда юана.

Моята страна вече може независимо да произвежда леки газови турбини (мощност под 50 MW). Нискокачествени такива дори могат да се експортират, но тежките газови турбини (мощност над 50 MW) все още в основа зависят от вноса. Ключовата технология по същество е монополизирана от международни производители като GE в Съединените щати, Mitsubishi в Япония и Siemens в Германия. Съществува риск от „удушване“ на вътрешния пазар. Според данни на Главното управление на митниците, вноса на газови турбини през 2022 г. ще бъде 4,161 млрд. долара САЩ, а износа – 735 млн. долара САЩ.