OBT Knowledge Classroom: Gas Turbine

Mga Pangunahing Konsepto

Ayon sa "Gas Turbine Vocabulary" (GB/T 15135-2018), ang gas turbine ay tumutukoy sa isang rotating machine na may tuloy-tuloy na daloy ng gas (isang solong makina) na nagko-convert ng thermal energy sa mechanical work, kabilang ang isang compressor, kagamitan para mainit ang working fluid (tulad ng combustion chamber), isang turbine, isang control system, at mga auxiliary equipment.

Ang industrial gas turbine engines, na karaniwang tinutukoy bilang gas turbines o turbines, industrial gas engines, ay karaniwang kapareho ng aviation turbine gas engines (tinatawag na aviation engines), ngunit bahagyang naiiba ang mga application scenario. Kinokompress nila ang mataas na presyon ng gas papunta sa combustion chamber, at sa pamamagitan ng reaksyon ng chemical energy, binabago ang chemical energy sa mechanical work sa pamamagitan ng isang turbine (ang transliteration ng turbine).

Bilang isang device para sa pagbabago ng enerhiya, ang gas turbine ay isang engine ng eroplano na nagbabago ng aviation kerosene sa mekanikal na enerhiya para sa propeller habang umuubong sa langit; ang gas turbine na ginagamit sa lupa naman ay nagbabago ng natural gas at langis sa mekanikal na enerhiya para sa generator.

Ang mga steam turbine, internal combustion engines, at gas turbines ay unang inilimbag para gamitin sa mga sasakyan ng digmaan. Ginamit ang mga steam turbine bago ang Unang Digmaang Pandaigdig, ang mga internal combustion engines ay ginamit noong Unang at Ikalawang Digmaang Pandaigdig, at ang mga gas turbine para sa mga barko ng digmaan ay inilimbag pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig. Sinadya silang baguhin mula sa mga engine ng eroplano at pangunahing ginamit sa malalaking barkong ibabaw ng dagat.

Mayroong ilang katangian ang mga gas turbines:

Unang una, maaaring maabot ng teoretikal na epektibidad ng pagkakonwert ng enerhiya ang 88%, na ito ay ang kagamitan na may pinakamataas na epektibidad sa pagkakonwert ng enerhiya sa buong mundo hanggang ngayon. Sinasabi na maaaring maabot ng fuel cells ang epektibidad ng pagkakonwert na 90%, ngunit hindi pa sila ganap na komersyalisado; ang teoretikal na epektibidad ng pagkakonwert ng enerhiya ng mga combustion engine ay 88%, na ito ay naproba ng maraming taon.

Pangalawa, ang temperatura ng pagsusunog ng gas turbines ay kasingtaas, at ang pag-emit ng masasamang gasye ay kasingmababa.

Pangatlo, ang kapasidad ng kapangyarihan ay kasingmalaki. Isang makina na may sukat ng isang container maaaring magbigay ng enerhiya sa isang destroyer; dalawang container ay halos sapat para sa sibil na elektrisidad ng isang probinsya. Ang steam turbines ay malalaki, tulad ng diesel engines at internal combustion engines na may kapasidad na higit sa 10 megawatts, na pangkalahatan ay mga kagamitan na nakakahating libong tonelada at sampung metro ang taas.

Ikaapat, hindi katulad ng mga gas turbine ng internal combustion engine na may uri ng stroke at gumagawa ng trabaho bawat 4 stroke. Ang mga gas turbine ay gumagana nang tuloy-tuloy, at ang turbine ay isang vortex line. Ito ay isang aparato ng thermal engine na may pinakamataas na enerhiya konwersyon na epekibo, na nagbabago ng kimikal na enerhiya sa thermal at mekanikal na enerhiya.

Sa dekada 1970, pumasok ang mga gas turbine sa industriya ng langis sa Estados Unidos, kumakatawan sa mga industrial gas turbines. Kinakailangan ng mga aircraft engines ang relatibong mataas na pagganap, mas komplikado, at may relatibong maikling buhay; habang ang mga industrial engines ay hindi kinakailangang bawasan ang timbang, gawaing malakas, at kinakailangan ng relatibong mahabang buhay. Sa taon 1980, kasama ang pag-unlad ng natural gas, pumasok ito sa industriya ng kapangyarihan.

Matapos ang Ikalawang Digmaang Pandaigdig, hindi gaanong mataas ang teknikal na antas ng United States. Ang pinakamaagang pagkuha ay mula sa mga kumpanya ng Italya, na siyang sentro ng rotating equipment sa Europa. Ang tipikal na British company ay ang Rolls-Royce, na gumagawa ng mga engine ng eroplano. Karaniwan, ang mga kumpanyang gumagawa ng engine ng eroplano ay gumagawa rin ng gas turbine. Ang Germany's Siemens ay nakuha ang mga kumpanya sa buong Europa at nakakuha rin ng aircraft modification ng Rolls-Royce. Ang gas turbine ng Russia ay pangunahing nasa pakikipagtulungan sa Ukraine. Ang disenyo ay pawang nasa Russia, at ang ilan sa mga base ng produksyon ay nasa Mariupol, Ukraine.

Sa mga nakaraang dekada, ang Miyabi no sa Hapon lamang ang umunlad ng isang tunay na gas turbine para sa mabigat na gamit, at gumagawa ng mas maliit na mga ito ang Kawasaki, kaya mayroon pa ring tiyak na threshold. Ang mga maliit at katamtaman na gas turbine ay pangunahin si GE, lalo na para sa militar. Ang pinakamainstream na mga destroyer ay karaniwang GE, ang modelo LM-2500. Siemens ay bumili ng ilang maliit na gas turbine sa Lincoln, UK, na may kapasidad na mas mababa sa 15 MW, at ilan sa Finspång, Sweden. Ang pinakamahusay na kumpanya sa mga maliit na gas turbine ay si Solar sa Estados Unidos, na malapit sa kanilang mga customer at may pinakamataas na bahagi sa pamilihan sa buong mundo para sa mga maliit na gas turbine na may kapasidad na mas mababa sa 15 MW.

Pag-uuri

Ayon sa hugis na istraktura at output ng kuryente, ang mga gas turbine ay maaaring hatiin sa tatlong kategorya: mikro, magaan, at mabigat. Kabilang dito, ang mikro at magaan na gas turbine ay maaaring baguhin mula sa mga engine ng eroplano (kilala rin bilang "aero-to-gas"), na karaniwang may lakas na nasa loob ng 50MW, at maaaring gamitin sa industriyal na paggawa ng kuryente, pampanggaling pandagat, pag-angat ng tubo, tren ng tangke, pinamamahagi na paggawa ng kuryente, at pagsasanib ng init at kuryente. Ang heavy-duty gas turbine ay may lakas na higit sa 50MW at pangunahing ginagamit bilang nakapirmeng generator sa lupa, tulad ng mga urbanong grid ng kuryente.

Ang heavy-duty gas engine ay karaniwang iniuri ayon sa temperatura. Ang Klase E, F, G, at H ay tumutugma sa iba't ibang temperatura ng pagsunog. Mula sa pananaw ng inhinyero, mas mainam na iuri sila ayon sa kapasidad ng temperatura ng haluang metal.

Sa Tsina, ito ay mga maliit na gas turbine. Ang mga maliit na gas turbine ay karaniwang iniuri ayon sa istruktura: single-axis, double-axis, three-axis, aero-modified, industrial, at bihirang inuuri ayon sa temperatura dahil ang temperatura ng mga maliit na gas turbine ay hindi gaanong mataas kumpara sa heavy-duty gas turbines. Ang mga may power level na nasa ibaba ng 30 megawatts ay equiaxed crystals, na kilala rin bilang E-grade. Hindi absolute ang pagsasala, at ang ilan pang mas advanced ay umabot na sa F-grade. Ang E-grade ay trial-produced sa Tsina noong 1995. Maaaring katumbas ng 50 megawatts ang F-grade, na isang oriented crystal. Ang grado na ito ay trial-produced ng Tsina noong 2005, at kasalukuyan nang nagtataglay ang bansa ng lahat ng mga materyales na ito. Ang pinakamgaunlad na gas turbine ay umabot na sa H-grade, at kasalukuyan din naming taglay ang aming second-generation single crystals.

Karaniwan, ang mga nasa ilalim ng 1 MW ay tinatawag na micro-gas turbines. Ang mga micro-gas turbines sa ibang bansa ay hindi gumagamit ng mga ganoong magagandang alloy dahil sa mababang temperatura. Gumagamit sila ng ilang mga espesyal na bakal at bihirang gumagamit ng equiaxed crystals. Ang mga nasa paligid ng 15 MW ay tinatawag na maliit na gas turbines, na pangunahing gumagamit ng equiaxed crystals. Mayroon ding ilang mga espesyal na kompanya sa ibang bansa na gumagamit ng mga espesyal na bakal, ngunit dahil napakaganda ng kanilang mga coating, mas mahusay ang kanilang ginagawa. Ang mga maliit at katamtaman na 30~50 MW ay karaniwang gumagamit ng higit pang oriented crystals, na kilala rin bilang F-grade. Ang mas malalaki naman ay gumagamit ng single crystals ng una at pangalawang henerasyon, na siyang aming mga lokal na brand.

Ang mga micro gas turbine na maliit at katamtaman ang sukat ay kadalasang ginagamit sa pamamahagi ng kuryente at pinagsamang pagpainit ng kuryente at tubig. Ang mga may kapangyarihang nasa ilalim ng 30 MW at 15 MW ay kadalasang ginagamit sa Sichuan, habang ang mga nasa ilalim ng 7 MW ay kadalasang ginagamit sa Chongqing. Ito ay may kaugnayan sa sukat ng kanilang mga industrial park. Ang mga nasa paligid ng 30 MW ay kadalasang ginagamit sa Jiangsu, at ang mga nasa 50 MW hanggang 100 MW ay kadalasang ginagamit sa mga industrial park sa Guangdong, pangkalahatan para sa pamamahagi ng kuryente o pinagsamang pagpainit ng kuryente at tubig. Ang mga higit sa 100 MW ay ginagamit para sa ilang malaking grid ng kuryente o bilang baseload power station. Ang industriya ng langis at gas ay gumagamit ng mga maliit na micro gas turbine. Sa upstream mining industry, ang 7 MW at 15 MW ay kadalasang ginagamit, samantalang sa midstream pipeline transportation ay pangunahing ginagamit ang 15 MW at 30 MW.

Ang sistema ng disenyo ng mga gas turbine na mas mababa sa 30 MW ay katumbas na matatag, at ang sistemang proseso ng anyo ay pati na rin katumbas na matatag. Maaaring maabot ng rate ng OBT ang 85%. Kinakailangan pa rin ng industriyal na gas turbine ang pagsunod sa ekonomikong pagganap, pagsusuri ng teknikal at ekonomiko, o cost performance, at ang pangunahing indikador ng pagsusuri ay ang yield rate.

Para sa mga gas turbine na katamtaman at malaking sukat, kami (napanlooban) ay may kaunting natipon na disenyo ng software, mga espesipikasyon sa disenyo, at database ng ilang mga materyales at proseso sa aming sistema ng disenyo, kaya ang sistemang ito ay hindi pa lubos na nabuo at ang rate ng produksyon ay hindi mataas. Ang F-level o oriented crystal ay isang paghahati. Sa ibaba ng oriented crystal, sapat pa rin ang aming kumpiyansa upang makisali sa pandaigdigang kompetisyon. Sa itaas ng oriented crystal, sa antas ng industriya, mayroon pa rin kaming tiyak na agwat. Ipinapasa na sa pambansang koponan ang larangang ito. Ang ilang mga sentral na kumpanya ay nagtataguyod ng ilang mga pangunahing pananaliksik at pag-unlad, at ang pamumuhunan sa mga pangunahing materyales at mga pangunahing proseso ay napakalaki.

Industriyal na Kadena

Sa upstream ng chain ng industriya ng gas turbine ng aking bansa, ang mga manufacturer ng high-temperature alloys, titanium alloys, composite materials, aluminum alloys, at karaniwang bakal ay kinabibilangan ng Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group, at iba pa. Sa bahagi ng midstream na mga bahagi at components, ginagawa ang casting, forging, o iba pang proseso sa paggawa ng turbine blades, shafts, at iba pang bahagi. Ang mga blades at iba pang bahagi ay nabubuo sa pamamagitan ng proseso ng casting. Kinabibilangan ng mga pangunahing domestic casting at forging manufacturers ang Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd., at iba pa. Pagkatapos, ang downstream na buong makina ng mga manufacturer ay nag-aassemble ng iba't ibang bahagi sa buong makina. Ang mga pangunahing manufacturer ay kinabibilangan ng AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric, at iba pa.

Ang mga industriya sa upstream, lalo na ang mga produkto tulad ng high-temperature alloys, high-temperature titanium alloys, thermal barrier coatings, at advanced ceramic composite materials, ay may malaking papel sa pagsulong ng industriya ng pambansang paggawa ng armas at high-end equipment manufacturing. Ang pinagana gas turbines sa bansa ay pangunahing ginagamit para sa paggawa ng kuryente, at maliit na bahagi ay ginagamit para sa pag-inom ng tubig, pagdadala ng hangin, at pagpapatakbo ng presyon sa mga oil and gas fields, at bilang pwersa para sa mga barko at tank. Ang pagsisikap ay nakakatuon sa distributed power generation, combined heat and power, transportasyon ng natural gas pipeline, propulsyon ng barko, at mechanical drive. May malaking potensyal na merkado ang mga gas turbine ng bansa sa distributed energy supply, pressurization stations, industrial power generation at iba pang mga larangan, at sinusuportahan ito ng mga patakaran para sa mabilis na pag-unlad ng industriya. Ang kasalukuyang malalaking proyekto sa bansa tulad ng 'West-to-East Gas Transmission', 'West-to-East Power Transmission' at 'South-to-North Water Diversion', pati na rin ang mabilis na pag-unlad ng industriya ng pambaril sa bansa, ay nagdulot ng mabilis na pagtaas sa demand para sa mga gas turbine sa bansa.

Patakaran ng Industriya

Ang ika-14 na Five-Year Plan's modern energy system ay nakalista rin ang gas turbines bilang isang pangunahing mahalagang teknolohiya, kung saan halos inilalagay ito sa parehong antas ng nukleyar na enerhiya, bagong power system, imbakan ng enerhiya, at enerhiyang hydrogen.

Ang State Power Investment Corporation ay nagawa na dalawang espesyal na proyekto, isa ay isang malaking proyekto para sa mga heavy-duty gas turbines, kabilang ang mga gas turbine na may blend na hydrogen. Isang pure hydrogen ay itinayo sa Inner Mongolia ngunit hindi pa ito inilunsad. Ang Jingmen Power Plant ay gumamit na ng 15% blend. Ang Harbin Electric at Guangdong Electric Group, na kilala rin bilang Guangdong Energy Group, ay nagtrabaho sa isang proyekto ng hydrogen-blending sa Daya Bay, at ang Hangzhou Steam Turbine at Siemens ay nagtrabaho sa isang proyekto ng hydrogen-blending sa Zhoushan.

Ang mga gas turbine ay madalas na ginagamit sa West-East Gas Pipeline at sa mga offshore oil platform. Bilang isang kumpanya na may ugnayan sa militar, ang CNOOC ay dinulog din ng Estados Unidos at kinaharap ang panganib ng katataposan ng suplay. Habang naganap ang digmaan sa pagitan ng Rusya at Ukranya, ang mga gas turbine ng Siemens na binili ng Rusya ay itinigil nang kanilang ipadalaw sa Canada para sa pagsasanay, na nagdulot ng epekto sa enerhiyang seguridad. Dapat sundin agad ang lokalizasyon.

Pangkalahatang Espasyo

Noong 2022, ang produksyon ng gas turbine sa aking bansa ay 4.0563 milyong kilowatts, at ang demand ay humigit-kumulang sa 6.7986 milyong kilowatts.

Ayon sa estadistika, ang sukat ng pamilihan ng gas turbine sa aking bansa ay umabot sa 61.669 bilyong piso noong 2022, kung saan ang sukat ng pamilihan ng mikro gas turbine ay 893 milyong piso, ang sukat ng pamilihan ng liwanag na gas turbine ay 56.569 bilyong piso, at ang sukat ng pamilihan ng mahabang gas turbine ay 4.207 bilyong piso.

Ang aking bansa ay kayang mag-produce ng light gas turbines (power below 50MW) nang hindi umaasa sa ibang bansa. Ang mga mababang uri nito ay maari pa nga ring i-export, ngunit ang heavy gas turbines (power above 50MW) ay karamihan ay umaasa pa rin sa pag-import. Ang core technology ay karamihan ay monopolisado ng mga international manufacturer tulad ng GE sa Estados Unidos, Mitsubishi sa Japan, at Siemens sa Germany. May panganib na mahadlangan sa pamilihan sa loob ng bansa. Ayon sa datos mula sa General Administration of Customs, ang pag-import ng gas turbine noong 2022 ay $4.161 bilyon at ang pag-export ay $735 milyon.