Kelas Pengetahuan BLAZE: Turbin Gas

Konsep Asas

Menurut "Kosa Kata Turbin Gas" (GB/T 15135-2018), turbin gas merujuk kepada mesin putaran aliran terus (mesin tunggal) yang menukar tenaga haba kepada kerja mekanik, termasuk pengompres, peralatan untuk memanaskan cecair kerja (seperti ruang pembakaran), turbin, sistem kawalan dan peralatan bantuan.

Enjin turbin gas industri, biasanya dirujuk sebagai turbin gas atau turbin, enjin gas industri, pada dasarnya adalah perkara yang sama dengan enjin gas turbin penerbangan (dikenali sebagai enjin penerbangan), tetapi situasi aplikasi sedikit berbeza. Ia mengompresi gas tekanan tinggi ke dalam ruang pembakaran, dan melalui tindak balas tenaga kimia, menukar tenaga kimia kepada kerja mekanik melalui turbin (transliterasi daripada turbine).

Sebagai peranti penukaran tenaga, turbin gas adalah enjin pesawat yang menukar kerosen penerbangan kepada tenaga mekanik untuk baling-baling ketika terbang di langit; turbin gas yang digunakan di atas tanah menukar gas asli dan minyak kepada tenaga mekanik untuk generator.

Turbin uap, enjin pembakaran dalaman, dan turbin gas pertama kali dibangunkan untuk digunakan pada kapal perang. Turbin uap digunakan sebelum Perang Dunia I, enjin pembakaran dalaman digunakan semasa Perang Dunia I dan Perang Dunia II, dan turbin gas untuk kapal perang dibangunkan selepas Perang Dunia II. Mereka dimodifikasi daripada enjin pesawat dan主要用于 pada kapal permukaan besar.

Turbin gas mempunyai beberapa ciri:

Pertama, kecekapan penukaran tenaga teoretikal boleh mencapai 88%, yang merupakan peranti dengan kecekapan penukaran tenaga tertinggi di dunia sehingga kini. Sel bahan dikatakan boleh mencapai kecekapan penukaran 90%, tetapi mereka belum sepenuhnya diperdagangkan; kecekapan penukaran tenaga teoretikal enjin pembakaran adalah 88%, yang telah dikesan selama beberapa dekad.

Kedua, suhu pembakaran turbin gas adalah relatif tinggi, dan pelepasan gas berbahaya adalah relatif rendah.

Ketiga, ketumpatan kuasa adalah relatif besar. Mesin tunggal saiz sebuah bekas boleh menyediakan tenaga kepada sebuah penghancur; dua bekas pada asasnya mencukupi untuk elektrik awam sebuah daerah. Turbin hujan sangat besar, seperti enjin diesel dan enjin pembakaran dalaman dengan kapasiti lebih dari 10 megawatt, yang pada asasnya adalah peranti besar yang berat ribuan tan dan puluhan meter tinggi.

Keempat, turbin gas tidak seperti enjin pembakaran dalam, yang beroperasi secara berkala dan melakukan kerja sekali setiap 4 langkah. Turbin gas berfungsi secara selamat, dan turbinnya adalah garis putaran. Ia merupakan peranti mesin terma dengan kecekapan penukaran tenaga tertinggi, menukar tenaga kimia kepada tenaga terma dan mekanikal.

Pada tahun 1970-an, turbin gas memasuki industri minyak AS, menghasilkan turbin gas industri. Enjin pesawat memerlukan prestasi relatif tinggi, lebih rumit, dan mempunyai umur relatif pendek; enjin industri tidak perlu ringan, dibuat sangat kukuh, dan memerlukan umur yang agak panjang. Pada akhir 1980-an, dengan perkembangan gas asli, ia telah memasuki industri kuasa.

Selepas Perang Dunia II, tahap teknikal Amerika Syarikat tidak sangat tinggi. Penyenbukan awal adalah daripada syarikat Itali, yang merupakan pusat peralatan putaran di Eropah. Contoh syarikat British ialah Rolls-Royce, yang membuat enjin kapal terbang. Secara amnya, syarikat yang membuat enjin kapal terbang juga akan membuat turbin gas. Siemens Jerman menyenbuk di seluruh Eropah, dan juga menyenbuk pembaharuan enjin Rolls-Royce. Turbin gas Russia sebahagian besar bekerjasama dengan Ukraine. Rekabentuk semuanya dilakukan di Russia, dan beberapa tapak pengeluaran berada di Mariupol, Ukraine.

Dalam dekad terkini, hanya Mitsubishi dari Jepun yang telah mengembangkan turbin gas berat sebenar, dan Kawasaki membuat yang lebih kecil, jadi masih terdapat ambang tertentu. Turbin gas sederhana dan sederhana terutamanya GE, terutamanya untuk penggunaan tentera. Ketenteraan utama kebanyakannya adalah GE, model LM-2500. Siemens memperolehi beberapa daripada turbin gas kecilnya di Lincoln, UK, dengan kapasiti kurang daripada 15 MW, dan beberapa di Finspång, Sweden. Syarikat terbaik dalam turbin gas kecil adalah Solar di AS, yang sangat hampir dengan pelanggan mereka dan mempunyai pangsa pasaran tertinggi di dunia untuk turbin gas kecil dengan kapasiti kurang daripada 15 MW.

Pengelasan

Berdasarkan bentuk struktur dan kuasa keluaran, turbin gas boleh dibahagikan kepada tiga kategori: mikro, ringan dan berat. Di antaranya, turbin gas mikro dan ringan boleh dimodifikasi daripada enjin kapal terbang (juga dikenali sebagai "aero-to-gas"), dengan kuasa biasanya di bawah 50MW, dan boleh digunakan dalam pengeluaran kuasa industri, kuasa kapal, peningkatan paip, lokomotif tangki, pengeluaran kuasa teragih dan kuasa panas bersama. Turbin gas berat mempunyai kuasa lebih dari 50MW dan主要用于 sebagai pembangkit elektrik tetap di atas tanah, seperti grid kuasa bandar.

Enjin turbin gas berat amnya diklasifikasikan mengikut suhu. Kelas E, F, G, dan H sepadan dengan suhu pembakaran yang berbeza. Dari perspektif kejuruteraan, ia lebih sesuai untuk mengklasifikasikannya berdasarkan keupayaan penahanan suhu logam padu.

Di China, pada dasarnya ia adalah turbin gas kecil. Turbin gas kecil biasanya diklasifikasikan mengikut struktur: tunggal-paksi, dua-paksi, tiga-paksi, aero-dimodifikasi, perindustrian, dan jarang diklasifikasikan mengikut suhu, kerana suhu turbin gas kecil tidak sebegitu tinggi berbanding turbin gas berat. Yang mempunyai tahap kuasa di bawah 30 megawatt sebenarnya adalah kristal ekuiaxial, iaitu kelas E. Ini bukan mutlak, dan beberapa yang lebih maju telah mencapai kelas F. Kelas E dicuba diproduksi di China pada tahun 1995. Sekitar 50 megawatt mungkin berkoresponden dengan kelas F, yang merupakan kristal terpandu. China mencuba memproduksi kelas ini pada tahun 2005, dan kita sekarang mempunyai semua bahan ini. Turbin gas paling canggih telah mencapai kelas H, dan kita sekarang mempunyai kristal tunggal generasi kedua kita.

Secara amnya, mereka yang di bawah 1 MW dipanggil mikro-turbun gas. Sebenarnya, mikro-turbun gas di luar negara tidak menggunakan kumpulan logam sebaik itu kerana suhu yang rendah. Mereka menggunakan beberapa keluli istimewa, dan jarang menggunakan kristal ekuiaksial. Mereka yang berada pada kira-kira 15 MW dipanggil turbun gas kecil, yang terutamanya menggunakan kristal ekuiaksial. Terdapat juga beberapa syarikat istimewa di luar negara yang menggunakan keluli istimewa, tetapi kerana pelapuk mereka sangat baik, ia dibuat dengan lebih baik. Saiz sederhana dan sederhana 30~50 MW biasanya menggunakan lebih banyak kristal berarah, iaitu gred F. Yang lebih besar menggunakan kristal tunggal generasi pertama dan kedua, yang merupakan jenama tempatan kita.

Turbun gas mikro, kecil dan sederhana biasanya digunakan dalam kuasa teragih dan kuasa panas bersama. Turbun yang berkuat di bawah 30 MW dan 15 MW kebanyakannya digunakan di Sichuan, manakala yang berkuat di bawah 7 MW kebanyakannya digunakan di Chongqing. Ini berkaitan dengan skala taman perindustrian mereka. Turbun yang berkuat sekitar 30 MW kebanyakannya digunakan di Jiangsu, dan yang berkuat antara 50 MW hingga 100 MW kebanyakannya digunakan dalam taman perindustrian di Guangdong, umumnya untuk kuasa teragih atau kuasa panas bersama. Turbun yang berkuat lebih dari 100 MW asasnya digunakan untuk pengaturan puncak grid kuasa besar atau sebagai stesen kuasa beban asas. Dalam industri minyak dan gas, turbun kecil asasnya digunakan. Dalam industri penambangan hulu, turbun 7 MW dan 15 MW kebanyakannya digunakan, dan dalam pengangkutan paip tengah, ia asasnya 15 MW dan 30 MW.

Sistem reka bentuk turbin gas di bawah 30 MW adalah relatif matang, dan sistem bahan proses juga relatif matang. Kadar hasil OBT boleh mencapai 85%. Turbin gas industri masih perlu memfokuskan kepada prestasi ekonomi, penilaian teknikal dan ekonomi, atau prestasi kos, dan penanda penilaian utama adalah kadar hasil.

Untuk turbin gas sederhana dan berukuran besar, kami (dalam negara) mempunyai sedikit penumpukan perisian reka bentuk, spesifikasi reka bentuk, dan pangkalan data beberapa bahan dan proses dalam sistem rekabentuk kami, jadi sistem rekabentuk ini tidak sangat matang dan kadar hasilnya tidak tinggi. F-level atau kristal terpandu adalah satu titik pemisah. Di bawah kristal terpandu, kami masih cukup yakin untuk menyertai persaingan antarabangsa. Di atas kristal terpandu, pada tahap perindustrian, kami masih ada sedikit beza. Kawasan ini diserahkan kepada pasukan kebangsaan. Beberapa enterprise pusat sedang melakukan beberapa penyelidikan asas dan pembangunan, dan pelaburan dalam bahan asas dan proses asas adalah besar.

Rantai Industri

Dalam hulu rantai industri turbin gas negara saya, pembuat aliran logam suhu tinggi, titanium, bahan komposit, logam paduan aluminium dan keluli am adalah Gangyan Gaona, Fushun Special Steel, Baoti Group, dan sebagainya. Dalam pautan komponen tengah aliran, bahan-bahan itu diebuk atau ditokung atau melalui proses lain untuk membuat bilah turbin, paksi dan komponen lain. Bilah dan komponen lain dibentuk melalui proses pengebukan. Pengelombong utama dalam negeri termasuk Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd., dan sebagainya. Kemudian, pembuat mesin di hilir merangkai pelbagai bahagian menjadi mesin keseluruhan. Pengelombong utama termasuk AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric, dan sebagainya.

Industri hulu, terutamanya produk seperti aloi suhu tinggi, aloi titanium suhu tinggi, pelapakhalangan haba, dan bahan komposit keramik canggih memainkan peranan penting dalam mendorong pembuatan semula industri pertahanan negara dan pengeluaran peralatan premium. Turbin gas tempatan主要用于发电，dan sejumlah kecil digunakan untuk penyuntikan air, penyerapan udara, pemampatan di ladang minyak dan gas, serta kuasa kapal dan tangki. Fokusnya adalah pada pengeluaran tenaga teragih, penghasilan haba dan kuasa, pengangkutan paip gas alam, pemberian kuasa kapal, dan pegerakan mekanikal. Aspek-aspek tersebut menunjukkan bahawa turbin gas negara kita mempunyai potensi pasaran yang besar dalam bekalan tenaga teragih, stesen pemampatan, pengeluaran kuasa industri dan bidang lain, dengan dasar-dasar yang menyokong perkembangan pantas industri ini. Projek-projek besar skala besar negara kita kini seperti "Penjanaan Gas Barat ke Timur", "Penjanaan Kuasa Barat ke Timur" dan "Pemindahan Air Selatan ke Utara" serta perkembangan pantas industri pembinaan kapal negara kita telah menyebabkan peningkatan pantas dalam permintaan turbin gas di negara kita.

Dasar Perindustrian

Sistem tenaga moden dalam Pelan Lima Tahun ke-14 juga menyenaraikan turbin gas sebagai teknologi inti utama, secara asas menempatkannya pada tahap yang sama dengan tenaga nuklear, sistem kuasa baru, penyimpanan tenaga dan tenaga hidrogen.

Syarikat Pelabuhan Negara telah menjalankan dua projek khas, satu adalah projek besar untuk turbin gas berat, termasuk turbin gas bercampur hidrogen. Satu yang murni hidrogen telah dibina di Dalam Mongolia tetapi belum dimasukkan ke dalam operasi. Pembangkit Kuasa Jingmen telah mencampurkan 15%. Harbin Electric dan Kumpulan Elektrik Guangdong, yang merupakan Kumpulan Tenaga Guangdong, telah menjalankan projek pencampuran hidrogen di Daya Bay, dan Hangzhou Steam Turbine dan Siemens telah menjalankan projek pencampuran hidrogen di Zhoushan.

Turbina gas meluas digunakan dalam Paip Gas Barat-Timur dan di platform minyak lepas pantai. Sebagai sebuah enterprise berkaitan tentera, CNOOC juga telah dikenakan sanksi oleh Amerika Syarikat dan menghadapi risiko pemotongan bekalan. Semasa perang Rusia-Ukraine, turbina gas Siemens yang dibeli oleh Rusia ditahan apabila mereka dihantar ke Kanada untuk penyelenggaraan, mempengaruhi keselamatan tenaga. Penempatan tempatan mesti dilakukan secepat mungkin.

Ruang Pasaran

Pada tahun 2022, pengeluaran turbina gas negara kita akan menjadi 4.0563 juta kilowatt, dan permintaan akan kira-kira 6.7986 juta kilowatt.

Menurut statistik, saiz pasaran turbina gas negara kita mencapai 61.669 bilion yuan pada tahun 2022, di mana saiz pasaran mikro turbina gas adalah 893 juta yuan, saiz pasaran turbina gas ringan adalah 56.569 bilion yuan, dan saiz pasaran turbina gas berat adalah 4.207 bilion yuan.

Negara saya sekarang mempunyai keupayaan untuk menghasilkan gas turbin ringan secara mandiri (kuasa di bawah 50MW), dan jenis yang rendah malah boleh dieksport, tetapi gas turbin berat (kuasa di atas 50MW) masih hampir sepenuhnya bergantung kepada import, dan teknologi asasnya hampir sepenuhnya dimonopoli oleh pembuat antarabangsa seperti GE di Amerika Syarikat, Mitsubishi di Jepun, dan Siemens di Jerman. Terdapat risiko "tertindas" dalam pasaran tempatan. Menurut data dari Jabatan Kastam, import gas turbin pada tahun 2022 akan menjadi US$4.161 bilion dan eksport akan menjadi US$735 juta.