Classes F, H, J, compreensão da classificação de turbinas a gás

1. Conhecimento básico de turbinas a gás

As turbinas a gás são composta principalmente por três componentes principais: compressor, câmara de combustão e turbina a gás. O ciclo da turbina a gás é geralmente chamado de ciclo simples. A maioria das turbinas a gás utiliza um esquema de ciclo simples, e apenas as turbinas pesadas utilizam um esquema de ciclo combinado. Devido a diferentes antecedentes históricos, as turbinas a gás evoluíram em caminhos técnicos diferentes. As turbinas leves derivadas de aviões para uso industrial e marítimo (comumente conhecidas como "máquinas derivadas de aviões") são formadas pela modificação de motores de avião; as turbinas industriais pesadas (comumente conhecidas como "máquinas industriais") foram desenvolvidas seguindo o conceito tradicional de turbina a vapor, sendo usadas principalmente para acionamento mecânico e grandes usinas de energia.

Uma turbina a gás pode ser dividida em três partes da esquerda para a direita: compressor (azul), câmara de combustão (vermelha) e turbina (amarela).

2. Classificação das turbinas a gás

Existem dezenas de empresas no mundo envolvidas em pesquisa, design e fabricação de turbinas a gás. Atualmente, as quatro empresas que dominaram completamente a tecnologia de turbinas a gás pesadas são a General Electric dos Estados Unidos, a Siemens da Alemanha, a Mitsubishi Heavy Industries do Japão (que introduziu a tecnologia Westinghouse dos Estados Unidos nos primeiros dias) e a Ansaldo da Itália. De acordo com o Sr. Chen Xuewen, Vice-Presidente da Shanghai Electric Gas Turbine Co., Ltd., nunca houve um padrão internacional para o nível de modelo das turbinas a gás, e isso está se tornando cada vez mais vago hoje. O autor só pode coletar opiniões de várias partes e resumi-las da seguinte forma:

1. de acordo com a temperatura de combustão da turbina a gás é dividida (a cada 100 graus é um nível):

Estados Unidos GE (introduzido pela Harbin Electric): 1100 ℃ para classe E, 1200 ℃ para classe F, 1400 ℃ para classe H.

Japão Mitsubishi (introduzido pela Dongfang Electric): 1400 ℃ é classe F, 1500 ℃ é da classe G, classe H é produto de teste intermediário, 1600/1700 ℃ é da classe J.

Alemanha Siemens (introduzido pela Shanghai Electric): o antigo número V64.3A, V84.3A, V94.3A é da classe 6F. Em 1997, a Westinghouse vendeu sua divisão de geradores não nucleares para a Siemens. O novo número foi alterado para SGT6-5000F e SGT-8000H semelhantes. A classe F é 1200 ° Classe C e Classe H é 1500 ° C. Não.

2. Classificação de saída de referência para turbinas a gás pesadas:

As turbinas a gás de grande porte para geração de energia geralmente são classificadas de acordo com a saída quando a temperatura de combustão na câmara de combustão está entre 1100 graus Celsius e 1500 graus Celsius. Por exemplo, a saída das turbinas a gás da Classe B é menor ou igual a 100MW, a saída das turbinas a gás da Classe E está entre 100MW e 200MW, a saída das turbinas a gás da Classe F está entre 200MW e 300MW, e as classes superiores, como Classe G e Classe H, estão na faixa de 300MW a 400MW. De acordo com o Sr. Chen Xuewen, devido ao rápido desenvolvimento da saída das turbinas a gás de vários fabricantes, este método de classificação está ligeiramente atrás do produto real.

3. Desenvolvimento de Turbinas a Gás Internacionais

Siemens: O produto representativo SGT5-8000H de turbina a gás super avançada pesa 390 toneladas (equivalente a um Airbus A380 totalmente abastecido), tem 13,1 metros de comprimento, 4,9 metros de largura, 4,9 metros de altura e uma potência combinada de ciclo de 595MW. A geração de energia de uma única SGT5-8000H é suficiente para abastecer uma grande cidade industrial. As pás da turbina precisam suportar uma temperatura alta de mais de 1500 ° C, que excede a temperatura de entrada da turbina do motor a jato turbofã GE90 e do motor a jato F404. Como a velocidade na ponta da pás da turbina excede 1700 quilômetros por hora, a força centrífuga enorme faz com que cada extremidade da pás entre em contato 10.000 vezes com a gravidade da Terra. A pás não pode ter nenhum defeito, e o erro é de apenas dezenas de micrômetros, caso contrário será descartada. Portanto, diz-se que uma pás equivale a um BMW.

Mitsubishi Corporation: O modelo mais recente é a turbina a gás super M701J com potência combinada de 650MW. Está equipada com um compressor axial de 15 estágios com uma razão de compressão de 23:1. O queimador e a turbina axial de 4 estágios são todos resfriados a ar, e as primeiras 3 etapas utilizam os revestimentos protetores de alta temperatura mais recentes, revestimentos cerâmicos de barreira térmica e resfriamento por filme de ar de alta performance e outras tecnologias de ponta. Com a temperatura de entrada da turbina a gás mais alta do mundo de 1600 ° C, ainda é capaz de garantir a vida útil de longo prazo de componentes em alta temperatura. As últimas inovações na série J foram projetadas para reduzir ainda mais as emissões de carbono. Em março de 2020, a MHPS recebeu um pedido de duas unidades propulsoras M501JAC da Intermountain Power Authority, localizada no estado de Utah, nos EUA. As duas turbinas a gás são baseadas em um sistema de combustão seca de baixo teor de NOx resfriado a ar e são capazes de utilizar até 30% de combustível à base de hidrogênio renovável. Comparado com usinas termelétricas movidas a carvão do mesmo porte, um sistema de hidrogênio de 30% reduzirá as emissões de carbono em mais de 75%, enquanto um sistema de 100% de hidrogênio eliminará completamente as emissões de carbono. Entre 2025 e 2045, a planta irá gradualmente alcançar a geração de eletricidade com 100% de hidrogênio renovável.

General Electric: a série 9HA de turbinas a gás pesadas é a mais eficiente do mundo em ciclos combinados; sua mais recente turbina a gás pesada 9HA.02 não apenas possui uma eficiência de ciclo combinado superior a 64%, mas também tem uma capacidade de saída de até 826MW. Esses dois indicadores-chave superam em muito seus dois principais competidores, e a tecnologia de impressão 3D mais avançada é usada para fabricar componentes-chave.

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