Classe F, classe H, classe J, compreensão da classificação de turbinas a gás

1. Conhecimento básico de turbinas a gás

As turbinas a gás são compostas 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 usa um esquema de ciclo simples, e apenas turbinas a gás de serviço pesado usam um esquema de ciclo combinado. Devido a diferentes origens históricas, as turbinas a gás se desenvolveram em diferentes caminhos técnicos. As turbinas a gás leves aeroderivadas industriais e marítimas (comumente conhecidas como "máquinas aeroderivadas") são formadas pela modificação de motores de aeronaves; as turbinas a gás industriais de serviço pesado (comumente conhecidas como "máquinas industriais") são desenvolvidas seguindo o conceito tradicional de turbina a vapor, que são usadas principalmente para acionamentos mecânicos e grandes estações 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 de turbinas a gás

Existem dezenas de empresas envolvidas em pesquisa, design e fabricação de turbinas a gás no mundo. Atualmente, as quatro empresas que dominam totalmente a tecnologia de turbinas a gás para serviços pesados ​​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 de turbinas a gás, e ele 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 dividido (cada 100 graus é um nível):

Estados Unidos GE (introdução da 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 classe G, classe H é produto de teste intermediário, 1600/1700℃ é classe J.

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

2. Classificação da saída de referência para turbinas a gás de alta resistência:

Turbinas a gás de alta resistência para geração de energia são geralmente classificadas de acordo com a saída quando a temperatura de combustão da câmara de combustão está entre 1100 graus Celsius e 1500 graus Celsius. Por exemplo, a saída das turbinas a gás Classe B é menor ou igual a 100 MW, a saída das turbinas a gás Classe E está entre 100 MW e 200 MW, a saída das turbinas a gás Classe F está entre 200 MW e 300 MW, e graus mais altos como Classe G e Classe H estão na faixa de 300 MW a 400 MW. De acordo com o Sr. Chen Xuewen, como a saída das turbinas a gás de vários fabricantes se desenvolveu rapidamente, esse método de classificação está um pouco atrás do produto real.

3. Desenvolvimento de turbinas a gás internacionais

Siemens: O produto representativo SGT5-8000H super turbina a gás 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 tem uma potência de ciclo combinado de 595 MW. A geração de energia de um SGT5-8000H é suficiente para abastecer uma grande cidade industrial. Suas lâminas de turbina têm que suportar uma alta temperatura de mais de 1500°C, que excede a temperatura de entrada da turbina do motor de aeronave turbofan GE90 e do motor a jato F404. Como a velocidade da ponta da lâmina da turbina excede 1700 quilômetros por hora, a enorme força centrífuga faz com que uma extremidade de cada lâmina entre em contato com 10,000 vezes a gravidade da Terra. A lâmina não pode ter nenhuma falha, e o erro é de apenas dezenas de mícrons, caso contrário, será descartada. Portanto, diz-se que uma lâmina é equivalente a um BMW.

Mitsubishi Corporation: O modelo mais recente é a super turbina a gás M701J com uma potência de ciclo combinado de 650 MW. Ela é equipada com um compressor axial de 15 estágios com uma relação de pressão de 23:1. O queimador e a turbina axial de 4 estágios são todos resfriados a ar, e os primeiros 3 estágios usam os mais recentes revestimentos de proteção de alta temperatura, revestimentos de barreira térmica de cerâmica e resfriamento de filme de ar de alto desempenho e outras tecnologias de alta tecnologia. Com a temperatura de entrada de turbina a gás mais alta do mundo de 1600°C, ainda pode garantir a vida útil de longo prazo de componentes de alta temperatura. As últimas inovações na série J são projetadas para reduzir ainda mais as emissões de carbono. Em março de 2020, a MHPS recebeu um pedido de dois trens de força M501JAC da Intermountain Power Authority em Utah, EUA. As duas turbinas a gás são baseadas em um sistema de combustão de baixo NOx seco resfriado a ar e são capazes de usar até 30% de combustível de hidrogênio renovável. Comparado com usinas de energia a carvão do mesmo tamanho, um sistema de 30% de hidrogênio 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 usina atingirá gradualmente a geração de eletricidade de hidrogênio 100% renovável.

General Electric: As turbinas a gás de serviço pesado da série 9HA são as turbinas a gás de ciclo combinado mais eficientes do mundo; sua mais recente turbina a gás de serviço pesado 9HA.02 não só tem uma eficiência de ciclo combinado de mais de 64%, mas também tem uma potência de saída de até 826 MW. Esses dois indicadores-chave excedem em muito seus dois principais concorrentes, e a tecnologia de impressão 3D mais avançada é usada para fabricar componentes-chave.

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