Газотурбинная электростанция GE LM2500

Газовая турбина GE LM2500 aeroderivative является аэропроизводным (созданным на базе авиационного двигателя) турбоагрегатом и отличается модульной конструкцией, высокой надежностью и гибкостью в применении. Особенность газовой турбины GE LM2500 – компактность и малый вес тела двигателя, всего 5 тонн, при этом ГТУ развивает 37 МВт или 50000.00 л.с. при КПД 40%. Габаритные размеры Core Engine ДхШ, в мм: 6600х2030. В настоящее время отгружено около 2500 установок LM2500 для энергетического сектора, и более 800 газотурбоблоков корабельного исполнения, находящихся в разных точках мира. Общая наработка турбин LM2500 составляет более 120 миллионов часов. Турбина имеет показатель надежности более 99% и коэффициент готовности более 98%. В простом цикле турбина демонстрирует эффективность до 40% (в модификациях +G4), а в режиме когенерации (ПГУ) общая тепловая эффективность может превышать 85%.

LM2500 является одной из самых продаваемых газовых турбин уже больше, чем 50 лет и поддерживает репутацию самого надежного промышленного газового турбогенератора в своем классе. Турбины LM2500 могут работать на разных видах топлива, включая природный газ, СПГ, этан, этанол био- и дизельное топливо, мазут и др. Имеется почти 30-летний опыт работы на топливе с содержанием водорода при концентрациях от 5% до 95% (по объему). Турбины LM2500 используют для выработки электроэнергии на предприятиях, в коммунальном хозяйстве, на удаленных объектах, включая морские платформы. LM2500 применяют как приводы в комплекте с компрессорами, насосами и другими мощными машинами. Они используются на объектах нефтегазовой индустрии для добычи и транспортировки по трубопроводам. LM2500 используется в самых разных областях: от морских судов (военных и гражданских) и нефтегазовой отрасли (приводы компрессоров, насосов) до стационарной электрогенерации и комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ).

Новейший вариант этой турбины — LM2500XPRESS имеет модульную конструкцию с 95% заводской сборкой. Готовые модули быстро и легко монтируются на месте эксплуатации. В сравнении с традиционными ГТУ здесь требуется гораздо меньше электрических соединений между модулями (всего 27 вместо более 130). Полный цикл работ, включая запуск LM2500XPRESS в эксплуатацию может быть выполнен всего за две недели бригадой из 20 специалистов. Высокая эффективность LM2500 помогает снизить эксплуатационные расходы, выбросы в атмосферу и зависимость от местной электросети. Благодаря возможности работы на двух видах топлива, включая сингулярную кольцевую горелку (SAC) или новейшую двухтопливную технологию GE с сухим низким уровнем выбросов (DLE), Газотурбинная установка LM2500 разработана на базе авиадвигателя CF6-6 и выпускается фирмой General Electric с 1969 г. Газотурбинная установка LM2500 выполнена двухвальной. Генератор горячих газов для 6-ступенчатой турбины низкого давления (ТНД) состоит из 17-ступенчатого компрессора высокого давления (КВД), камеры сгорания и 2-ступенчатой турбины высокого давления (ТВД) с номинальной частотой вращения 1500-3000-6450 мин. Турбина НД через вал, находящийся внутри вала ВД, вращает компрессор низкого давления (КНД, 5 ступеней) и выдает полезную мощность со стороны выхода отработавших в ней газов. Выдача мощности возможна и со стороны КНД. Компрессор низкого давления выполнен с одним регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА), в компрессоре высокого давления (КВД) регулируется шесть направляющих венцов на входе. Изменение положения ВНА обеспечивает согласование расходов воздуха при быстрых пусках, остановах и снижении нагрузок и предотвращает срывные явления при длительной работе на очень малой нагрузке. Силовая турбина (ТНД) в зависимости от модификации (например, LM2500+, LM2500+G4), может иметь 4-6 ступеней и предназначена для выработки полезной мощности. Тепловая мощностью 9750 кДж/кВтч. Инспекция горячей части проводиться от 25000-35000 часов, главная инспекция 50000-72000 часов, в зависимости от мощности установки.

Аэродинамически совершенные рабочие и сопловые лопатки ТВД ГТУ LM2500 выполнены монокристаллическими из жаропрочного сплава и защищены термобарьерным покрытием. Рабочие лопатки всех ступеней ТНД объединены бандажом. Газотурбинная установка LM2500 поставляется с кольцевыми камерами сгорания (КС) двух типов. Камера первого типа аналогична камере авиационных ГТД и выполнена прямоточной с завихрителем Вентури, обеспечивающим равномерное распределение температуры на выходе из камеры. В ее конструкции предусмотрена возможность замены отдельных форсунок. Пламенная труба для увеличения срока службы выполнена неразъемной и защищена иттрий-циркониевым термобарьерным покрытием. Камера второго типа ‒ сухая, малоэмиссионная с предварительной подготовкой топливовоздушной смеси, при работе на природном газе обеспечивает выбросы NOx не более 25 млн при концентрации O2 равной 15% без впрыска воды или пара, необходимых при работе на малосернистом жидком топливе для снижения концентрации NOx менее 42 млн. Фирма General Electric последовательно совершенствует конструкции ГТУ с повышением их показателей. На модификации LM2500XPRESS применена двухкольцевая двухтопливная камера сгорания с выбросами менее 15 млн и СО не более 25 млн при сжигании природного газа без впрыска воды или водяного пара. При модернизации ГТУ фирма General Electric применила свои достижения в подборе материалов и технологии, использованные при изготовлении авиадвигателей СF-80E и GE90, а также промышленной ГТУ LMS100.

Камера сгорания предназначена для получения и подачи в турбину высокого давления рабочего тела (смеси воздуха и продуктов сгорания) необходимых параметров. По конструкции камера сгорания встроенная, прямоточная кольцевого типа. В ГТД используется система сгорания обедненной топливной смеси DLE (система снижения выбросов сухого типа). Конфигурация одинарной кольцевой камеры сгорания с 30 форсунками позволяет работать с равномерным соотношением смешения топлива с воздухом во всем диапазоне работы ГТУ, минимизируя выбросы NOх даже на режиме низкой нагрузки. Газовое топливо вводится в камеру сгорания через 75 предварительных смесителя, установленных в 30 модулях, которые образуют в ней три кольцевых зоны горения: внешнюю зону или зону «А», регулирующую зону или зону «В» и внутреннюю зону или зону «С». Тройная кольцевая камера сгорания предназначена для усовершенствования и уменьшения выбросов в атмосферу при запуске и работе на полной мощности. Тепловые экраны камеры сгорания изготовлены из однокристального сплава никеля и обладают быстрым охлаждением для сокращения выбросов и мощности. Газово-воздушные предварительные смесители установлены в технологических отверстиях тепловых экранах тройной камеры сгорания. В газо-воздушном предварительном смесителе воздух проходит через внутренний и наружный завихрители, закручивающие его в противоположных направлениях. Получающийся турбулентный поток интенсивно смешивает газ и воздух. Обратная закрутка делается для устранения возможности формирования зон обратных токов в приосевой зоне смесителя. С этой же целью внутри смесителя размещается центральное тело. Газ из коллектора подается в закрученный воздушный поток через отверстия, расположенные на выходной кромке лопаток завихрителя. Остаточный вихрь на выходе из сопла смесителя помогает стабилизировать горение «бедной» предварительно перемешанной топливно-воздушной смеси за срезом сопла. Система зажигания, состоящая из запальников, встроенных в КС вырабатывает электрическую искру высокого напряжения, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь в КС при пуске. Система состоит из возбудителя зажигания, кабеля и искрового воспламенителя. После воспламенения горение поддерживается самостоятельно без помощи воспламенителя.

Блок-контейнер: газотурбинная генераторная установка закрыта устойчивым к погодным воздействиям контейнером, играющим роль кожуха. Контейнер, уменьшает тепловыделение от нагретых частей двигателя, и шум, исходящий от двигателя и потока заборного воздуха. Контейнер разделен перегородкой на два отделения. Одно отделение предназначено для газотурбинного двигателя, второе отделение – для редуктора и генератора переменного тока. Доступ в турбинное и генераторное отделения обеспечивается через дверцы в боковых стенках кожуха, имеется и дополнительный доступ в генераторное отделение через дверцы в тыловой стенке этого отделения. Двери во время работы ГТД должны быть закрыты. Для наблюдения за работающим двигателем в дверях установлены иллюминаторы. Для демонтажа и удаления газотурбинного двигателя в турбинном отделении имеются двойные дверцы, доступ в воздушную напорную камеру обеспечивается через съемные боковые панели. Газотурбинный двигатель и генератор смонтированы на общей двутавровой балке. Соединительная муфта двигателя установлена на стороне впуска воздуха поступающего в камеру сгорания газотурбинного двигателя. Осевой поток выхлопных газов выходит через переднюю стенку кожуха основного блока. В крыше отсеков двигателя и генератора предусмотрены отверстие для принудительной вентиляции объема контейнера. Температура воздуха в кожухе контролируется термометрами сопротивления. Для тушения пожара в блоке-контейнере предусмотрена система объемного пожаротушения. Отсеки двигателя и генератора оборудованы дренажными линиями для отвода конденсата и протечек.