Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-45 Инженерный

ГК «ТЕПЛОЭНЕРГОСЕРВИС»
ООО «Инженерный центр газотурбостроения»
г. Екатеринбург
Газотурбинная
энергетическая установка
ГТЭ-45
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ МОЩНОСТЬЮ 35 - 55 МВт

ПРОБЛЕМЫ РЫНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Состояние энергетического оборудования в России характеризуется значительным физическим и моральным
износом основного оборудования. К 2010 г. 104 ГВт или около 50% действующего в настоящее время оборудования
ТЭС и ГЭС выработает ресурс, а к 2010 г. – 150 ГВт, что составляет почти 70% . Потребность ввода мощностей на
электростанциях России на период 2003-2020 гг. оценивается величиной 177 ГВт, в том числе на ТЭС – 143 ГВт.

РОЛЬ ГАЗОТУБОСТРОЕНИЯ В КОНЦЕПЦИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РАО ЕЭС
При новом строительстве и техническом перевооружении и реконструкции ТЭС, использующих в качестве
топлива газ, «Концепцией технической политики РАО «ЕЭС России» планируется применять только парогазовые и
газотурбинные технологии с утилизацией тепла. Решение этих задач невозможно без развития отечественного
энергетического машиностроения.

СОСТОЯНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ГАЗОТУРБОСТРОЕНИЯ
В России освоены ГТУ малой мощности (до 25 МВт), которые являются результатом конверсии авиационных и
судовых газотурбинных двигателей. Такие установки разработаны и производятся в ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь),
ОАО «Пролетарский завод» (г. Санкт-Петербург), ММПП «Салют», ОАО «КМПО», ОАО «УМПО», ОАО «НПО Сатурн»
(г.Рыбинск) и др.
Другим освоенным классом являются ГТУ мощностью более 100 МВт: ГТЭ-160 производства ОАО «Силовые
машины» по лицензии Siemens, а также ГТЭ-110 (НПО «Сатурн»), производимая по лицензии «Зоря-Машпроект»
(Украина).
Газотурбинных установок среднего класса мощности 35-70 МВт в российском энергетическом машиностроении
нет. Головной образец энергетической ГТЭ-65 (ОАО «Силовые машины») мощностью 65-70 МВт изготовлен и отправлен для
монтажа на ТЭЦ-9 (ОАО «Мосэнерго»), где будут проводиться промышленные и доводочные испытания.

ВОПРОС ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИИ
Отсутствие целевого финансирования новых разработок со стороны ОГК и ТГК, отсутствие собственных средств
на предприятиях-изготовителях для создания ГТУ нового поколения и технического перевооружения производства для
освоения их серийного производства привело к довольно ощутимому проникновению зарубежных ГТУ на
отечественный рынок. Только за период 2005-2007 год фирма Siemens заключила контракты на поставку в Россию 14
шт. установок типа SGT-800 единичной мощности 45 МВт со сроками пуска не позднее 2009 года. Учитывая, что
стоимость базового пэкиджа такой установки составляет ≈ 15 млн. евро, а стоимость сервисных услуг на протяжении
жизненного цикла установки оценивается в 120% от её первоначальной стоимости, можно говорить о серьезной
зависимости производства электричества и тепла от зарубежных поставщиков оборудования, что в конечном итоге
может повлиять на энергетическую безопасность страны.
Создание отечественной энергетической газотурбинной установки мощностью 45 МВт позволит ликвидировать
отставание России от промышленно развитых стран в производстве данного вида энергомашиностроительной
продукции, а также явится вкладом в укреплении энергетической безопасности страны.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГТУ МОЩНОСТЬЮ 45 МВт

ГТЭ-45 может использоваться в ГТУ-ТЭЦ, когда наряду с выработкой электроэнергии производится отпуск
теплоты в виде горячей воды в количестве 60 Гкал/ч.
ГТЭ-45 востребованы при реконструкции паросиловых блоков с использованием ГТУ путем сброса
отработанных газов в энергетической котел или надстройки с отдельным котлом-утилизатором и
вытеснением регенерации, а также замещением котлов на электростанциях с центральным коллектором и
параллельными связями.
На базе ГТУ типа ГТЭ-45 могут быть созданы теплофикационные парогазовые блоки: ПГУ-140Т (Состав
блока- 2 ГТУ типа ГТЭ-45, паровая турбина Т-35/50-7,2; два котла-утилизатора); ПГУ-70Т ( 1ГТУ типа ГТЭ-45Р,
одна паровая турбина типа Т-22/26-4; один КУ).
Для газомазутных ТЭЦ и ГРЭС был выполнен предварительный прогноз потребности в газовых турбинах
для перевода электростанций на парогазовые технологии. По этому прогнозу потребуется 134 установки
мощностью 45-65 МВт.




СОСТОЯНИЕ ПРОЕКТА ГТЭ-45
Разработка проекта ГТЭ-45 осуществляется за счет прибыли от производственной деятельности предприятий
«Группа компаний Тэплоэнергосервис».
Выполнено проектирование проточных частей основных узлов ГТУ: осевого компрессора, высокотемпературной
охлаждаемой турбины. Произведены расчеты и проектирование низкоэмиссионной камеры сгорания и выхлопного
диффузора. Разработка однокаскадного осевого компрессора на степень сжатия 17, трехступенчатой турбины
осуществлялась ведущими специалистами зарубежных инженерных центров и КБ авиадвигателестроительных
предприятий. Разработка конструкции камеры сгорания, изготовление опытного образца, испытание ее элементов
проводились при участии специалистов лаборатории НЭКС ОАО «ВТИ». Специалистами ООО «Инженерный центр
газотурбостроения» выданы технические задания на проектирование вышеперечисленных узлов, разработан
технический облик ГТУ, выполнено проектирование корпусов, ротора, статорных узлов, подшипников, узлов
рабочей конструкторской документации газотурбинной установки.
маслосистемы и т.п. Завершается выпуск
Определены основные составляющие базового пэкиджа энергоустановки: электрогенератор, КВОУ, редуктор, САУ и
т.п.
Завершены испытания на стенде ВТИ опытного образца вихревого горелочного модуля низкоэмиссионной
камеры сгорания. Модуль принят к проведению испытаний в составе полноразмерной модели камеры сгорания.

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ГОЛОВНОГО ОБРАЗЦА ГТЭ-45
Головной образец ГТЭ-45 может быть создан и испытан, при достижении соглашения с Заказчиком на
проведение натурной отработки непосредственно на объекте, в течении трех лет: проведение НИОКР и подготовка
производства -2009 г, изготовление головного образца – 2010 г, отработка на объекте – 2011 г.
До испытаний головного образца планируется опережающая поузловая доводка ГТУ: испытания модельного
высоконапорного отсека осевого компрессора, стендовая доводка камеры сгорания, пакетные испытания сопловых
лопаток 1-й ступени турбины.
Для создания головного образца в намеченные сроки необходимо целевое государственное финансирование в
объеме 2000 млн. руб.
При освоении высокотемпературных узлов ГТУ таких как турбина, камера сгорания, планируется кооперация с
рядом высокотехнологичных отечественных предприятий: ММПП «Салют», ОАО ВИЛС и др.

СТОИМОСТЬ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГТЭ-45
Оборудование
Стоимость, млн. руб.
Комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ)
Турбогенератор ТФ-63(Г)-2УЗ
Редуктор
Тиристорное пусковое устройство (ТПУ)
САУ ГТУ
Компрессорная станция топливного газа

15,0
75,0
32,0
15,0
36,0
60,0
Σ = 233,0
СТОИМОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОВНОГО ОБРАЗЦА ГТЭ-45
Газотурбинная установка ГТЭ-45 в составе турбоблока с системой маслоснабжения, укрытие с системой
ветиляции и пожаротушения – 485 млн. руб., в том числе:
 Лопаточный аппарат турбины (2,5 комплекта) – 140,3 млн. руб.
 Материалы и комплектующие - 80 млн.руб.
 Камера сгорания - 60 млн.руб.

СТОИМОСТЬ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ГОЛОВНОГО ОБРАЗЦА ГТЭ-45 – 1100 млн. руб.
в том числе: закупка станков и оборудования – 800 млн.руб.

ПРОВЕДЕНИЕ НИОКР И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ - 200 млн.руб.
ГРАФИК ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОЕКТА ГТЭ-45
2009 г. – 1000 млн.руб.- закупка материалов, подготовка производства, проведение поузловых НИОКР
2010 г. – 600 млн.руб. – изготовление головного образца, закупка основного оборудования ГТЭ-45
2011 г. – 400 млн. руб. - монтаж оборудования на объекте Заказчика, проведение ПНР, теплотехнические испытания
Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-45
Мощность на клеммах генератора, кВт
КПД ( электрический )
Температура газов перед турбиной, К (С)
Расход циклового воздуха, кг/с
Степень повышения давления в ОК
Температура газа на срезе выхлопного патрубка
ГТУ, К (С)
Расход топливного газа при низшей теплотворной
способности QРН = 48,7 МДж/кг, кг/час (нм3/час)
45400
35,0
1481 (1208)
163
17
Частота вращения турбины, мин-1
Наличие редуктора
Тепловая мощность, Гкал/час
Эмиссия оксидов азота, ppm (мг/нм3)
Топливо
6000
есть
57,5
25 (50)
Природный газ – ГОСТ 23194
765 (492)
Габаритные размеры ГТУ, м х м х м
8,6 х 4,6 х 4,9
9468 (13855)
Общетехнический ресурс, не менее, час
120 000
Тип ГТУ
Компрессор
Камера сгорания
Турбина
Пусковое устройство
Компрессор
Одновальная, индустриального типа
15 ступеней, 3 регулируемых ступени ПНА
Трубчато-кольцевая, 12 жаровых труб
3 ступени, 4 охлаждаемых венца лопаток
Генератор + ТПУ
Камера сгорания
Турбина
Технические характеристики энергетических ГТУ
индустриального типа
К.п.д.
ГТУ
Степень
повышения
давления
Расход
рабочего
тела,
кг/с
Число
оборотов
силового
вала
ГТУ,
мин-1
Производитель,
разработчик
Модель
Номинальная
мощность,
МВт
Температура
на выходе из
двигателя,0С
Alstom Power
GT8C2
57,2
34,7
17,6
194,6
6210
511
GE Energy
MS6001B
PG6591
42,1
42,3
32,1
36,3
12,2
19
145,9
117
5163
7100
552
574
Siemens
Westinghouse
251B11/12
49,4
33,4
15,3
174,6
5425
518
Siemens
Alstom Power
SGT-800
45,0
37,0
19,3
130
6608
538
Выработка пара за счет
утилизации тепла выхлопных
газов (без дожигания топлива)
ГТЭ-45
50
40
30
2,0
38
q
37
1,5
35
1,0
КПД (
эл
), %
36
34
эл
33
32
0,5
Удельный расход тепла (q), Гкал/МВт.ч
Мощность (N эл ), МВт
Климатические
характеристики ГТЭ-45
Располагаемая тепловая
энергия на выхлопе ГТУ (Q), Гкал/ч
31
60
t 5 = 120°C
55
50
Q
Температура выхлопных газов : 492оС
Температура газов после котла-утилизатора: 120оС
45
t 5 - температура уходящих
газов из утилизационного
теплообменника.
40
35
30
-50 -40 -30 -20 -10
Массовый расход выхлопных газов: 166,2 кг/с
0
10 20 30 40 50
Температура атмосферного воздуха, °С
Предполагаемая температура воды на входе в котел: 100оС
Технические характеристики
ГТЭ-45 при работе с 50%
прикрытием ВНА+ПНА
Нагрузочная характеристика
ГТЭ-45
Т т,
G пс ,
ВНА
Вт
= 0°
1,0
Тт
0,8
ВНА
= -25°
ВНА
= -12,5°
G пс
0,6
Вт
1.
Мощность на клеммах
генератора, кВт
2.
КПД (электрический), %
3.
Температура газа перед турбиной,
К (С)
1440
(1167)
4.
Температура газа на срезе
выходного диффузора, К(С)
765
(492)
5.
Расход газов на выходе турбины
ГТУ, кг/с
142,2
6.
Частота вращения ротора ГТУ,
мин-1
6000
7.
Эмиссия оксидов азота, ррт
(мг/нм3)
25 (50)
8.
Тепловая мощность, Гкал/ч
49,7
0,4
э
э
0,3
0,2
0,2
0,1
35,6 Мвт
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Nэ
1,0
35600
33,6
Т т, G пс , В т, N э - относительные величины температур,
расхода продуктов сгорания на выходе из турбины,
расхода топлива, электрической мощности.
Схема охлаждения турбины
Охлаждаемая направляющая лопатка первой ступени турбины
Тип охлаждения – конвективно-пленочное; температура газа перед лопатками - 1210оС;
материал – жаропрочный сплав типа IN738 LC; расчетный ресурс – 40 тыс.ч.
Охлаждаемая рабочая лопатка первой ступени турбины
Тип охлаждения – внутреннее конвективное с петлевой схемой движения
охладителя; материал – жаропрочный сплав типа IN738 LC; расчетный
ресурс – 40 тыс.ч.
Проектирование, изготовление, стендовые испытания элементов
низкоэмиссионной КС проводятся совместно с ОАО «ВТИ»
Камера сгорания ГТЭ-45
1 - центральный горелочный модуль, 2 – периферийный
горелочный модуль, 3 – внутренний корпус, 4 – внешний
корпус, 5 – фронтовая плита, 6 – экран охлаждения,
7 – жаровая труба, 8 - газосборник
Вихревой горелочный модуль
1 – диффузионная (пилотная) горелка, 2- центральный
завихритель, 3 – зона предварительного перемешивания,
4 – периферийный завихритель, 5 – распределитель
топлива, 6 - пережим
Экспериментальное исследование экологических
характеристик горелочного модуля ГТЭ-45
Результаты испытания (пилотной)
диффузионной горелки
Результаты испытания при подаче газа
только в зону предварительного смешения
Ротор ГТУ
Зависимость критических частот
ротора от податливости опор
Масса ротора 11200 кг
Межопорное расстояние 4335 мм
Ротор дисковый с центральной стяжкой
Энергетическая газотурбинная установка ГТЭ-45
Транспортировка турбоблока на ж/д платформе
Газотурбинная установка ГТЭ-45
Составные части газотурбинной установки, поставщики
заготовок и комплектующих
Диски, вал компрессора
Корпус
Поковки: Электросталь, ОМЗ
«Уралмаш», Bohler, Saarschmiede
Отливка, сварная конструкция:
ОМЗ «Уралмаш», Белгородмаш,
Scoda, Sande
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Материал: 26ХН3М2ФА,
30ХН3М2ФА, 34ХН3МА
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Материал: Сталь 20Л, 15ХМА,
15Х1М1ФЛ
Камера сгорания
Прокат: з-д «Серп и молот»,
ОМЗ «Уралмаш»
Изготовитель: ОАО УЗЭМ,
ММПП «Салют»
Материал: ХН60ВТ,
08Х18Н10Т
Выхлопной
диффузор
Сварная конструкция
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Материал: 08Х18Н10Т
Проточная часть
турбины
Отливки, поковки: ММПП
Салют, УМПО, Howmet,
Doncasters, IHI-ICC
Стяжка ротора
Лопатки компрессора
Диски турбины
Поковка: Электросталь,
Ижорские заводы
Штамповки:
Электросталь, Салда
Поковки: Электросталь,
ВИЛС
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Изготовитель: ОАО УЗЭМ
Материал: 20Х1М1Ф1ТР
Материал: ВТ-6,
13Х11Н2В2МФ-Ш
Материал: ХН73МБТЮ
Материал: ЗМИ-3, ЦНК-7П,
IN 738 LC
Состав основного оборудования ГТЭ-45
Электрогенератор
Редуктор
НПО «Элсиб»
BHS-Getrieb GmbH
(Германия)
КВОУ
ОАО ЦКТИ,
ОАО «Искра»
САУ
ОАО «Интеравтоматика»
Масса турбогруппы на транспортере – 50 т
Масса наиболее тяжелой части, перемещаемой при
ремонте (облопач. ротор) – 11,2 т
Габариты турбоблока с редуктором – 17,7х7,4х7,0 м
Потребная площадь полной турбогенераторной
установки с площадкой обслуживания – 18х24 м
Масляная система
Турбоустановка
Группа компаний ТЭС
Группа компаний ТЭС
Компоновка оборудования ГТЭ-45 в котлотурбинном цехе
(главный вид)
А
Котел-утилизатор
16800
26000
Мостовой кран
24800
24800
Компоновка оборудования ГТЭ-45 в котлотурбинном цехе (вид
в плане)
КВОУ
18000
30000
Редуктор
Маслобак
Генератор ТФ-63-2УЗ
ГТЭ-45Р
Размещение оборудования ГТЭ-45 в
котлотурбинном цехе