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[求助] 麻烦介绍燃气轮机的最新技术

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发表于 2009-11-1 21:22:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
有个问题请教高手,一个燃气轮机,能不能烧汽油、柴油、天然气、压缩空气,液态空气,液氮。
也就是说,涡轮机、燃气轮机这种形式,同一台机器在可以有多个阀门开关的情况下最多能使用多少种能源?如果可以的话,能使用那几种,不能的话,主要问题是什么?
发表于 2009-11-5 08:03:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 克虏伯火炮 于 2009-11-5 12:20 编辑

我不是高手,所以等了几天......

多燃料运行这不是最新技术。很多燃气轮机都有这个功能。

采用一些专门设计或者结构,不同燃料之间进行切换就可以。最简单的例子,使用重油做燃料的燃气轮机,都能够在重油和轻柴油之间进行切换,这是因为在刚启动的一段时间,以及停机前的一段时间,必须换用轻柴油。
西门子研究过柴油、天然气、凝析油3燃料系统。

至于燃气轮机能烧什么燃料,一般地讲,汽油、柴油、煤油、天然气、液化石油气属于优质燃料,只要控制燃料流量与进气量匹配就可以改烧,其实这是极简单的,就是通过控制燃烧室以及涡轮前温度就可以。
重油、渣油这类燃料,含有灰分和硫,所以对涡轮材料和涡轮前温度的限制很大,一般的燃气轮机不能烧,必须是专门设计的。

高炉煤气、发生炉煤气、水煤气也可用于燃气轮机,但他们也属于劣质燃料,所以也需要专门设计的燃气轮机。与重油不同的是他们不是因为含灰和硫,而是热值低,燃烧性能差。

压缩空气、液化空气不是燃料,任何热机都不能用作燃料,进可以用作氧化剂。
液氮就不用说了。

你说的涡轮机指什么?就是一个用于输出功率的涡轮?
如果是,那么压缩空气可以直接驱动,液态空气、液氮也可以在吸热蒸发后驱动。但这个过程不可维持,当压缩空气或者液空液氮耗尽,也就停了。除非有一套制备前者的系统。当然它不可能是不耗能的。
发表于 2009-11-5 22:27:10 | 显示全部楼层
在开发自己的燃气轮机家族时,西门子通过许多系统设计和控制系统的改动,在燃料选择上达到了最大可能的灵活性,从而响应了对燃气轮机的这一需求。其中考虑了非常规的石油燃料如凝析油和石脑油的独特物理和化学特性。这些种类的燃料同常规燃料相比,低沸点的碳氢化合物含量较高,但与使用常规轻油的燃气轮机相比,具有相同的效率和可用率。
西门子在设计3A系列燃气轮机时就充分考虑了使用多燃料运行的工作方式。在其新Vx4.3A系列燃气轮机产品中更是包含了一些模块化设计的辅助系统。动过使用这些设计模块,使西门子可以对仅配备单燃料燃烧器、采用单燃料运行的基本型燃气轮机方便地加以扩展,满足使用多种燃料运行的要求。使用天然气和燃油的双燃料系统是通过同时采用分立的两个燃料系统、并采用双燃料燃烧器而发展得到的。考虑到一些特殊燃料的特性和安全要求,通过才用专门的燃料系统,并对燃烧系统进行相应的改进,最终可以得到多燃料系统,可以使用天然气、燃油、凝析油和石脑油,在简单循环或联合循环电厂中应用。
由于经济原因,许多电厂运营商选择天然气作主燃料,但是为了增加电厂可用率,有许多电厂加设了使用燃油作应急燃料的相关系统,在主燃料供应故障时使用应急燃料。为得到最大的燃料灵活性,根据用户的具体要求,所有的西门子V系列燃气轮机都可具备使用天然气和燃油两种燃料工作的在线切换能力。

燃料供应系统是根据电厂实际燃料特性专门设计的,但燃气轮机与此不同,它是标准化的模块组件,本身就是按使用天然气和液体燃料设计好的,因此在实际电厂中采用何种特定燃料与燃气轮机基础设施没有关系。西门子3A系列燃气轮机的环形燃烧室装备有24只相同的混合式燃烧器,既能烧天然气又能烧液体燃料。每只混合式燃烧器中装有一个扩散火焰喷嘴和一个预混燃烧喷嘴用于液体燃料运行,装有一个扩散火焰喷嘴、一个预混燃烧喷嘴和一个值班火焰喷嘴用于天然气运行。另外,可以加装一个额外的喷水器直接向火焰喷水以减少NOx生成。
三个天然气喷嘴和液体燃料预混喷嘴的燃料量是直接控制,即,通过燃料供应控制阀的全部燃料量都由喷嘴喷入燃烧室。但液体燃料的扩散喷嘴却既有进油,又有回油控制,这样就不但可以控制喷嘴喷出的燃料量,也可以控制进喷嘴的燃料量和喷射油压,由此可以控制直接相关的雾化质量。液体燃料的扩散喷嘴适用的负荷范围很大,最大流量约12kg/s。在发电时,扩散喷嘴的回油直接通入喷油泵进行再循环。
与喷水器喷水相比较,在使用相同的水量时,直接把水混入燃料并采用预混喷嘴运行可以进一步减少NOx排放。在系统开发的第一个阶段,如SantaRita电厂所代表的,水在喷油泵的上游由一个喷射混合器喷入。由于要求的水压中等,故可以使用原为喷水器设计的喷水供应组件。喷射混合器使喷油泵前的液体燃料/水混合物的压力提高了,增加量可达10bar,这样也相应地使喷嘴喷射压力提高。
液体燃料/水混合物的密度和粘度根据混合比和燃料成分不同而不同,这样就对燃料喷油泵有很高的要求。混合比的定义是水质量流量与燃料质量流量之比。SantaRita电厂的燃气轮机成功地经过了混合比超过100%的运行测试。
在燃气运行时,喷嘴的关闭和投用,即机组从扩散燃烧运行切换到预混燃烧运行以及相反的切换,可以很简便地实现。不需要冷却或冲洗过程。若采用液体燃料运行,在燃气轮机启动或停机过程中,必须特别注意向液体燃料预混运行的切换,以及从天然气向液体燃料运行的切换和反向的切换。因为当液体燃料喷嘴停运期间,在各喷嘴之间有产生环流的危险,这是由燃烧室中各局部的轻微压力差造成的,环流会很快导致喷嘴过热或结焦。为了防止液体燃料喷嘴停运时高温烟气倒入喷嘴,用水冲洗管路和喷嘴中残留的液体燃料,然后供以冷却后的压气机出口空气,即所谓的密封空气。在液体燃料喷嘴重新投运前,管路的空段充入水。这不仅有助于尽快建立雾化压力,而且还能冷却喷嘴,避免燃料过早被点燃。
燃气轮机控制系统必须达到超常规的要求。必须适应快速的负荷变化,如参与稳频任务时或甩负荷至厂用电水平,而且在切换喷嘴类型时必须尽量减小出力波动。为了达到这些要求,必须能够快速精确地改变每只喷嘴的燃料量。进入每种喷嘴的燃料量依相应的控制阀的开度改变而改变。因此在控制系统中精确遵循阀门开度与燃料流量的关系非常重要。所有控制阀的阀门特性(CV值对阀门开度)都存储于控制系统中,在调试过程中检测并进行必要的修正。
例如,若天然气供应压力突降,则天然气控制阀直接开大,且开大量与压力变化成比例,由此防止了出力的突降。考虑了适当的延迟时间和迟滞部件对燃料管路充油的影响。

在保持燃气轮机负荷下降尽可能小的条件下快速切换燃料,对希望在天然气供应故障时使用备用液体燃料的机组而言,具有特别的重要性。西门子为满足这一要求,为3A系列燃气轮机开发了燃料在线切换系统,当处于大负荷时,可以在天然气预混运行方式和燃油扩散燃烧运行方式之间进行切换。
由于安全的原因,多燃料系统中当燃料从天然气切换到液体燃料运行时,总是使用启动燃料(燃油)。于是其切换程序等同于标准双燃料系统的燃料切换(天然气和燃油)。在天然气一侧,燃料切换程序在原则上与从扩散运行切换到预混运行相同,除了扩散火焰是燃油火焰而外。在液体燃料一侧,燃油扩散喷嘴开始时作为点火过程的供油喷嘴(从天然气向燃油切换时),这样就避免了高温烟气进入未升压的回油管路的危险。当燃油喷嘴切出时(从燃油向天然气切换时),用水冲洗留存在管路和喷嘴中的燃油,水和燃油从回油管中被带走。因此可以用大流量的水对系统进行高效的冲洗而不会导致大的负荷波动。
燃料切换用时约两分钟,在柏林测试台对一台V84.3A燃气轮机进行测试,证明非常成功。一系列的试验还将继续进行。
Vx4.3A燃气轮机采用环型燃烧室,但该系列燃气轮机为了能够使用多燃料运行而采用的辅助系统和石脑油安全措施与V94.2系列燃气轮机具有几乎相同的设计特点。
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