【行业干货】燃气轮机氢燃料的应用

【行业干货】燃气轮机氢燃料的应用
    前言:发电市场的驱动力始终是提高效率,降低排放和增加产量,而特殊是对于航空航天市场而言,减轻重量和减小尺寸已成为关键标准。
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  英国共有39个联合循环燃气轮机发电站,铭牌容量约为30 GW,英国有350多个工业联合热电联产(CHP)站点,发电量约5 GW。燃气轮机的供应商许多,范围从仅输出几兆瓦的机组到简洁循环的近600兆瓦的最新有用规模模型。
  目前,并非全部的燃气轮机制造商都供应自然 气/氢燃料混合物的选择,但是大多数主要的燃气轮机制造商已经开发出燃烧系统,以处理不合格的气体,以服务于钢铁厂的废气(BFG,COG),IGCC应用以及生物和废物衍生的合成气。这些不合格的气体包括氢含量高的气体,本文回顾了一家燃气轮机制造商西门子向100%氢进展的现状。
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  在过去的一个世纪中,燃气轮机行业发生了很大的变化。发电市场的驱动力始终是提高效率,降低排放和增加产量,而特殊是对于航空航天市场而言,减轻重量和减小尺寸已成为关键标准。这些通常被证明是互斥的,但是制造商之间的竞争如此激烈,以至于上述全部这些都已经实现,这通常是由于引入了具有改进性能的新材料所致。
法律法规查询系统  大型燃气轮机(在简洁循环中> 50 MW)的制造(特殊是用于电力和热电联产的应用)已经由相对较少的公司主导:通用电气(GE),西门子,三菱重工(MHI)和安萨尔多。
  中型燃气轮机(相当于5-50 MW)通常作为主要市场用于航空航天应用,尽管也可用于陆基应用,包括CHP或分布式发电等较小规模的电力生产。还有其他燃气轮机服务于5兆瓦以下市场,但此处未考虑。
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  并非全部的燃气轮机都将证明适用于翻新改造,以实现部分或全部氢气燃烧。例如,与用已经完成工作的最新模型替换机器的成本相比,采纳较旧模型进行相关测试进行重新设计的工作可能不合理。
  氢燃烧演化
  多年来,燃烧煤炭产生的热量被用来烧水,使蒸汽过热并通过涡轮/沟通发电机使蒸汽膨胀来发电。这是常规发电,即朗肯循环。
  产生电能的另一种方法是通过在压缩空气中燃烧自然 气,通过动力涡轮膨胀热燃烧产物,并利用轴动力来驱动压缩机和发电机,这被称为燃气轮机布置(布雷顿循环)。
  通过使用热废气来提高蒸汽并按常规在涡轮/沟通发电机中产生更多的电力,可以有用地提取额外的能量。这种组合称为联合循环燃气轮机(CCGT)。
  当树木和土地的环境破坏与发电厂的煤烟气中的二氧化硫(SO 2)排放联系在一起时,开发了两条技术路线。一种是从烟道气中洗涤SO 2,另一种是使用称为气化的过程从煤中产生合成气(“ Syngas”,一氧化碳和氢气的混合物)。合成气被送入燃气轮机,以类似于自然 气的方式燃烧。为石化工业开发的化学工艺将洗净合成气中的硫。该过程称为整体气化联合循环(IGCC)。由于燃气的特性不同,因此有必要为燃气轮机开发不同的燃烧装置。
  同时,人们对氮氧化物的生产提出了健康和环境方面的关注。燃煤电站采纳低NOx燃烧器
和选择性催化还原。燃气轮机制造商开发了低NOx燃烧器,对较旧型号(集中型燃烧器)使用水或蒸汽喷射(所谓的“湿式”系统),最终使用分段或淡薄预混燃烧对新机器使用“干式”变体。技术(所谓的“干式低排放”或DLE燃烧器)。
  由于DLE路线避开使用水或蒸汽,因此具有吸引力,由于:
  ·水纯度要求很高,以避开杂质沉积在膨胀涡轮机叶片上并削减冷却,从而导致热点;
  ·水与废气一起作为蒸汽排放,这对工厂造成了昂贵的损失;
  ·水资源被认为是一种资源,需要尽量削减工业淡水的使用以爱护水资源;
  ·在某些气候条件下,可能会消失可见的羽流,假如可能应避开使用;
  ·特殊是注水,但蒸汽也削减了涡轮机叶片的使用寿命;
  ·所需的水量很大,通常不能达到与“干式”技术相同的减排水平。
  从正面看,由于通过膨胀涡轮的质量流量增加以及水闪蒸而使功率有所提高。对于某些燃料,湿式燃烧器目前是唯一的选择,尤其是在需要特别低水平的NOx排放的状况下。
  接下来,当全球变暖与大气中CO2含量上升相关时,发电厂的煤烟气排放被确定为主要排放源之一。再次,开发了两条技术路线。一种是燃烧后捕集,其中涉及从常规发电站产生的烟气中洗涤CO 2。
  另一种是燃烧前捕集,包括处理IGCC工厂产生的合成气,仅产生氢气,并将其供入燃气轮机,以与自然 气相同的方式燃烧。可以将CO 2与SO 2一起洗掉。与自然 气相比,由于氢气作为燃料气体的特性差异很大,因此需要对燃烧系统进行更多的更改,同时还需要对帮助系统进行更改。 车辆调度
  同样,燃气轮机遵循两条路线。一种是进一步开发注水或蒸汽集中燃烧器以使用氢气,另一种是重新设计DLE燃烧器以燃烧氢气。两种方法都由制造商开发,DLE是最终目标,由于它们避开了上述全部缺点。
  如今,即使改进的设计连续成为主流,燃烧过程中每个开发阶段的示例(请参见图1和2)仍在使用中。
  西门子
  西门子供应了广泛的燃气轮机产品组合,从KG2燃气轮机(简洁循环为2 MW)到SGT5-9000HL(简洁循环为593MW,在其联合循环配置中更为常见,在1x1配置中为870MW)。较小的模型在英国的林肯,瑞典的芬斯蓬和加拿大的蒙特利尔生产,较大的模型在柏林的工厂生产。
  除自然 气外,该公司在大型和小型燃气轮机上都具有丰富的阅历,这些燃气轮机使用高氢燃料,主要处理废气,包括在IGCC工厂中使用合成气运行的大型“框架”机。
  西门子在燃烧来自炼油厂,炼钢厂和炼焦厂的含氢燃料方面拥有超过200万小时的运行阅历。虽然主要是在集中燃烧器上获得了这种阅历,但在南美最近的订单中,DLE燃烧器中使用了约60%vol的氢气作为工艺废气。
  大型燃气轮机
  对于自然 气/氢气混合物,较大的机器依据所安装的燃烧室类型而具有不同的功能。西门子已经对其F级机器进行了测试,该机器的氢气含量在燃气1中为30%至73%。测试结果表明可以达到排放和运行目标。

本文发布于:2024-09-24 04:27:05,感谢您对本站的认可!

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标签:燃气轮机   燃烧   使用   排放
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