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                中国航发燃机:涡轮机商业化发展需从技术角度提升

                        “双碳”背景下,如何通过工艺流程的技术迭代优化等手段实现能源密集型行业全产业链的低碳化升级,已成为行业重点关注的问题。为了更好地助力能源密集型行业节能减排,中国航发燃机结合燃气轮机联合循环发电技术的发展方向,对燃气轮机在联合循环发电项目中的应用进行了深入研究。

                  2020年12月,具有完全自主知识产权的AGT-110重型燃气轮机总装下线,标志着中国燃气轮机在中热值IGCC联合循环发电等领域取得重要成果。重型燃气轮机集中了机械制造行业所有高精尖技术,被誉为制造业皇冠上的“明珠”、制造领域的“重器”。

                  笔者认为,全球来看涡轮机作为工业能效的关键部件目前有两大新兴技术——煤气化联合循环发电系统(IGCC)和有机朗肯循环、超临界朗肯循环。这些技术能够高效节约能源,降低成本,在未来具有巨大的潜力,目前这两个技术适用于化工及石油炼化行业。

                  两种技术都已存在多年。但是,技术挑战还是阻碍了大规模的商业化进程。这些技术挑战可以通过加大技术创新力度来解决。 

                  涡轮机在整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)中是一套非常复杂的流程。

                  如果工艺流程运行稳定,操作控制良好,这种一体化技术可以有效利用副产物和废料,降低生产能耗和(或)为化工设备的其他工艺流程提供能量。目前的复杂工艺流程可能导致高频率停机和低利用率。因此,未来的研究方向应当是保证流程的稳定性。

                  需要进行技术创新的主要部分有(1)低热量气体对涡轮机设计的影响;(2)残渣或废料的不同组分对联合循环设备气体排放的影响;(3)残渣或废料有限的纯度对部件使用寿命的影响(如,腐蚀)。

                  有机朗肯循环通过使用有机流体或超临界流体,使涡轮机利用低温废料进行发电。使用该技术能够造福众多工业领域,可回收来自玻璃熔炉、陶瓷炉或低温钢厂的大量废热。目前,有机朗肯循环技术在上述领域的现有设备中还不能有效地运用于发电。热泵也可以用于提升热值,同时也需要使用涡轮机械的配件。 

                  工业工艺流程可能不会始终保持在稳定状态,因此,技术人员必须充分了解热量循环的动态,有效控制额外的能耗。储热器可能是一个不错的设备,可以获得更多可行的废热解决方案。在石油炼化行业中,类似的技术可用于回收液化天然气再气化过程中产生的废冷。废热回收循环的低温部分可以使用废冷。上述技术通过提升效率,降低成本,能够极大地提升电力循环。

                  有机/超临界朗肯循环技术需要进行技术创新的部分有(1)通过使用有机流体提升涡轮机的性能,尤其是在输出功率较低时;(2)改进热回收循环,最大限度地提取能量(亚临界、跨临界和超临界);(3)识别/研发特定的低气温变化(有机)工作流体;(4)使典型涡轮材料适应特殊工作流体的使用,包括设计方面(例如内部/外部密封设计)。这一技术领域的一个关键问题是经济性的解决方案,需要有合适的低投资成本和可接受的高投资回报。
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