閱讀樣本:白皮書 – 燃氣輪機的影響因素和測量參數及其對優化效率和排放的重要性。

工業應用中的燃氣輪機


燃气轮机

由於在峰值負荷範圍內具有傑出的性能,燃氣輪機已證明自己是眾多工業應用中關鍵和可靠的組件。燃氣輪機由其經常用於電力和熱力發電,以及石油和天然氣行業。在工業能源生產中,燃氣輪機可確保覆蓋能源消耗峰值,並為建築物供熱。頻繁使用的領域包括燃氣輪機廠,熱電聯產(CHP)廠,以及廢熱發電廠。使用燃氣輪機和蒸汽輪機組合可以實現特別高的能效水平。在石油和天然氣行業,燃氣輪機在原材料的運輸和加工中被用作泵、壓縮機和發電機的機械驅動器。燃氣輪機使用液體和氣體燃料工作,比如天然氣、汽油、柴油、燃油或石油。將燃料和連續的排氣過程優化到最高效率水平,涉及燃氣輪機的排氣參數和燃燒過程設置之間的復雜相互作用這是最佳性能的基礎。對於維修技術人員來說,理解燃燒過程的功能,以及各測量參數對於燃氣輪機的性能和汙染排放的影響非常重要。

 


燃氣輪機的工作原理


燃气轮机的组成部分

燃氣輪機是壹種內燃機,包括三個組件:初級壓縮機,中央燃燒室,以及實際的渦輪機。燃氣輪機的設計,性能和尺寸根據應用和使用領域而不同。然而,其工作原理始終是相同的,並且是基於James Prescott Joule(“焦耳過程”)的熱力循環過程。空氣通過在壹個或多個壓縮機步驟中使用葉片進行壓縮,並在燃燒室中與氣體或液體燃料混合,然後引燃和燃燒。壓縮空氣和燃燒氣體的混合將會產生熱氣體,其溫度可達到超過+1,000°C,這些熱氣體將會流向下遊的渦輪機組件並膨脹。

在此过程中热能被转化成机械能。随后,在膨胀涡轮机中,富含能量的热排气几乎会膨胀至环境压力,从而去其速度。在膨胀过程中,排气将会把能量转移到涡轮机。总能量的大约2/3被用来驱动压缩机(进气口)。直接耦合的发电机会把机械能转换成电能。能量输出的大约1/3用于低压侧,以便用于第二次驱动,例如驱动发电机,转子,压缩机或泵,然后热气会被导入下游热量回收锅炉,用于建筑供热。


正確分析排氣濃度


丰富”和“精益”之间的最佳工作范围

釋放排氣的濃度提供了燃燒效率以及如何提高該效率的重要信息。CO 和NOX值提供了有關系統當前狀態以及是否符合排放限值的信息。高燃料/空氣比與低燃料/空氣比之間的空氣輸入,以及相關燃燒室的溫度將會影響燃氣輪機的排放表現。


調試,操作與維護方面的挑戰


Measurement at very low and high gas concentrations

燃氣輪機的排放測量中,面臨的挑戰不僅在於測量時氣體濃度有時非常高,而且也在於氣體濃度有時非常低。在適當的運行點,獲得最佳調節的燃氣輪機僅會排放低水平的CO和NOX。但是也可能會出現高氣體濃度,例如當設備啟動進行測試時。減少NO2排放以及避免燃燒室中的壓力損失,對於燃氣輪機的高效運行也很重要。


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