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中国航发燃机:燃气轮机助力能源密集型行业低碳化升级

2021-09-06 08:37:00 中国能源网

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译者按:目前我国温室气体排放量位居世界首位,且人均二氧化碳排放量也已超过世界平均水平,减排行动迫在眉睫。其中,能源密集型行业包括钢铁、有色金属、冶炼、化工等,是全球碳减排的一大难题。“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,并编译了本文,以期引发行业更多有益的思考与探索。

EUTurbines与ETN共同参与

欧盟战略能源技术规划(SET-Plan)议题文件6:

继续努力降低欧盟工业的能源密集程度并提高其竞争力

欧洲燃气和蒸汽涡轮机制造商行业协会(EUTurbines)和欧洲透平联盟(ETN)是欧洲代表涡轮机行业的组织机构,有幸参与欧盟委员会重新聚焦及优先执行升级版SET-Plan中涉及的行动,并有机会参加此次“议题文件”的讨论。

支持目标

EUTurbines和ETN支持已被欧盟委员会列入议题文件的目标,即明确支持研发改进能源密集型行业工艺流程的技术,提升这些行业的竞争力。

燃气轮机与蒸汽轮机广泛应用于众多能源密集型行业。因此,这些设备成为了改进计划的关键环节。正如议题文件所示,能源密集型行业通过在工艺流程中使用并优化燃气轮机与蒸汽轮机,能够节约更多的能源。

涡轮机是工业能效的关键部件

议题文件提出了以涡轮机为基础的两大新兴技术,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:

-适用于化工及石油炼化行业的专业技术:

整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)

-废热回收的交叉技术:

有机朗肯循环、超临界朗肯循环

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。

在执行SET-Plan第二步之前,EUTurbines和ETN指出了一些需要技术创新的关键领域。可以通过解决这些领域的技术问题来实现该议题文件中提出的目标。

整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)

在一台设备里完成整体煤气化与能源生产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、超临界朗肯循环

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。

执行伙伴

EUTurbines和ETN愿与感兴趣的能源密集型行业通力合作,完成议题文件中列出的目标。我们希望能有机会参与到实施方案的前期讨论中。这样能够保证合理开发用于提高能效,提升欧洲能源密集型行业竞争力的技术,并且满足“能源联盟”理念中的政治目标。




责任编辑: 张磊

标签: 燃气轮机

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