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燃气轮机及其在石油化工领域的应用

作者: 来源: 发布时间:2018/2/11 16:12:47  点击数:1119
gas turbine and its application in the chemical and petro-chemical field
abstract:
this article briefly introduces the gas turbine including its development, classification, working principle, construction material and factors to affect its efficiency. it also introduces the application in the chemical and petro-chemical field.
key words:gas turbine, chemical and petro-chemical, application
一、引言
燃气轮机是以连续流动的燃气作为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。它是以燃气而不是以水蒸气作为工质,因此可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备。不仅如此,燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比,它具有重量轻、体积小、装置效率高、污染少、开停灵活等优点。
作为燃气轮机的重要部件—--透平,其雏形在古代就已出现。公元前150年,古埃及亚历山大城的希罗(hero)描述的希罗球;我国南宋高年间记载的走马灯和1510年意大利人达﹒芬奇(leonardo da vinci)提出的烟气装置,其工作原理基本相同,是现代涡轮机(透平)的雏形。
之后,燃气轮机的发展经历了漫长的试验过程。直至1906年,法国人阿尔芒研制成世界历史上第一台能输出功的燃气轮机,这台燃气轮机的压比只有4,效率只有3%,因而没有推广使用。1920年,德国人霍尔茨﹒瓦特制成第一台实用的燃气轮机,其效率为13%,功率为370kw,但因按等容加热循环工作,存在重大缺陷而放弃。
随着空气动力学的发展,人们逐渐掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点,解决了压气机的高效率问题。与此同时,透平的效率也有了相应提高。在高温材料方面,出现了能承受高温的铬镍合金等耐热钢,因而可以采用较高的燃气初温,等压加热循环的燃气轮机终于得到了成功应用,从此燃气轮机进入了实用阶段,并开始迅速发展。
随着科学的不断进步,计算机等辅助设计的出现,耐更高温度的高温材料的发现和透平叶片冷却效果的提高,使燃气初温逐步提高,燃气轮机的效率也不断提高,燃气轮机开始在国民经济各行业中获得了广泛的应用。在荷兰等欧美发达国家,为了合理利用燃料资源,已有50%的化工部门安装了燃气轮机。在我国燃气轮机的发展和应用起步较晚,目前在石油化工装置的应用更是凤毛麟角。但随着国内能源市场的发展和变化,国家对环境的日益重视,以及燃气轮机技术的进一步改进,燃气轮机的市场前景十分广阔。在油田、炼厂、化工厂、海上平台、油气田的注水注气、天然气的压缩和储存以及西气东输管线上的增压站等都可用燃气轮机作为压缩机及泵的动力。
二、燃气轮机简述
燃气轮机从负荷情况上划分可分为重型和轻型两类。一般工业上用于拖动发电机组发电,或用于机械驱动的燃气轮机都是重型燃气轮机;而用于飞机发动机的燃气轮机为轻型燃气轮机。从结构上划分,燃气轮机可分为单轴、双轴和多轴燃气轮机。单轴燃气轮机因其压气机、透平与负载共轴,负载的转速变化规律直接影响压气机转速,使吸入压气机的空气量发生变化,甚至使压气机喘振而发生事故。为了使负载变化规律对压气机转速的影响降低到最小程度,即负载变化规律不直接影响压气机的转速,负载转速的变化规律只能通过内部气体工质的工作过程来间接影响压气机的工况,人们设法使压气机与负载不共轴,因而产生了双轴和多轴燃气轮机。由上可见,在实际选型时,选用单轴、双轴还是多轴燃气轮机,取决于系统中负载的变化情况,当系统负载变化不大时,一般选用单轴燃气轮机,如大型火力发电厂用于拖动发电机的燃气轮机;当系统负荷变化较大时,可视其具体情况选用双轴或多轴燃气轮机,如石油化工工业上用于机械驱动的燃气轮机。
燃气轮机的工作原理
燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平三部分组成。
燃烧室的基本要求如下:
燃烧效率高
点火可靠,燃烧稳定
压力损失小
出口温度均匀
燃烧强度高
排气污染少
寿命长
三、燃气轮机在石油化工领域的应用
燃气轮机在石油化工领域的用途很多,是燃气轮机的主要用户。石油化工企业应用燃气轮机的主要方式有以下几种:
l在自备电站(或动力站)与原有发电设备组成联合循环系统,提高供电效率;
l与锅炉组成联合系统,供汽供电;
l与各种加热炉组成联合系统,既保证工艺用热,又多发电;
l回收工艺过程排放的难以利用的气体,充分利用可燃气,净化环境;
l作为直接拖动压缩机的驱动机。
l作为各种泵的驱动机。
石油化工企业中大量使用加热炉,其被加热介质进口温度在40~380℃,出口温度在150~500℃之间,是吸收燃气轮机排气余热的理想装置。燃气轮机与加热炉联合应用主要是提高燃气轮机的效率和总热利用率。另外,用燃气轮机直接拖动石油化工企业工艺系统中的压缩机可以省去能源多次转换所必然带来的各种损失。
1)燃气轮机在炼油厂和乙烯装置中的应用
2)燃气轮机在化肥装置上的应用
3)燃气轮机在天然气压缩和天然气储存装置中的应用
4)燃气轮机在石油化工装置中的其他用途
3、结束语
可以肯定的说,燃气轮机是炼油厂、石油和化工厂的重要用户。而且随着社会的发展和科技的进步,石油和化工企业的装置规模会越来越大,单台机组的功耗也越来越大。由于燃气轮机具有功率大,投资省,运行成本低,污染少,寿命周期长等优点,燃气轮机在石油化工领域的应用也必然越来越广泛。

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