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NETL将加强涡轮机组件研发工作

已有 1039 次阅读 2018-6-13 22:39 |个人分类:化石能源|系统分类:海外观察| NETL, 涡轮机, 组件, 联合循环发电系统

 

   根据2018年6月11日美国国家能源技术实验室(NETL)官网发布信息:NETL将加强涡轮机组件工作增强其多功能、及时性。

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涡轮机对于满足美国的电力需求至关重要,几乎使用在美国的每个发电厂。预计化石燃料仍将是未来数十年的主要能源来源,先进的燃气轮机技术将在利用国家庞大的国内资源方面发挥关键作用。

尽管许多能源技术都集中在一个特定的应用领域,但先进的燃气轮机提供了多种适用于各种电力系统的能力 - 包括由煤炭或天然气驱动的电力系统,以及燃烧前或燃烧后的碳捕获。NETL改进先进燃气轮机的工作旨在提高整体燃气轮机的效率,降低电力成本,减少污染物排放,并实现更经济的碳捕集选项。

NETL的涡轮机计划专注于为下一代燃气轮机开发先进的部件。通过努力改进组件,而不是完成涡轮机,通过行业合作伙伴关系在更短的时间内实现经济效益。该实验室在涡轮机研究方面的进展可以轻松应用于现有和未来的产品线,利用现有设备和产品进行组件演示。在维护操作过程中将部件推向当前的示范厂,不断提高电力客户的效率,而不会因为准备产品而延误完整的市场。

燃气轮机包括三个主要部分 - 压缩机、燃烧系统和涡轮膨胀机。随着空气进​​入涡轮机,它在与化石燃料(通常是天然气或煤基合成气或氢气)燃烧之前被压缩和加压。当高温高压气流穿过涡轮叶片或翼型时会膨胀,使其迅速旋转。然后发电机将该机械能转化为电力。在联合循环发电系统中,废热被回收并用于产生蒸汽,蒸汽通过汽轮机产生额外的电力。

NETL改进先进燃气轮机的努力集中在提高使用天然气联合循环系统的效率超过65%,相当于使用煤的联合循环系统的效率约为60%。更高的温度 - 空气进入涡轮机时约3100华氏度 - 是实现这些效率的关键。然而,较高的热量会带来新的挑战:材料限制、冷却措施、气体泄漏可能性、制造成本上升以及排放量增加。

NETL正在与各种外部合作伙伴合作,通过关键技术的研究和开发(R&D)来解决这些问题,从而改进汽轮机组件,其中包括:

•陶瓷基质复合材料(CMC)组件。陶瓷基复合材料在汽轮机恶劣的温度条件下提供了更高的强度和耐热性。由这些材料制成的涡轮机部件抑制冷却要求并提高效率,特别是对于使用煤合成气的联合循环系统。

•传热和材料系统。特殊合金、先进的翼型设计、新颖的冷却技术和热防护涂层有助于优化极端温度下的冷却特性和涡轮机材料的性能。

•高级转换部分。燃烧室和旋转涡轮之间的过渡区域设计的变化提供了减少冷却空气和泄漏,在较高温度下降低氮氧化物排放,限制空气动力学损失和缩小涡轮尺寸的机会。

与大学和行业合作伙伴以及其他国家实验室正在进行30多个有效项目。在最近的2018年4月,美国能源部向三个行业合作伙伴提供了近350万美元的资金,用于总共七个由NETL管理的成本共享研究项目,旨在开发先进的透平技术,以实现联合循环发电系统效率的65%。通用电气(GE)将重点解决改善翼型、转子系统设计和传热技术三个项目。西门子能源将解决三个设计项目 - 一个用于由CMC制造的先进涡轮叶片,一个用于涡轮叶片的特定冷却技术,另一个用于创建更好的高温燃烧器。对于最后的项目,联合技术研究中心将开发一种由CMC制造的高压涡轮叶片的概念设计。

NETL的目标是到2020年从实验室规模研发转向小规模部件测试,到2025年进行部件测试的全面中试,并到2030年或更早将用于使用天然气和煤合成气的联合循环发电规模下运营,有效地展示65%的效率。

燃烧发电厂已经提供了一些当今最具成本效益、最高效和最清洁的化石燃料发电循环。NETL通过开发先进的涡轮机部件稳步改善这些系统的努力不仅有助于振兴煤炭工业并刺激国家经济,还有助于促进对环境的负责任的管理,并确保美国继续保持能源优势。

文献来源:https://www.netl.doe.gov/newsroom/news-releases/news-details?id=d1a437bf-8913-451c-9f72-c782ee7d0cd4




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2 宁利中 杨正瓴

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