奇石乐测量设备在超现代燃气轮机的研发中发挥重要作用

MAN Energy Solutions旗下燃气轮机支持多燃料运行,具有高效、低排的开创性优势,是市政设施和工业应用的理想供能方案。该公司在研发和成品测试阶段部署奇石乐高温压力传感器,为优化燃气轮机燃烧过程提供宝贵的实时数据。

改变供能解决方案,既要实现最高效率,也必须做到保护环境——这是人类在21世纪面临的主要挑战之一。随着能源需求的不断增加,人类必须开发新资源、减少排放。面对这项挑战,燃气轮机将发挥重要作用:一方面,燃气轮机是理想的供能方案,尤其适合市政设施或工业应用等同时具有供电供热需求的情景。另一方面,燃气轮机有望逐步淘汰天然气,使用氢气作为燃料,从而减少环境足迹,并满足客户的多种能源组合需求。

MAN Energy Solutions(MAN ES)位于德国奥伯豪森市(Oberhausen),其自主研发和制造的燃气轮机具有可持续性更强、排放水平更低的特点。MAN ES的涡轮机械部(Turbomachinery Division)位于奥伯豪森市总部,其前身Gute Hoffnungshütte(GHH)曾是欧洲最大的机器和工厂建设企业,早在1758年就开始从事炼铁活动。如今,奥伯豪森市总公司共有1,800余名员工,广泛任职于燃气轮机研发生产认证中心及测试和服务部门。该公司通过现场设施开展产品测试,包括完整的燃气轮机-压缩机机组测试——使用燃气轮机驱动压缩机(例如燃气管道上的压缩机)是燃气轮机技术的一项重要应用。

集成传感器技术,监控燃烧过程

Bernhard Ćosić博士于2015年加入MAN ES,是燃气轮机燃烧部(Gas Turbine Combustion Group)的负责人,也是MGT6000系列和最新的MGT8000系列燃气轮机的核心研发人员。他在谈论市场趋势时表示,“我们的燃气轮机功率达6-12兆瓦,与使用柴油、煤炭或重质燃油的电厂相比,我们的供热供电解决方案具备更高的可持续性。燃气轮机非常高效,特别是在同时需求供电和高温的环境中,例如造纸页或食品业。不仅如此,燃气轮机的调试成本比大型发电机低很多倍,是分布式发电应用的理想选择,特别适用于交通不便的偏远地区。”

MAN ES选择奇石乐作为研发伙伴,协助其监控燃烧过程,同时部署燃料灵活性和实时监测等优势功能。奇石乐压电式高温压力传感器(6021A)可直接与燃气轮机的控制中心连接;在持续运行模式下,传感器不断反馈燃烧过程的相关数据。“这些传感器不但结构紧凑,还能耐受极高温度。这意味着我们能够将传感器放置在靠近火焰的位置,捕捉精准且有价值的数据;我们和客户都可通过MAN CEON Cloud云服务随时调用这些数据。正因如此,我们才能够对燃气轮机进行状态监控和预测性维修。”

奇石乐传感器在控制和监控燃烧的过程中发挥着至关重要的作用。除减排外,燃料灵活性是另一项关键因素。例如,MGT6000系列燃气轮机可以使用两种燃料,换言之,在无法使用天然气时,燃气轮机也可使用柴油等液体燃料运行。Bernhard Ćosić还指出,燃气轮机还可以使用页岩气和通常作为废气产出的其他可燃气体。该等气体虽然含有很高比例的惰性气体(例如炭氮氧化物),但也含有一定剩余能量。Bernhard Ćosić表示:“我们优化了燃烧过程,即使更换燃料时也不会出现燃烧不稳定的情况——奇石乐的实时数据反馈帮助我们实现这一点。”

氢气——未来的燃料

奇石乐与MAN ES合作研发了一款定制电子单元(信号调理单元),简化了整个测量链,并且大幅降低了成本。Bernhard Ćosić补充道:“在整个过程中,Marco Gnielka领导的奇石乐团队为我们提供了有力支持,帮助我们实现最优解决方案。我们很快就解决了最初的难题,奇石乐的对接人Christian Heer是该技术领域的杰出专家。虽然我们的工程背景不同,但彼此快速建立了相互信任的合作关系。”

燃气轮机的下一项研发目标是支持多种燃气组合,并将氢气占比提高到100%:这项进步将使燃烧过程更加清洁,并使二氧化碳排放量趋近于零。2020年秋季,MAN ES在奥伯豪森市下辖的斯特克拉德(Sterkrade)区完成了MGT8000系列燃气轮机的首次调试,这台燃气轮机将为当地市政设施(EVO)服务。Bernhard Ćosić解释:“在这款全新的超现代燃气轮机中,燃料中的氢气占比已达20%,短期内可提高至50%,并有望在中期内达到100%。氢气的反应性极强,燃烧特性也不尽相同,比如说,火焰燃烧速度会更快。因此,如需大幅提高氢气在混合气体中的比例,就必须对整个系统进行调整和优化。尽管如此,燃气轮机的发电功率和效率等基本参数不会改变,用户可以正常使用该产品。”

燃气轮机的使用寿命通常超过15年,因此对于MAN ES的客户而言,投资保护是一项重要的衡量标准。如果未来有更多氢气进入天然气燃料网络,或真正的新一代纯氢气系统问世,客户将需要对MAN ES的燃气轮机进行升级,届时,奇石乐的测量技术将在优化燃烧过程、设备维修与监控等方面发挥作用。Bernhard Ćosić总结道:“我们与奇石乐建立了牢固的伙伴关系,奇石乐为我们在全球各地的业务提供支持,例如为我们的中国员工提供培训。奇石乐还会根据具体情况灵活地提供支持和研发服务。随着煤炭和石油逐渐退出历史舞台,对燃气轮机的需求将在未来几年到几十年间不断增加;得益于与奇石乐的合作,我们处于应对变局的优势地位。”

MAN Energy Solutions MGT系列燃气轮机搭载奇石乐6021A高温压力传感器,用于过程监控和预测性维修。

柏林工业大学HFI研究院的MAN Energy Solutions MGT6000燃气轮机测试燃烧室:部署奇石乐高温压力传感器,监控燃烧过程和机器状态。

Bernhard Ćosić博士(燃气轮机燃烧部经理)和同事Judith Pähr在MAN Energy Solutions的高压燃烧试验器。

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