当「制造业皇冠上的明珠」遇上东方之珠,我们放出这篇干货满满的科普文

当「制造业皇冠上的明珠」遇上东方之珠,我们放出这篇干货满满的科普文

最近,香港青山发电有限公司决定让西门子为其位于香港西北部屯门区的龙鼓滩发电厂提供一套配有西门子SGT5-8000H燃气轮机的全新联合发电设备

这将是首台引入中国的H级燃气轮机,计划于2020年前开始运行,总装机550兆瓦,届时可以为近一百万户居民提供清洁的电力。

今天这篇文章就来跟大家聊聊这被誉为制造业皇冠上的明珠——燃气轮机的那些黑科技!

这里先简单介绍下燃气轮机的工作原理。燃气轮机作为内燃机的一种,本质上是一种通过燃料(主要为天然气)与空气燃烧产生出气体推动叶片做功的机械,按照燃烧室温度目前分为E级,F级和最先进的H级。它的工作原理其实很简单,具体情况咱们来看下面这张图,燃气轮机从左到右可以分为三个部分:压气机(蓝色)、燃烧室(红色)、透平(黄色)。

压气机将空气吸入到燃气轮机的内部并进行压缩。之后天然气会和压缩过的空气进行混合并燃烧,产生出的高温高压气体就会推动透平叶片转动,一部分动力会用于带动发电机发电,另一部分动力则会负责带动压气机转动。

H级燃机运转时,内部燃烧室的温度可以达到近1600度的高温!比火山岩浆还要热,绝大部分的金属在这个温度下都会熔化。作为燃机中温度最高的区域,燃烧室应用的冷却技术是最为先进的,咱们也就重点说说燃烧室里发生的那些事儿。

第一个问题,燃机的燃烧室是由什么材料制成的?

咱们先看一个视频。

燃机科普:燃机会武功之“金”钟罩 - 腾讯视频https://v.qq.com/x/page/u01492hpwy0.html

我们的帅大叔讲解的还算清楚吧?一台燃气轮机的燃烧室中配有大概500块这样的隔热瓷片,在隔热瓷片受热一面的温度将近1600摄氏度,而另一侧的温度仅有600多摄氏度,这些大约4厘米厚的陶瓷隔开了近1000度的高温!「此处应该有掌声」


(西门子SGT5-4000F的燃烧室)

但除了抗高温这就完了么?too naive!燃烧室中的气体还会以堪比龙卷风的速度(每秒100米)不断冲击着燃烧室。所以这些瓷片还必须具有抵抗强大冲击力的能力——甚至要超过应用于航天飞机上的隔热瓷片。这是因为航天飞机上的隔热陶瓷在每次降落后和起飞前都会经过严格的检查并替换受损瓷片,而燃气轮机中的隔热瓷片需要在运行数千小时候后才会进行检修

通过采用隔热瓷片,燃烧室内外壁的冷却任务已经完成,接下来的任务却更有挑战。在之前介绍燃机原理中我们说到,燃烧后的高温气体会推动透平区的叶片转动,如果我们能够采访一下燃机的叶片,它一定会说:“鬼知道我经历了什么!”

透平区的第一级叶片在燃机运转时,不仅要耐得住将近1600度的高温,还要以音速旋转,承受相当于自身重量一万倍的离心力。若是随便找块金属做叶片放到燃机里,分分钟就甩成面条啊!

那么燃机叶片上都有什么黑科技?

燃机的透平叶片都是采用特殊的合金打造的单晶体,之后再喷上一层特殊的陶瓷涂层,到这里叶片虽然已经能够抵抗大部分的热度,但还不够。这里就要讲到一项有点意思的技术了——气膜冷却。对于这个技术,刚才的帅大叔也录了一个介绍视频,咱们一块看一下?

西门子工程师讲解应用于燃气轮机的气膜冷却 - 腾讯视频https://v.qq.com/x/page/b01514n4x9q.html

压气机吸入的空气除了被送入燃烧室外,还会被输送到叶片底部,随后通过叶片内的通道从叶片表面的一个个小孔中喷出,遇到燃烧室中的高温气体后在叶片表面形成一层很薄的气膜

由于空气的导热性很差,可以将高温气体与叶片隔离,快速流动的空气也会不断地将高温气体带走。这样叶片就可以忍受住这可以融化岩石的温度了,想不到吧?随处可见的空气居然成为了叶片的铁布衫!

技术介绍到这里,咱们该说说燃气轮机的实际应用。

在发电厂里,燃气轮机一般都采用联合循环的配置。工作原理是将燃气轮机排出的高温烟气收集起来(这么高温度的烟气如果排到大气中显然太浪费啦!!!),随后这些气体通过余热锅炉产生蒸汽,再推动蒸汽轮机发电。这样整个机组的效率就可以大大的提高了。对了,8000H型燃气轮机的灵活性极高,可以在半小时内达到满负荷运转,电厂调峰什么的妥妥滴没问题。

SGT-8000H燃机还有着极为特殊的经历——人家可是创下了世界纪录!在2011年,西门子SGT-8000H燃机在德国Irishing电厂实现了60.75%的联合发电净效率,打破了当时的发电世界纪录,但最重要的则是这是人类首次实现超过60%的发电效率!!2016年,在德国Lausward电厂,SGT-8000H燃机又创下了61.5%的联合循环发电净效率!

(德国Lauswward电厂)

目前西门子已经售出了80台SGT-8000H型燃气轮机,遍布欧洲、北美、南美、非洲和亚洲。接下来,这集合无数人智慧和汗水结晶的8000H燃机会有什么优异的表现,又能创造出什么世界纪录?就让我们一同期待在它在香港的表现吧!

编辑于 2017-01-24