本文介绍了在多学科设计优化 (MDO) 背景下开发的设计和分析 (D&A) 平台中代表二次空气系统 (SAS) 使用的工具的集成。由于燃气轮机技术需要非常高的精度,因此在许多专业领域都需要细致的工作,工程师们面临着非增值任务,例如数据管理、软件之间的信息传输不畅以及繁琐的数据预处理和后处理产生的。上述元素大大减少了分析时间和最终产品的质量。这样的平台汇集了用于燃气轮机设计的软件,以实现其自动化。这些工具以批处理模式运行,并且该平台链接到数据管理系统,以保证提高流程效率。 SAS 可以冷却涡轮叶片等部件。它还有助于隔离和管理施加在球轴承上的负载。如果没有这样的系统,燃气轮机就无法达到今天的功率。已为 SAS 工程师设计并测试了一个工具。通过对工作流程进行仔细分析,建立了适合自动化的任务列表并确定了优先级。预处理是
首先,它可以用于燃料电池,通过电化学反应产生电能。其次,与天然气类似,氢气可以在燃气轮机中燃烧。燃料电池的优势在于,在将氢气转化为电能方面,它们比燃气轮机更节能。然而,燃料电池的生产成本要高得多,需要高纯度的氢气,而且在基于现有技术大规模部署时,需要更多的土地。因此,虽然它们可以成为微电网脱碳的良好解决方案,但在设计和技术改进之前,它们目前不适合公用事业规模的发电。尽管如此,我们将继续探索氢燃料电池在分散发电中的应用,以增强现有的电网基础设施并补充传统发电厂的运营。
在远程站点运营方面,公司正在应对燃料成本的上升,同时努力保持可靠的生产并尽量减少资产维护要求。这些站点的关键性质意味着运营商通常会运行成对的柴油发动机或燃气轮机,以确保系统冗余和可靠性。如果其中一台燃气轮机跳闸,另一台涡轮机可以满足满负荷。这会导致发电设备在其效率曲线上以低得多的点运行,从而导致燃料消耗增加和排放量增加。如果设备装有低氮氧化物燃烧器,则需要以 50% 以上的容量运行才能有效。
燃气轮机部分组件由镍或钴的超合金制成。这些超级合金以其高温强度,氧化和耐腐蚀性而闻名。超合金广泛用于燃气轮机发动机的高温环境。不幸的是,高温强度所需的合金组合物与氧化和腐蚀保护相反。为了获得最佳的整体性能,高强度超合金可以用腐蚀和耐氧化的mcraly涂层。mcraly's是一个具有钴,镍或铁的碱金属(M)的超级合金家族,并结合铬,铝和Yttrium(图1)。
首先,它可以用于燃料电池,通过电化学反应产生电能。其次,与天然气类似,氢气可以在燃气轮机中燃烧。燃料电池的优势在于,在将氢气转化为电能方面,它们比燃气轮机更节能。然而,燃料电池的生产成本要高得多,需要高纯度的氢气,而且在基于现有技术大规模部署时,需要更多的土地。因此,虽然它们可以成为微电网脱碳的良好解决方案,但在设计和技术改进之前,它们目前不适合公用事业规模的发电。尽管如此,我们将继续探索氢燃料电池在分散发电中的应用,以增强现有的电网基础设施并补充传统发电厂的运营。
摘要 传统燃气轮机是一种非常成熟的技术,性能改进正变得越来越困难和昂贵。由于各自理想的燃气轮机循环具有更高的热效率,增压燃烧 (PGC) 已成为这方面的一项有前途的技术。当前的工作分析了两种带有增压燃烧的燃气轮机汉弗莱循环布局。一种布局复制了燃气轮机循环的经典布局,而另一种布局通过确保燃烧室在化学计量条件下运行来优化增压燃烧的使用。同时,使用两种不同的燃料(氢气和二甲醚)研究了这两种循环布局,以解释燃烧比热增加的差异及其对循环效率的影响。当前的工作最后尝试对增压燃烧室的最大损失进行基准测试,以实现与焦耳循环的效率平价,对于给定的 PGC 燃烧室增压。研究发现,与传统循环结构相比,采用化学计量燃烧的循环布局可使热效率提高多达 7 个百分点。此外,新布局的热效率对涡轮入口温度的敏感度较低,尤其是在低压缩机压力比的情况下。对两种燃料的研究表明,较大的质量比热增加会带来更高的循环热效率,在选择燃料时应予以考虑。最后,对于给定的燃烧室压力增益,计算了导致与焦耳循环效率平价的最大允许增压室压力损失。对于高于 1500°C 的涡轮入口温度,高于 1.6 的压力增益将允许增压室内至少 20% 的相对压力下降。对于较低的涡轮入口温度,相应的压力增益会变得相当高。
放眼全球碳中和趋势,三菱重工 (MHI) 的主打产品 GTCC 发电厂和蒸汽发电厂也迫切需要实现碳中和。在这样的环境下,高砂氢能园区正在我们开发和制造氢气涡轮机的高砂机械厂建设,这是世界上第一个从氢气生产到发电技术的综合验证设施。本报告介绍了其建设现状和即将介绍的氢气生产技术。此外,高砂氢能园区计划陆续扩建相关设施,目标是到 2025 年实现 30% 混燃大型燃气轮机产品和 100% 氢燃中小型燃气轮机产品的商业化。
• 开发了 AM 翼型冷却设计和校正系数,使燃气轮机入口温度相对于最先进的涡轮机提高 100°C,而无需增加冷却剂质量流量。
GasTOPS 为 USS Makin Island 开发推进控制算法 USS Makin Island 是一艘 850 英尺长的双轴两栖攻击舰,现役于美国海军。它使用混合电力推进系统,燃气轮机用于高速行驶,电动机用于低速运行。GasTOPS 工程师使用 Simulink 和 Simscape 开发了推进系统模型,包括船体、螺旋桨、轴系、变速箱、电动机、发电机和燃气轮机的子模型。对于发电厂,他们建模了六台柴油发电机、八台变压器、众多智能断路器和配电系统,以及电动机和其他负载。他们进行了模拟以评估系统对短路、发电机故障和各种故障情况的响应。mathworks.com/gastops