现代汽轮机压盖截面图
客座专栏作家Heinz Bloch讨论了该行业如何保护环境

1965年,当时31岁的他积极学习,接受了一家炼油和化工制造大公司的工作邀请。在受雇的第一年,这位机械工程师被分配了三个项目。它们的共同范围是确定设备和工艺效率,并尽可能以利润率表示。同时从事三个项目是保持忙碌和调整工程师学习技能的最有效方法。

虽然这三个项目在预定的14个月时间内完成,但在20世纪60年代,没有一个项目被认为已经准备好商业化。他们提出的实施方案根本无法满足公司当时普遍存在的盈利障碍或门槛。然而,57年后,较小的参与者正在积极推广1965年筛选研究的三种技术:

  1. 由荷荷巴豆制成的油
  2. 由甘蔗渣制成的屋顶材料
  3. 为加勒比地区的大型度假酒店和其他潜在用户以及没有连接到具有大型电网的高度工业化地区的类似地点提供封闭循环发电包。

可以看出,较小的参与者之所以能够盈利,是因为他们定期地重新评估和调整环境,并采用了1965年之后几年或几十年发展起来的技术工具。在这种情况下,读者接下来会注意到其他感兴趣的数据点。它传达的信息是:重新评估事实,继续前进。拒绝变得陈腐和傲慢。调整思路,将居住空间和环境纳入未来规划。

荷荷巴油豆

荷荷巴豆是蜡质二酯,按重量计含50%的油。这种豆生长在干燥土壤中生长旺盛的灌木上,也可以在沙漠中收获。霍霍巴油是这种植物种子中产生的液体;它原产于亚利桑那州南部、加利福尼亚州南部和墨西哥西北部。这项技术可能会对生产生物柴油的商业规模反应良好。谁可能是这种规模扩大的受益者,并得出结论,设计商店和制造设施可能必须建立?有组织的学徒计划将得到推动,污染将会减少。尽管发动机的产量将减少15%,但如果这些常识性的方法取代了目前的追求,无论是车主还是消费者都不会蒙受损失。

甘蔗渣

甘蔗渣是一种植物残渣;典型的残留物包括甘蔗和葡萄藤的外层。权威的维基百科将甘蔗渣定义为压榨甘蔗或高粱秸秆提取汁液后剩下的干浆状纤维物质。外层被用作生物燃料,以油、热和电的形式产生能量。在一些国家,甘蔗渣被广泛用于制造纸板、纸张和其他建筑材料的纸浆。我们有理由相信,全面商业化既有益又有利可图。消除浪费可以是一个真正的利润主张。

燃气轮机和活塞发动机

燃气轮机和活塞发动机公用事业包是众多的解决方案,可以考虑在一般的能源转换。当然,它们主要应用于发电服务。如果有适当数量的气体燃料,用户在评估各种液体燃料选择之前会考虑这些。然而,其他方法也存在,并且在2022年比1965年变得更加重要。只要它们能够减少对环境的压力,它们当然应该得到调查和实施。环境压力处于极端状态,其真实成本远远超过低估的估计。

封闭热力学系统
图1:封闭热力学系统(图片由作者提供)

一般来说,闭式循环燃气轮机是一种流体机械,它使用空气、氮气、氦气、氩气等气体作为封闭热力学系统中的工作流体(图1)。热量由外部来源提供,参见红色热交换器(HX)元件,并注意冷却发生在蓝色HX元件中。这样的再循环涡轮安排遵循布雷顿循环。今天的现代往复式活塞发动机也应该在竞争中。他们是最古老的发电机司机之一,但后来被推到后台,因为燃气轮机作为低维护的司机得到了突出的地位。

燃气轮机确实能够满足不同行业发电应用的需求。这些应用范围很大,从200千瓦左右的食品和饮料应用到大型工业和市政项目。由活塞式发动机驱动器、齿轮和发电机组成的机组的总体效率通常在40%至50%之间。这与小型燃气轮机或任何其他常规发电技术相比都是有利的。活塞式发动机和燃气轮机都可以与其他类型的设备、可再生能源或电池存储结合使用,从而提高整个系统的效率和灵活性。最后,以天然气为燃料的活塞式发动机被成功地用于现代化或更新现有的发电基础设施。换句话说,认为燃气轮机是最佳选择的旧假设并不总是正确的。成功的大型市政工厂很久以前就证明了这一点。

封闭循环安排的优点1

闭式循环燃气轮机比开式循环燃气轮机的优势在于,它可以利用残余燃油、煤或褐煤等不清洁燃料。此外,在部分负荷下热效率几乎没有损失,废热可以在高达700华氏度(370摄氏度)的温度下被排除,用于下游工业过程。该系统的缺点是,由于位于燃烧产物和涡轮工作流体之间的热交换器的应力和腐蚀,涡轮入口温度峰值被限制在1500华氏度(815摄氏度)。回顾封闭式循环燃气轮机40年的研究和开发工作,结合欧洲十几个系统30多年的商业经验表明,如果仅用于发电,它们产生的系统比传统蒸汽系统的资本成本略高,热效率略低。然而,如果一种不清洁的燃料被用于热电联产应用,其中所需要的热能与所产生的电能的比率小于4,特别是当所需要的热量温度高于212华氏度(100摄氏度)时,燃料中能量的效率和利用以及资本成本对闭式循环燃气轮机比蒸汽系统更有吸引力。

现代汽轮机压盖截面图
图2:现代汽轮机压盖的横截面图,显示其非旋转弯曲部件由u型杯式高温弹性体密封和居中(图片由AESSEAL提供)

封闭系统可以迅速获得电能和热能。这对于缺乏能源的地区和无法连接到集中能源的地区尤为重要。对于电网基础设施不稳定的地区和对能源供应可靠性要求较高的设施,封闭式系统提高了电源的可靠性。逐步淘汰分段碳环是有利的。为流体机械配备如图2所示的现代密封腺体将减少污染空气和水的无组织排放。

是时候考虑环境事实并重新思考旧的假设了

今天,我们称之为家园的地球正处于严重的困境中,旧的思维方式正在阻碍必要的进步。总的来说,我们不应该放弃成为见多识广的专业人士的道德义务。所以,把领导、跟随或让开作为优先事项。没有什么比让更清洁的空气成为我们共同的未来更高尚的努力了。了解有关排放和污染的事实。从诚实的评估开始,然后推动持久的改变。

参考文献

弗拉斯,a.p.,“闭式循环燃气轮机研究与开发工作总结”,橡树岭国家实验室报告TM-6237, 1981年。

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