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燃氣輪機及其在石油化工領域的應用工學論文
關鍵詞：燃氣輪機，石油化工，應用
摘要：簡單介紹了燃氣輪機的發(fā)展史、燃氣輪機的分類、工作原理、主要結構材料、影響燃氣輪機效率的因素及其在石油化工領域的應用等。
一、引言
燃氣輪機是以連續(xù)流動的燃氣作為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變?yōu)橛杏霉Φ膬热际絼恿C械。它是以燃氣而不是以水蒸氣作為工質，因此可省去鍋爐、冷凝器、給水處理等大型設備。不僅如此，燃氣輪機與以煤為燃料的蒸汽輪機相比，它具有重量輕、體積小、裝置效率高、污染少、開停靈活等優(yōu)點。
作為燃氣輪機的重要部件—--透平，其雛形在古代就已出現。公元前150年，古埃及亞歷山大城的希羅（HERO）描述的希羅球；我國南宋高年間記載的走馬燈和1510年意大利人達﹒芬奇（LEONARDODAVINCI）提出的煙氣裝置，其工作原理基本相同，是現代渦輪機（透平）的雛形。
之后，燃氣輪機的發(fā)展經歷了漫長的試驗過程。直至1906年，法國人阿爾芒研制成世界歷史上第一臺能輸出功的燃氣輪機，這臺燃氣輪機的壓比只有4，效率只有3，因而沒有推廣使用。1920年，德國人霍爾茨﹒瓦特制成第一臺實用的燃氣輪機，其效率為13，功率為370KW，但因按等容加熱循環(huán)工作，存在重大缺陷而放棄。
隨著空氣動力學的發(fā)展，人們逐漸掌握了壓氣機葉片中氣體擴壓流動的特點，解決了壓氣機的高效率問題。與此同時，透平的效率也有了相應提高。在高溫材料方面，出現了能承受高溫的鉻鎳合金等耐熱鋼，因而可以采用較高的燃氣初溫，等壓加熱循環(huán)的燃氣輪機終于得到了成功應用，從此燃氣輪機進入了實用階段，并開始迅速發(fā)展。
隨著科學的不斷進步，計算機等輔助設計的出現，耐更高溫度的高溫材料的發(fā)現和透平葉片冷卻效果的提高，使燃氣初溫逐步提高，燃氣輪機的效率也不斷提高，燃氣輪機開始在國民經濟各行業(yè)中獲得了廣泛的應用。在荷蘭等歐美發(fā)達國家，為了合理利用燃料資源，已有50的化工部門安裝了燃氣輪機。在我國燃氣輪機的發(fā)展和應用起步較晚，目前在石油化工裝置的應用更是鳳毛麟角。但隨著國內能源市場的發(fā)展和變化，國家對環(huán)境的日益重視，以及燃氣輪機技術的進一步改進，燃氣輪機的市場前景十分廣闊。在油田、煉廠、化工廠、海上平臺、油氣田的注水注氣、天然氣的壓縮和儲存以及西氣東輸管線上的增壓站等都可用燃氣輪機作為壓縮機及泵的動力。
二、燃氣輪機簡述
燃氣輪機從負荷情況上劃分可分為重型和輕型兩類。一般工業(yè)上用于拖動發(fā)電機組發(fā)電，或用于機械驅動的燃氣輪機都是重型燃氣輪機；而用于飛機發(fā)動機的燃氣輪機為輕型燃氣輪機。從結構上劃分，燃氣輪機可分為單軸、雙軸和多軸燃氣輪機。單軸燃氣輪機因其壓氣機、透平與負載共軸，負載的轉速變化規(guī)律直接影響壓氣機轉速，使吸入壓氣機的空氣量發(fā)生變化，甚至使壓氣機喘振而發(fā)生事故。為了使負載變化規(guī)律對壓氣機轉速的影響降低到最小程度，即負載變化規(guī)律不直接影響壓氣機的轉速，負載轉速的變化規(guī)律只能通過內部氣體工質的工作過程來間接影響壓氣機的工況，人們設法使壓氣機與負載不共軸，因而產生了雙軸和多軸燃氣輪機。由上可見，在實際選型時，選用單軸、雙軸還是多軸燃氣輪機，取決于系統(tǒng)中負載的變化情況，當系統(tǒng)負載變化不大時，一般選用單軸燃氣輪機，如大型火力發(fā)電廠用于拖動發(fā)電機的燃氣輪機；當系統(tǒng)負荷變化較大時，可視其具體情況選用雙軸或多軸燃氣輪機，如石油化工工業(yè)上用于機械驅動的燃氣輪機。
燃氣輪機的工作原理
燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和透平三部分組成。
燃燒室的基本要求如下：
燃燒效率高
點火可靠，燃燒穩(wěn)定
壓力損失小
出口溫度均勻
燃燒強度高
排氣污染少
壽命長
三、燃氣輪機在石油化工領域的應用
燃氣輪機在石油化工領域的用途很多，是燃氣輪機的主要用戶。石油化工企業(yè)應用燃氣輪機的主要方式有以下幾種：
在自備電站（或動力站）與原有發(fā)電設備組成聯合循環(huán)系統(tǒng)，提高供電效率；
與鍋爐組成聯合系統(tǒng)，供汽供電；
與各種加熱爐組成聯合系統(tǒng)，既保證工藝用熱，又多發(fā)電；
回收工藝過程排放的難以利用的氣體，充分利用可燃氣，凈化環(huán)境；
作為直接拖動壓縮機的驅動機。
作為各種泵的驅動機。
石油化工企業(yè)中大量使用加熱爐，其被加熱介質進口溫度在40~380℃，出口溫度在150~500℃之間，是吸收燃氣輪機排氣余熱的理想裝置。燃氣輪機與加熱爐聯合應用主要是提高燃氣輪機的效率和總熱利用率。另外，用燃氣輪機直接拖動石油化工企業(yè)工藝系統(tǒng)中的壓縮機可以省去能源多次轉換所必然帶來的各種損失。
1）燃氣輪機在煉油廠和乙烯裝置中的應用
2）燃氣輪機在化肥裝置上的應用
3）燃氣輪機在天然氣壓縮和天然氣儲存裝置中的應用
4）燃氣輪機在石油化工裝置中的其他用途
四、結束語
可以肯定的說，燃氣輪機是煉油廠、石油和化工廠的重要用戶。而且隨著社會的發(fā)展和科技的進步，石油和化工企業(yè)的裝置規(guī)模會越來越大，單臺機組的功耗也越來越大。由于燃氣輪機具有功率大，投資省，運行成本低，污染少，壽命周期長等優(yōu)點，燃氣輪機在石油化工領域的應用也必然越來越廣泛。
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