误区:
燃气轮机不适用于商业航运

误区:燃气轮机不适用于商业航运

 

刊载于 《国际涡轮机与涡轮机手册》, (2020年9月/10月)。作者:Klaus Brun,Elliott Group研发总监/Rainer Kurz,Solar Turbines Inc.系统分析经理。

Camfil Power SystemsPaul BullaraSolar TurbinesJim Bertsch提供支持。

商业航运通常使用的是消耗低成本的液体燃料往复式发动机而不是用燃气轮机来作为船只主推发动机和发电机组的动力来源。船员对往复式发动机更加熟悉,操作和维护人员以及基础设施也通常围绕往复式发动机进行配置。

然而2020年实施的全面排放规则正在逐步改变海洋环境。国际海事组织正在努力实现《巴黎协定》规定的2050年碳减排标准。为能实现这些目标,寻找洁净燃料并非易事。往复式发动机使用的低档燃料燃烧时会排放氮氧化物、硫氧化物、微粒和重金属颗粒。面对更加严苛排放标准,继续运行往复式发动机将大幅提升商业航运运营商的运营成本。为支持低排放,液化天然气(LNG)因其持续增强的可用性和洁净燃烧特性正成为一种关键的船舶燃料。此外,液化天然气运输船(即运输液化天然气的油轮)也广受行业青睐。

有鉴于此燃气轮机成为一种洁净、经济且高效的往复式发动机替代方案。反对燃气轮机的声音主要集中于效率、燃料适用性、成本和噪音——但这些观点早已过时。当前透平涡轮机组已广泛服务于海上应用,例如海上平台和浮式生产储卸油轮(FPSO)。

对使用燃气轮机的担忧通常侧重于洁净燃烧空气的燃烧效率、燃料适用性和噪音要求。燃气轮机现已广泛应用于海上平台、FPSO等海洋资源开发应用,商业航运自然开始接受燃气轮机的应用。现如今,燃气轮机效率显著高于15年或20年前使用的旧型机组,并具备卓越的耐用性和可靠性。燃气轮机可用于联合循环系统或热电联产系统。由于涡轮排气温度较高,燃气轮机联合循环系统比往复式发动机的同类系统更高效、体积更小。为优化效率,机组尺寸应与商业船只的实际空间相匹配。

此外当前的燃气轮机进气系统采用相当先进的技术大幅降低运行成本。尽管与往复式发动机相比,燃气轮机的空气吞吐量更高,但如今先进的空气过滤技术和进气系统结构可有效去除空气中的颗粒物、水和盐,从而减少发动机污染和性能恶化。

面对更加严苛排放标准,继续运行往复式发动机将大幅提升商业航运运营商的运营成本。为支持低排放,液化天然气因其持续增强的可用性和洁净燃烧特性正成为一种关键的船舶燃料。

往复式发动机使用的重质燃油HFO等重质液体燃料对环境存在不良影响必将逐渐淘汰。如果使用高硫重质燃料油,则必须在排气系统中安装洗涤器。洗涤器的安装和操作成本都十分高昂。在此情况下,再廉价的燃料都将毫无意义。

液化天然气已成为一种可行的船用燃料比重质燃料油更经济。液化天然气产生的有害排放物较重质燃油显著减少,例如氮氧化物、微粒、硫、未燃烧的碳氢化合物或重金属颗粒。对于液化天然气运输船而言更是如此,更少的排放颗粒物对于能够回收利用液化天然气闪蒸气的运输船来说更具经济价值。

燃气轮机生命周期成本与往复式发动机相当更何况燃气轮机装置具有更高功率密度、更轻重量和更小空间需求能够实现更高的有效载荷。此外,现今的燃气轮机进气系统有助于降低运营成本。尽管空气吞吐量高于往复式发动机,但现代燃气轮机空气过滤和构造技术可有效收集颗粒、水和盐,有效减少发动机积垢。此外,燃气轮机维护需求更低,所需操作人员更少。

当前用户对燃气轮机的关注度不足尚未广泛在液化天然气运输船、游轮和其他商业航运中运用燃气轮机来提供推进力和电力。作为一家从事涡轮设备的公司,我们期待有更多的人在商业航运服务中使用燃气轮机。就像1894年,第一艘(蒸汽)涡轮动力船Turbinia绕皇家海军航行那般。

特此感谢Camfil Power SystemsPaul BullaraSolar TurbinesJim Bertsch的大力帮助。

创建日期 2021年6月3日