奇石乐测量设备在超现代燃气轮机的研发中发挥重要作用

Fuel-flexible gas turbines from MAN Energy Solutions combine high efficiency with low emissions: these pioneering energy supply solutions are an ideal choice for municipal utilities and industrial applications. During the development phase and also in the end product, high-temperature pressure sensors from Kistler deliver valuable real-time data to optimize the combustion process.

The changeover to energy supply solutions that deliver maximum efficiency while protecting the environment is one of the greatest challenges facing humanity in the 21st century. Resources have to be developed and emissions must be reduced against a background of continuously rising demand for energy. Gas turbines play a key part in tackling this challenge: they offer the ideal solution, especially in situations where both power and heat are required – as is often the case in municipal utilities or industrial settings. And in the future, it will become increasingly possible to operate gas turbines with hydrogen instead of natural gas, giving them a better environmental footprint and more compatibility with the desired energy mix.

More sustainable gas turbines of this sort with very low emission values are developed and manufactured at MAN Energy Solutions (MAN ES) in Oberhausen, Germany. The company's Turbomachinery Division, which is based here, traces its origins to the “Gute Hoffnungshütte” (or GHH) which at one time was Europe's largest machinery and plant construction enterprise: GHH began its iron smelting activities as long ago as 1758. Nowadays, some 1,800 employees at Oberhausen work in the competence centers for gas turbine development and production, and in the firm's extensive testing and service operations. On-site facilities include testing of complete gas turbine-compressor trains – the use of gas turbines to drive compressors (on gas pipelines, for example) is another key application area for this technology.

MAN Energy Solutions旗下燃气轮机支持多燃料运行，具有高效、低排的开创性优势，是市政设施和工业应用的理想供能方案。该公司在研发和成品测试阶段部署奇石乐高温压力传感器，为优化燃气轮机燃烧过程提供宝贵的实时数据。

改变供能解决方案，既要实现最高效率，也必须做到保护环境——这是人类在21世纪面临的主要挑战之一。随着能源需求的不断增加，人类必须开发新资源、减少排放。面对这项挑战，燃气轮机将发挥重要作用：一方面，燃气轮机是理想的供能方案，尤其适合市政设施或工业应用等同时具有供电供热需求的情景。另一方面，燃气轮机有望逐步淘汰天然气，使用氢气作为燃料，从而减少环境足迹，并满足客户的多种能源组合需求。

MAN Energy Solutions（MAN ES）位于德国奥伯豪森市（Oberhausen），其自主研发和制造的燃气轮机具有可持续性更强、排放水平更低的特点。MAN ES的涡轮机械部（Turbomachinery Division）位于奥伯豪森市总部，其前身Gute Hoffnungshütte（GHH）曾是欧洲最大的机器和工厂建设企业，早在1758年就开始从事炼铁活动。如今，奥伯豪森市总公司共有1,800余名员工，广泛任职于燃气轮机研发生产认证中心及测试和服务部门。该公司通过现场设施开展产品测试，包括完整的燃气轮机-压缩机机组测试——使用燃气轮机驱动压缩机（例如燃气管道上的压缩机）是燃气轮机技术的一项重要应用。

集成传感器技术，监控燃烧过程

Bernhard Ćosić博士于2015年加入MAN ES，是燃气轮机燃烧部（Gas Turbine Combustion Group）的负责人，也是MGT6000系列和最新的MGT8000系列燃气轮机的核心研发人员。他在谈论市场趋势时表示，“我们的燃气轮机功率达6-12兆瓦，与使用柴油、煤炭或重质燃油的电厂相比，我们的供热供电解决方案具备更高的可持续性。燃气轮机非常高效，特别是在同时需求供电和高温的环境中，例如造纸页或食品业。不仅如此，燃气轮机的调试成本比大型发电机低很多倍，是分布式发电应用的理想选择，特别适用于交通不便的偏远地区。”

MAN ES选择奇石乐作为研发伙伴，协助其监控燃烧过程，同时部署燃料灵活性和实时监测等优势功能。奇石乐压电式高温压力传感器（6021A）可直接与燃气轮机的控制中心连接；在持续运行模式下，传感器不断反馈燃烧过程的相关数据。“这些传感器不但结构紧凑，还能耐受极高温度。这意味着我们能够将传感器放置在靠近火焰的位置，捕捉精准且有价值的数据；我们和客户都可通过MAN CEON Cloud云服务随时调用这些数据。正因如此，我们才能够对燃气轮机进行状态监控和预测性维修。”

奇石乐传感器在控制和监控燃烧的过程中发挥着至关重要的作用。除减排外，燃料灵活性是另一项关键因素。例如，MGT6000系列燃气轮机可以使用两种燃料，换言之，在无法使用天然气时，燃气轮机也可使用柴油等液体燃料运行。Bernhard Ćosić还指出，燃气轮机还可以使用页岩气和通常作为废气产出的其他可燃气体。该等气体虽然含有很高比例的惰性气体（例如炭氮氧化物），但也含有一定剩余能量。Bernhard Ćosić表示：“我们优化了燃烧过程，即使更换燃料时也不会出现燃烧不稳定的情况——奇石乐的实时数据反馈帮助我们实现这一点。”

氢气——未来的燃料

奇石乐与MAN ES合作研发了一款定制电子单元（信号调理单元），简化了整个测量链，并且大幅降低了成本。Bernhard Ćosić补充道：“在整个过程中，Marco Gnielka领导的奇石乐团队为我们提供了有力支持，帮助我们实现最优解决方案。我们很快就解决了最初的难题，奇石乐的对接人Christian Heer是该技术领域的杰出专家。虽然我们的工程背景不同，但彼此快速建立了相互信任的合作关系。”

燃气轮机的下一项研发目标是支持多种燃气组合，并将氢气占比提高到100%：这项进步将使燃烧过程更加清洁，并使二氧化碳排放量趋近于零。2020年秋季，MAN ES在奥伯豪森市下辖的斯特克拉德（Sterkrade）区完成了MGT8000系列燃气轮机的首次调试，这台燃气轮机将为当地市政设施（EVO）服务。Bernhard Ćosić解释：“在这款全新的超现代燃气轮机中，燃料中的氢气占比已达20%，短期内可提高至50%，并有望在中期内达到100%。氢气的反应性极强，燃烧特性也不尽相同，比如说，火焰燃烧速度会更快。因此，如需大幅提高氢气在混合气体中的比例，就必须对整个系统进行调整和优化。尽管如此，燃气轮机的发电功率和效率等基本参数不会改变，用户可以正常使用该产品。”

燃气轮机的使用寿命通常超过15年，因此对于MAN ES的客户而言，投资保护是一项重要的衡量标准。如果未来有更多氢气进入天然气燃料网络，或真正的新一代纯氢气系统问世，客户将需要对MAN ES的燃气轮机进行升级，届时，奇石乐的测量技术将在优化燃烧过程、设备维修与监控等方面发挥作用。Bernhard Ćosić总结道：“我们与奇石乐建立了牢固的伙伴关系，奇石乐为我们在全球各地的业务提供支持，例如为我们的中国员工提供培训。奇石乐还会根据具体情况灵活地提供支持和研发服务。随着煤炭和石油逐渐退出历史舞台，对燃气轮机的需求将在未来几年到几十年间不断增加；得益于与奇石乐的合作，我们处于应对变局的优势地位。”