淺析燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展

摘 要：隨著全球范圍內(nèi)的能源與動(dòng)力需求以及環(huán)境保護(hù)等要求的變化，燃?xì)廨啓C(jī)受到了電力、動(dòng)力等有關(guān)部門的高度重視，本文通過對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)概念及工作原理的介紹，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)在發(fā)電方面的應(yīng)用，分析了其熱能動(dòng)力特性，并簡(jiǎn)要介紹了其未來的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；發(fā)電技術(shù)；發(fā)展；

中途分類號(hào)：TM314 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-09-00-01

一、引言

近年來，隨著全球范圍內(nèi)的能源與動(dòng)力需求以及環(huán)境保護(hù)等要求的變化，燃?xì)廨啓C(jī)得到了電力、動(dòng)力等有關(guān)部門的高度重視，美、歐、日等國(guó)先后制定了先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃，以極大的熱情推動(dòng)著燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展。

先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)具有高效率、低排放、低噪音等一系列先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)，是提供清潔、可靠、高質(zhì)量發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式。除了發(fā)電領(lǐng)域以外，燃?xì)廨啓C(jī)在航空、航海、陸用動(dòng)力方面也發(fā)揮著重要作用，俄羅斯和美國(guó)的主戰(zhàn)坦克也都采用了燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力，因此，發(fā)展先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)對(duì)國(guó)防建設(shè)也是非常重要的。事實(shí)上，燃?xì)廨啓C(jī)作為一種涉及航空、航海、陸用等國(guó)家安全的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，歷來受到美國(guó)、前蘇聯(lián)兩個(gè)軍事大國(guó)以及西歐、日本等高度工業(yè)化國(guó)家的關(guān)注。

二、燃?xì)廨啓C(jī)概述

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。在空氣和燃?xì)獾闹饕鞒讨校挥袎簹鈾C(jī)（Compressor）、燃燒室（Combustor）和燃?xì)馔钙剑═urbine）這三大部件組成的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，通稱為簡(jiǎn)單循環(huán)。大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)均采用簡(jiǎn)單循環(huán)方案。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，而且最能體現(xiàn)出燃?xì)廨啓C(jī)所特有的體積小、起動(dòng)快、重量輕、少用或不用冷卻水等一系列優(yōu)點(diǎn)。

燃?xì)廨啓C(jī)的工作過程是，壓氣機(jī)（即壓縮機(jī)）連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)鉁u輪中膨脹做功，推動(dòng)渦輪葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖龉δ芰︼@著提高，因而燃?xì)鉁u輪在帶動(dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，需用起動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動(dòng)機(jī)才脫開。

三、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)用于發(fā)電的主要形式有簡(jiǎn)單循環(huán)、前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)、整體化循環(huán)、燃機(jī)輔助循環(huán)、核燃聯(lián)合循環(huán)、燃?xì)鉄煔饴?lián)合循環(huán)、燃?xì)鉄岜寐?lián)合循環(huán)、燃料電池----燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)等。

過去幾十年燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)取得了引人注目的進(jìn)展，燃?xì)廨啓C(jī)的性能不斷地得到改進(jìn)。一方面通過先進(jìn)航空技術(shù)的移植、不懈地完善燃?xì)廨啓C(jī)零部件設(shè)計(jì)來改善簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的性能，另一方面在燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)方面進(jìn)行開發(fā)研究，其中最重要的一個(gè)方向是利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱、回收其部分能量產(chǎn)生蒸汽或回注入燃?xì)廨啓C(jī)，即構(gòu)成雙工質(zhì)平行復(fù)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，或供給汽輪機(jī)，即構(gòu)成燃蒸聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力裝置。另一個(gè)開發(fā)方向是減少壓縮功利用排氣余熱的中間冷卻回?zé)崾饺細(xì)廨啓C(jī)。

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤為主，對(duì)環(huán)境的壓力非常大。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）已被普遍認(rèn)為是本世紀(jì)中國(guó)建設(shè)大規(guī)模以煤為主的高效潔凈能源動(dòng)力系統(tǒng)的重要技術(shù)選擇方向之一，目前在國(guó)際上已有多座IGCC示范電站運(yùn)行，在我國(guó)也已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)階段。IGCC具有發(fā)電效率高、排放低的優(yōu)點(diǎn)。IGCC進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展是在燃燒前分離二氧化碳并加以捕集，然后以轉(zhuǎn)化的高含氫氣體作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料供給聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。在二氧化碳減排成為必須時(shí)，IGCC 的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯，對(duì)先進(jìn)的中低熱值燃料重型燃?xì)廨啓C(jī)的需求將急劇增加。

大力發(fā)展以燃?xì)廨啓C(jī)為核心的 NGCC 和 IGCC，對(duì)于提高能源的利用率，降低污染排放具有重要的意義。另外，燃?xì)廨啓C(jī)所具有的快速升降負(fù)荷和快速啟停的能力，可以補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的發(fā)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，提高可再生能源的利用率。由此可見，重型燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)能源高效潔凈生產(chǎn)，優(yōu)化發(fā)電模式，構(gòu)建智能電網(wǎng)具有無可替代的作用。

四、發(fā)展前景

20世紀(jì)80年代末以來，重型燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，陸續(xù)發(fā)展了一批高性能的燃?xì)廨啓C(jī)。由于軍事上的需求和驅(qū)動(dòng)，先進(jìn)國(guó)家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研究與發(fā)展上投入十分巨大，技術(shù)處于領(lǐng)先水平；幾個(gè)制造燃?xì)廨啓C(jī)的大公司，如GE、阿爾斯通（原ABB）和西門子公司等，都先后和著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司結(jié)成“聯(lián)盟”，把最新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)成果應(yīng)用到地面燃?xì)廨啓C(jī)。GE公司本身就擁有研制先進(jìn)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工程部，生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)部與航空發(fā)動(dòng)機(jī)工程部的合作，使GE公司無論是航空發(fā)動(dòng)機(jī)還是燃?xì)廨啓C(jī)都處于世界領(lǐng)先地位，并占有較大的份額；西門子公司和普惠（PW）公司合作，阿爾斯通公司與英國(guó)RollsRoyce公司合作，使各自的產(chǎn)品取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

國(guó)外新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)中，無一例外地都大量移植了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最新技術(shù)，在氣動(dòng)設(shè)計(jì)、傳熱、燃燒、材料、隔熱涂層和維護(hù)等方面，或者是采用航空技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，和航空部門緊密結(jié)合，是世界上先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

五、結(jié)束語

在新時(shí)期，燃?xì)廨啓C(jī)作為一種高效、節(jié)能、低污染的發(fā)動(dòng)機(jī)將在動(dòng)力工程中得到日益廣泛的應(yīng)用，燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)作為提供清潔、可靠、高質(zhì)量發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式也將得到廣泛應(yīng)用。燃?xì)廨啓C(jī)在促進(jìn)我國(guó)電力、動(dòng)力等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)展和國(guó)家安全等方面具有重要作用和戰(zhàn)略意義，特別是隨著西部大開發(fā)“西氣東輸”工程的實(shí)施以及能源供應(yīng)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的需求越來越大，所以，要高度重視先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)（包括微型、小型燃?xì)廨啓C(jī)）的應(yīng)用和發(fā)展。

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