燃氣輪機發(fā)電技術(shù)分析

王浩

摘? 要：隨著國民經(jīng)濟的不斷深化改革，對其生態(tài)環(huán)境建設(shè)也越來越重視。尤其是在能源逐漸緊張的狀態(tài)下，如何更好地積極推進國家關(guān)于低碳環(huán)保概念的落地執(zhí)行，是各行業(yè)面臨的重要問題之一。對于燃氣行業(yè)而言也不例外，從某種意義上來講國家各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)都離不開電力行業(yè)的大力支持，燃氣作為電力行業(yè)的重要核心在其發(fā)展過程中對電力行業(yè)的順利發(fā)展有著重要意義。相比較而言，燃氣與常規(guī)的用電情況存在著較大差異，我國在燃氣輪機方面的發(fā)展建設(shè)起步較晚，并沒有對其進行很好地推廣和大規(guī)模的使用。但是在未來建設(shè)發(fā)展過程中，燃氣輪機的發(fā)展將是不可替代的，對此文章針對現(xiàn)階段我國燃氣輪機發(fā)展過程中所存在的一系列問題進行闡述，希望通過文章的論述可以為相關(guān)人員提供一定參考意見。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;發(fā)電技術(shù);發(fā)電現(xiàn)況;展望

中圖分類號：TM611.31? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）24-0170-02

Abstract： With the deepening of the reform of the national economy， increasing attention has been paid to the construction of its ecological environment. Especially in the context of gradual shortage of energy， how to better promote the implementation of the national idea of low-carbon environmental protection is one of the important issues facing various industries. The gas industry is of no exception. In a sense， infrastructure construction in the country is inseparable from the strong support of the power industry. Gas， as an important core of the power industry， is of great significance to the smooth development of the power industry in its development. By contrast， there is a great difference between gas use and conventional power consumption. The development and construction of gas turbine in China started relatively late， and it has not been well promoted and used on a large scale. However， in the process of construction and development in the future， the development of gas turbine will be irreplaceable. This paper expounds a series of problems existing in the development of gas turbine in China at the present stage. It is hoped that the discussion of the paper can provide some reference for the relevant practitioners.

Keywords： gas turbine; power generation technology; power generation status; prospect

對于人類社會發(fā)展而言，每一次創(chuàng)新與改革都標(biāo)志著人類進入新紀(jì)元的一次成長。18世紀(jì)末蒸汽機才開始出現(xiàn)，這在一定程度上推動了人類歷史的一次跨越。隨后石油資源出現(xiàn)及利用，更是在能源使用上進入了全新的現(xiàn)代生產(chǎn)活動階段，在開發(fā)利用的同時推動了內(nèi)燃機、燃氣輪機的快速發(fā)展，并對現(xiàn)代交通和電氣化的發(fā)展有著重要意義。從燃氣輪機整體裝置發(fā)展階段來講，它的結(jié)構(gòu)建設(shè)并不同一般的汽輪機，或是蒸汽輪機。主要是由以下三部分組成：一是燃機輪機;二是壓氣機;三是燃燒室。所以在燃氣輪機使用過程中，要能夠清晰了解三大結(jié)構(gòu)的使用原理及其彼此之間的關(guān)系，方能充分發(fā)揮燃氣輪機的效用。

1 我國燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

我國燃氣輪機發(fā)電技術(shù)相對起步較晚，針對不同時期都有突破性的發(fā)展建設(shè)，下面以時間為主線進行重點分析：

（1）萌芽階段。我國將燃氣輪機引入是在20世紀(jì)50年

代，從瑞士引進作為大慶原油的燃料。直到1960年以后，我國才開始正式建立燃氣輪發(fā)電機，同年在上海、南京等地相繼建立了燃氣輪機開發(fā)研究基地，雖然一定程度上我國燃氣輪機的發(fā)展與國外先進國家相比存在著較大差距，但是建立之初基本可以滿足基礎(chǔ)功能的使用需求。60年代后，由于受到多種因素影響，對其研發(fā)逐漸處于停滯狀態(tài)。直到70年代，全國僅有南京一家生產(chǎn)制造商在進行燃氣輪機的生產(chǎn)。

（2）技術(shù)引進階段。在20世紀(jì)80年代中葉，我國再次將燃氣輪機的生產(chǎn)提上日程。并在荷蘭引進了專業(yè)型號的燃氣輪機機組和配套的相關(guān)設(shè)備和西門子汽輪機一臺。自此我國第一套較為完整的燃氣輪機裝置被廣泛推廣使用，且達到了較好效果。在全國范圍內(nèi)也引起了對燃氣輪機的生產(chǎn)化浪潮，這對于我國燃氣輪機發(fā)展而言是歷史上的轉(zhuǎn)折點，在經(jīng)歷了數(shù)十載的停止生產(chǎn)后，再次推上日程。

（3）全面發(fā)展階段。值得驕傲的是，隨著我國大力加強天然氣的開發(fā)與利用，尤其是重點工程項目如西氣東輸工程、近海天然氣開發(fā)工程的啟動等項目，都說明我國在提供天然氣使用過程中時，對燃氣輪機的發(fā)展也越來越重視。特別是在“十五”期間，我國相繼引進了54套國際上較為先進的燃氣輪機組，并在建設(shè)完成后，整個燃氣機組的容量超過了20000 MW。以中國航空航天為例，其集團下屬的相關(guān)單位在燃氣輪機發(fā)電技術(shù)方面所獲得的可喜成績，以及市場的廣泛使用更是標(biāo)志了我國燃氣輪機發(fā)電機組跨越式的發(fā)展。但需要面對的是，我國燃氣機組由于起步晚，在一些自主研發(fā)、知識產(chǎn)權(quán)等方面的問題尤其是在重型燃氣輪機方面存在一定缺陷。所以，未來我國燃氣輪機發(fā)電還有待于進一步提升和發(fā)展。

2 燃氣輪機裝置的工作過程

燃氣輪機裝置從專業(yè)角度來講是連續(xù)流動性作業(yè)為主，通過化學(xué)方式將其轉(zhuǎn)子機械能進行轉(zhuǎn)化，然后通過動力燃氣的方式進行的一種旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動。一般情況下是由壓力機、燃燒室、透平等三大部件和其他輔助設(shè)備組成。壓力機在作業(yè)時會受到外界大氣環(huán)境的影響，逐一進行壓縮。工質(zhì)順序經(jīng)過吸氣壓縮、燃燒加熱、膨脹做功以及排氣放熱四個工作過程完成一個熱力循環(huán)，進行能量轉(zhuǎn)換。通常在燃氣輪機中，壓氣機是由燃氣透平來帶動的，它是透平的負載，在簡單循環(huán)中，透平的機械能有1/2到2/3左右用來帶動壓氣機，其余的1/3左右的機械能用來驅(qū)動發(fā)電機。

3 燃氣輪機用于發(fā)電的主要形式

（1）簡單循環(huán)。簡單循環(huán)模式也可以稱之為開放式循環(huán)模式，是由燃氣輪機和發(fā)電機獨立系統(tǒng)構(gòu)成的。其優(yōu)勢在于可以進行快速的整機安裝和使用，特別是在電網(wǎng)高峰期和交通、工業(yè)動力系統(tǒng)方面有著重要意義。

（2）前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電。由燃氣輪機及發(fā)電機與余熱鍋爐共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃氣輪機排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐回收，轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水加以利用。主要用于熱電聯(lián)產(chǎn)，也有將余熱鍋爐的蒸汽回注入燃氣輪機提高燃氣輪機出力和效率。前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)時的總效率一般均超過80%。為提高供熱的靈活性，大多前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組采用余熱鍋爐補燃技術(shù)，補燃時的總效率超過 90%。

（3）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)。燃氣輪機及發(fā)電機與余熱鍋爐、蒸汽輪機或供熱式蒸汽輪機（抽汽式或背壓式）共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃氣輪機排出的功后高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，再將蒸汽注入蒸汽輪機發(fā)電，或?qū)⒉糠职l(fā)電作功后的乏汽用于供熱。形式有燃氣輪機、蒸汽輪機同軸推動一臺發(fā)電機的單軸聯(lián)合循環(huán)，也有燃氣輪機、蒸汽輪機各自推動各自發(fā)電機的多軸聯(lián)合循環(huán)。

（4）整體化循環(huán)。由煤氣發(fā)生爐、燃氣輪機、余熱鍋爐和蒸汽輪機共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，也稱為IGCC。主要解決使用低廉的固體化石燃料代替燃氣輪機使用氣體、液體燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放?？勺鳛槌鞘忻簹?、電力、集中供熱和集中制冷、以及建材、化工原料綜合供應(yīng)系統(tǒng)。

（5）核燃聯(lián)合循環(huán)。目前這種循環(huán)裝置正處于嘗試階段，并沒有正式在推廣使用。主要是由燃氣輪機、余熱鍋爐和核反應(yīng)堆、蒸汽輪機共同組成。通過燃氣輪機排出的煙氣通過熱核反應(yīng)輸出蒸汽，主要為提高核反應(yīng)堆蒸汽的溫度、壓力，提高蒸汽輪機效率，降低蒸汽輪機部分的工程造價。

（6）燃機輔助循環(huán)。燃機輔助循環(huán)系統(tǒng)多數(shù)被應(yīng)用于小型燃氣輪機作業(yè)中，輔助其完成鍋爐預(yù)熱、鼓風(fēng)、燃燒等環(huán)節(jié)存在的不足，進而提升效率，在進行動力循環(huán)的過程中可以直接用水泵進行驅(qū)動。

（7）燃氣煙氣聯(lián)合循環(huán)。燃氣輪機和煙氣輪機循環(huán)系統(tǒng)是比較常見的一種，在發(fā)展過程中對煙氣排放的改善有著重要意義。從某種意義上來講，該系統(tǒng)的組合方式也大大提高了內(nèi)循環(huán)的工作效率，但是由于煙氣輪機組造價比較昂貴，對此并沒有廣泛使用。

（8）燃氣熱泵聯(lián)合循環(huán)。由燃氣輪機和煙氣熱泵，燃氣輪機、煙氣輪機和煙氣熱泵，或燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽熱泵，以及燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機和蒸汽（煙氣）熱泵組成的能源利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)在燃氣輪機、煙氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機等設(shè)備完成能量利用循環(huán)后，進一步利用熱泵對煙氣、蒸汽、熱水和冷卻水中的余熱進行深度回收利用，或?qū)恿χ苯油苿訜岜?。這一工藝可用作熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)、熱冷聯(lián)產(chǎn)、電冷聯(lián)產(chǎn)、直接供熱或直接制冷使用，該系統(tǒng)熱效率極高，如果用于直接供熱，熱效率可達150%，是未來能源利用的主要趨勢之一。

4 燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢

（1）發(fā)電效率高。國際上對燃氣輪機的發(fā)展有著較高的要求，我國雖在一定程度上獲得了較好的成績，但與國際上燃氣輪機發(fā)電效率相比存在較大差距。所以在未來發(fā)展過程中，要對溫度加以控制，改善因溫度控制不足而影響到發(fā)電效率。

（2）環(huán)境污染小。隨著國家對環(huán)境保護的逐漸重視，未來對燃氣輪機發(fā)電機組所產(chǎn)生的污染排放等問題也將越來越標(biāo)準(zhǔn)化。將打造“清潔電廠”工程，將未完全燃燒殆盡的煤渣必須進行嚴(yán)格控制，且對燃燒過程中可能產(chǎn)生的環(huán)境污染通過注水的方式加以緩解，進而降低對環(huán)境污染的指標(biāo)。

（3）運行性能高。對于燃氣輪機的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電而言將是未來燃氣輪機發(fā)展的重點，一般情況下可以縮短燃氣輪機的作業(yè)時長，二十分鐘左右將可以正式啟動聯(lián)合循環(huán)裝置進行負荷作業(yè)，如若采取快速啟動將會大大縮短這個時間，且有效保障燃氣輪機的循環(huán)狀態(tài)，操作簡單。

（4）占地規(guī)模小。燃氣輪機占地面積從某種意義上來講是針對常規(guī)火力發(fā)電廠相比，因為燃氣輪機發(fā)電廠并不需要建設(shè)煤場、輸煤系統(tǒng)，這就很大程度上節(jié)約了空間，其自帶的除塵、脫硫系統(tǒng)可以起到對環(huán)境保護的效用。

5 結(jié)束語

從上面分析得知，我國燃氣輪機在發(fā)展過程中雖存在諸多困難，但在國家可持續(xù)戰(zhàn)略發(fā)展方針的指導(dǎo)下，未來大規(guī)模的燃氣輪機發(fā)電技術(shù)一定會成為可能。并相比核能發(fā)電而言，我國燃氣輪機的發(fā)展優(yōu)勢更加明顯，不僅會對能源和環(huán)境起到一定保護作用，甚至?xí)淖內(nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。對此，我國也將燃氣輪機的發(fā)展列入為國家重點發(fā)展的項目之一，這就需要相關(guān)人員在科研發(fā)展階段必須提高自身對燃氣機輪等裝置的認識，不斷借鑒國外先進的管理技術(shù)和創(chuàng)新科技，結(jié)合我國燃氣輪機發(fā)展現(xiàn)狀進行合理創(chuàng)新發(fā)展，相信未來我國燃氣輪機在國際上的地位將越來越重要。

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