重型燃气轮机现状与发展趋势

摘 要：本文针对重型燃气轮机发展现状进行剖析，结合重型燃气轮机总能系统、压气机技术、燃烧技术、透平冷却技术等关键技术，研究重型燃气轮机核心技术，目的在于提升重型燃气轮机的工作效率、实现低排放，通过余热锅炉和汽轮机的利用、电气自动系统、辅助设备的稳定保证，提升效率、保护环境是未来发展趋势，推动行业经济的稳定发展。

关键词：重型燃气轮机；总能系统；压气机技术

重型燃气轮机是以非常高速度旋转的叶轮机械装置，在具体工作中，该装置主要经过压缩空气和加热燃料、气体膨胀、热量释放四个过程。而具体操作过程中，该装置主要由燃气轮机的压气机、燃烧室、透平、排气扩散段等装置组成，增加余热锅炉、汽轮机是利用燃气轮机高温排气的延续。随着可持续发展理念的提出，人们对资源利用率有了新的要求，通过提升重型燃气轮机的工作效率，对促进行业经济良性发展有着非常积极的意义。

1重型燃气轮机发展现状

重型燃气轮机的研发时间相对较早，在上世纪中叶，重型燃气轮机正式服务于电力行业。但是在最初的应用阶段，因为重型燃气轮机的容量较小，工作效率低下，所以该设备在最初的应用阶段只用作紧急电源来使用。但是自从电网事故发生过后，人们开始认识到重型燃气轮机的重要性，开始在正常运作系统中添加重型燃气轮机设备，并且与其相关的设备也开始逐渐完善，尤其是进入上世纪八十年代，技术进入新的研发阶段，重型燃气轮机迎来了新的发展机遇，工作效率和设备容量得到了显著提升。相比于国际发展而言，我国重型燃气轮机起步时间相对来说较晚一些，从上世纪中叶一直到七十年代，我国先后成立了多家汽轮机厂，并且成功研发符合我国国情发展需求的重型燃气轮机，但是与国际发展水平来讲还是有一定差距。并且在国家资源政策调整的背景下，整体市场进入了短暂的储备期，很多厂家纷纷停业，调整整体的生产结构，一定程度上限制了重型燃气轮机的发展。但是后续人们重新认识到重型燃气轮机使用的重要性，开始重新调整生产技术结构，为重型燃气轮机发展奠定了良好的基础[1]。

2重型燃气轮机关键技术分析

2.1总能系统

现阶段国际上正在致力于研究以重型燃气轮机为核心的总能系统。总能系统是以重型燃气轮机运行为基础，实现各环节精准控制的运行系统。根据其应用功能性，总能系统可以分为湿空气透平循环系统、磁流体发电联合循环系统、化学排热回收燃气轮机系统等。湿空气透平循环系统是对工作环境的湿度进行控制的系统，通过合理调配空气湿度，能够有效防止系统由于静电干扰引发安全隐患。磁流体发电联合循环系统是进行磁流体情况调整的系统，能够有效降低电气系统运行过程中产生的电磁干扰。化学排热回收燃气轮机系统是用于能量重复利用的系统，该系统能够有效提升资源的利用效率。在未来发展过程中，此类系统都拥有非常良好的产业发展前景[2]。

2.2压气机技术

压气机技术是对空气进行压缩升温及空气合理分配的技术。因为在燃料燃烧过程中，需要送入适量的空气，尤其是在高密度工作条件下，压气机的供气能力直接影响燃烧室的燃烧情况。在具体应用过程中，技术人员需要重点关注高性能压气机的研发工作，完成基础测试之后，可以借助相关模拟设备对该装置运行情况进行模拟运行，根据模拟运行的结果进行装置调试，如借助先进的可控扩压的亚音速及跨音速设计方法对其进行设计调试，进而提升系统整体运行的稳定性[3]。

2.3透平冷却技术

透平冷却技术是提升重型燃气轮机初始温度的重要技术支撑。因为在实际运行过程中，提高透平进口温度是提高燃气轮机性能的有效措施，但这在很大程度上却要受到透平部件（特别是叶片）结构强度的限制，若不能对其进行有效控制，不仅会降低资源利用效率，而且因为温度不可控，还会危害透平部件的寿命，增加安全隐患发生概率。因此，冷却技术的应用能够有效避免这一情况的发生，在提升装置冷却的同时，还能维持工作状态下的初始温度，保证透平安全稳定。

2.4燃烧技术

为满足日益严格的环保要求，世界各大重型燃气轮机制造商都发展了各自的控制污染排放的技术。对于低污染燃烧室的基本要求是：燃料的适应性好、燃烧稳定性好、满足环保要求。适应性是指燃料可以满足大部分工作条件，可塑性较强。稳定性是燃料选择的基本要求，由最早时期的扩散燃烧模式，经过DLN1.0燃烧模式，慢慢发展到今天的DLN2.6燃烧模式，以及西門子的环形燃烧模式，目前DLN2.6和环形燃烧是最高级别的燃烧模式。

3重型燃气轮机发展趋势

3.1燃气轮机

常规的燃气轮机以天然气和轻质液体燃料为燃料。由于资源和经济上的各种原因，某些用户要求重型燃气轮机燃用渣油、原油或低热值煤气，在整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）电站中的燃气轮机需燃烧由煤气化净化后获得的中、低热值合成煤气。为了满足市场的上述要求，各大公司均相继进行了重型燃气轮机燃烧渣油或重油时的技术研究工作，包括燃烧室的改型设计，燃气透平叶片材料的处理，燃料及燃料控制系统、有关辅助系统设计及运行规则的制订等工作。

3.2余热锅炉和汽轮机

余热锅炉和汽轮机在重型燃气轮机运作系统中扮演着非常重要的角色。根据能量守恒定律可得，燃气轮机工作过程中产生的热量也能够进行利用。余热锅炉就是在实际应用过程中，对剩余热量进行利用的设备装置，在未来发展过程中，余热锅炉的研发方向就是能量转换效率，可以在余热锅炉中添加辅助燃烧装置，可以对余热锅炉增加蒸汽流量和提高温度，将应用效率提升15%到20%。汽轮机是进行蒸汽能量转换的装置，在未来发展过程中，技术人员需要着手减少冷源损失的技术研究，进而提升汽轮机的效率。

3.3电气自动化系统

电气系统在重型燃气轮机系统中属于非常基础的应用结构。但是也是保持重型燃气轮机正常工作的重要保障。目前随着机械化模式的逐步推广，电气系统也开始转向自动化发展模式。自动化发展模式最大的应用优势就是可以减少人为操作失误，提升系统运行的稳定性。结合现阶段技术发展趋势来看，未来电气系统会沿着智能化方向发展，相比于自动化应用模式，智能化运行模式是在原模式基础上增加了智能调配。通过相关程序语言，能够对目前操作状态进行精确控制，进而提升整体系统的运行效率。

3.4环保系统

在系统运行过程中，进行物质燃烧，势必产生排放，虽然天然气是洁净的能源，但是并不是不会生成影响环境的污染物（主要成分CO、NOX、粉尘），这些污染物会影响环境，不利于未来经济发展。在未来发展过程中，环保系统的首要任务就是保证污染物的排放，提升系统的燃烧性能，提高运行品质；有时候如果操作不当将会引起较大的环境污染，威胁生产的安全性。因此未来发展中，节能环保性是需要重点考量的因素，在确保系统节能环保性的基础上，再提升整体环保系统的其他功能性特征。

3.5辅助设备

辅助设备是提升重型燃气轮机运行稳定性的相关设施。在未来发展过程中，辅助设备的发展方向就是精细化和功能化。精细化是根据重型燃气轮组的发展特点，设计针对性较高的辅助设备，该类设备能够有效提升各个环节进行的可靠性，确保机组运行的安全性。功能化是在资源结构调整背景下，辅助设备需要具备更多的功能化运行特征，使其可以更好地契合发展模式，提升整体系统发展的可靠性。

结束语

综上所述，相较于其他发达国家，我国重型燃气轮机还有很大的发展空间，为了快速追赶上其他先进国家，帮助我国在国际市场中抢占有利位置，我们需要认清目前我国和其他国家的真实差距。针对目前发展中遇到的问题制定针对性解决建议，对加快我国行业技术发展速度，促进行业经济稳定发展有着非常重要的意义。

参考文献

[1] 高振桓，杨照宏.重型燃气轮机热端部件材料发展现状及趋势[J].航空动力，2019（02）：70-73.

[2] 刘帅，刘玉春.重型燃气轮机发展现状及展望[J].电站系统工程，2018，34（05）：61-63.

[3] 刘毅敏.浅谈重型燃气轮机现状与发展展望[J].中国设备工程，2018（10）：155-156.

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