浅析燃气轮机的发电技术及其发展

摘 要：随着全球范围内的能源与动力需求以及环境保护等要求的变化，燃气轮机受到了电力、动力等有关部门的高度重视，本文通过对燃气轮机概念及工作原理的介绍，结合燃气轮机在发电方面的应用，分析了其热能动力特性，并简要介绍了其未来的发展趋势。

关键词：燃气轮机；发电技术；发展；

中途分类号：TM314 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01

一、引言

近年来，随着全球范围内的能源与动力需求以及环境保护等要求的变化，燃气轮机得到了电力、动力等有关部门的高度重视，美、欧、日等国先后制定了先进燃气轮机技术研究发展计划，以极大的热情推动着燃气轮机的发展。

先进燃气轮机技术具有高效率、低排放、低噪音等一系列先进技术特点，是提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。除了发电领域以外，燃气轮机在航空、航海、陆用动力方面也发挥着重要作用，俄罗斯和美国的主战坦克也都采用了燃气轮机作为动力，因此，发展先进燃气轮机技术对国防建设也是非常重要的。事实上，燃气轮机作为一种涉及航空、航海、陆用等国家安全的热力发动机，历来受到美国、前苏联两个军事大国以及西欧、日本等高度工业化国家的关注。

二、燃气轮机概述

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。在空气和燃气的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃气透平（Turbine）这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案。因为它的结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、起动快、重量轻、少用或不用冷却水等一系列优点。

燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

三、燃气轮机发电技术

燃气轮机用于发电的主要形式有简单循环、前置循环热电联产或发电、联合循环发电或热电联产、整体化循环、燃机辅助循环、核燃联合循环、燃气烟气联合循环、燃气热泵联合循环、燃料电池----燃气轮机联合循环等。

过去几十年燃气轮机技术取得了引人注目的进展，燃气轮机的性能不断地得到改进。一方面通过先进航空技术的移植、不懈地完善燃气轮机零部件设计来改善简单循环燃气轮机的性能，另一方面在燃气轮机热力循环方面进行开发研究，其中最重要的一个方向是利用燃气轮机排气的余热、回收其部分能量产生蒸汽或回注入燃气轮机，即构成双工质平行复合循环燃气轮机，或供给汽轮机，即构成燃蒸联合循环动力装置。另一个开发方向是减少压缩功利用排气余热的中间冷却回热式燃气轮机。

我国能源结构以煤为主，对环境的压力非常大。整体煤气化联合循环（IGCC）已被普遍认为是本世纪中国建设大规模以煤为主的高效洁净能源动力系统的重要技术选择方向之一，目前在国际上已有多座IGCC示范电站运行，在我国也已进入实质性开发阶段。IGCC具有发电效率高、排放低的优点。IGCC进一步的技术发展是在燃烧前分离二氧化碳并加以捕集，然后以转化的高含氢气体作为燃气轮机的燃料供给联合循环发电。在二氧化碳减排成为必须时，IGCC 的优势将进一步凸显，对先进的中低热值燃料重型燃气轮机的需求将急剧增加。

大力发展以燃气轮机为核心的 NGCC 和 IGCC，对于提高能源的利用率，降低污染排放具有重要的意义。另外，燃气轮机所具有的快速升降负荷和快速启停的能力，可以补偿风力发电和太阳能发电的发电波动对电网的影响，提高可再生能源的利用率。由此可见，重型燃气轮机对于调整能源结构，实现能源高效洁净生产，优化发电模式，构建智能电网具有无可替代的作用。

四、发展前景

20世纪80年代末以来，重型燃气轮机普遍采用了航空发动机的先进技术，陆续发展了一批高性能的燃气轮机。由于军事上的需求和驱动，先进国家在航空发动机的研究与发展上投入十分巨大，技术处于领先水平；几个制造燃气轮机的大公司，如GE、阿尔斯通（原ABB）和西门子公司等，都先后和著名的航空发动机公司结成“联盟”，把最新的航空发动机成果应用到地面燃气轮机。GE公司本身就拥有研制先进军用航空发动机的航空发动机工程部，生产燃气轮机的动力系统部与航空发动机工程部的合作，使GE公司无论是航空发动机还是燃气轮机都处于世界领先地位，并占有较大的份额；西门子公司和普惠（PW）公司合作，阿尔斯通公司与英国RollsRoyce公司合作，使各自的产品取得长足的进步。

国外新一代重型燃气轮机中，无一例外地都大量移植了航空发动机的最新技术，在气动设计、传热、燃烧、材料、隔热涂层和维护等方面，或者是采用航空技术进行设计，和航空部门紧密结合，是世界上先进燃气轮机发展的必然趋势。

五、结束语

在新时期，燃气轮机作为一种高效、节能、低污染的发动机将在动力工程中得到日益广泛的应用，燃机联合循环作为提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式也将得到广泛应用。燃气轮机在促进我国电力、动力等国民经济领域发展和国家安全等方面具有重要作用和战略意义，特别是随着西部大开发“西气东输”工程的实施以及能源供应多样化的发展趋势，国内对燃气轮机的需求越来越大，所以，要高度重视先进燃气轮机（包括微型、小型燃气轮机）的应用和发展。

参考文献：

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