燃气轮机发电技术分析

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：随着国民经济的不断深化改革，对其生态环境建设也越来越重视。尤其是在能源逐渐紧张的状态下，如何更好地积极推进国家关于低碳环保概念的落地执行，是各行业面临的重要问题之一。对于燃气行业而言也不例外，从某种意义上来讲国家各项基础设施建设都离不开电力行业的大力支持，燃气作为电力行业的重要核心在其发展过程中对电力行业的顺利发展有着重要意义。相比较而言，燃气与常规的用电情况存在着较大差异，我国在燃气轮机方面的发展建设起步较晚，并没有对其进行很好地推广和大规模的使用。但是在未来建设发展过程中，燃气轮机的发展将是不可替代的，对此文章针对现阶段我国燃气轮机发展过程中所存在的一系列问题进行阐述，希望通过文章的论述可以为相关人员提供一定参考意见。
　　关键词：燃气轮机;发电技术;发电现况;展望
　　中图分类号：TM611.31      文献标志码：A 文章编号：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
　　对于人类社会发展而言，每一次创新与改革都标志着人类进入新纪元的一次成长。18世纪末蒸汽机才开始出现，这在一定程度上推动了人类历史的一次跨越。随后石油资源出现及利用，更是在能源使用上进入了全新的现代生产活动阶段，在开发利用的同时推动了内燃机、燃气轮机的快速发展，并对现代交通和电气化的发展有着重要意义。从燃气轮机整体装置发展阶段来讲，它的结构建设并不同一般的汽轮机，或是蒸汽轮机。主要是由以下三部分组成：一是燃机轮机;二是压气机;三是燃烧室。所以在燃气轮机使用过程中，要能够清晰了解三大结构的使用原理及其彼此之间的关系，方能充分发挥燃气轮机的效用。
　　1 我国燃气轮机发电技术的發展
　　我国燃气轮机发电技术相对起步较晚，针对不同时期都有突破性的发展建设，下面以时间为主线进行重点分析：
　　（1）萌芽阶段。我国将燃气轮机引入是在20世纪50年
　　代，从瑞士引进作为大庆原油的燃料。直到1960年以后，我国才开始正式建立燃气轮发电机，同年在上海、南京等地相继建立了燃气轮机开发研究基地，虽然一定程度上我国燃气轮机的发展与国外先进国家相比存在着较大差距，但是建立之初基本可以满足基础功能的使用需求。60年代后，由于受到多种因素影响，对其研发逐渐处于停滞状态。直到70年代，全国仅有南京一家生产制造商在进行燃气轮机的生产。
　　（2）技术引进阶段。在20世纪80年代中叶，我国再次将燃气轮机的生产提上日程。并在荷兰引进了专业型号的燃气轮机机组和配套的相关设备和西门子汽轮机一台。自此我国第一套较为完整的燃气轮机装置被广泛推广使用，且达到了较好效果。在全国范围内也引起了对燃气轮机的生产化浪潮，这对于我国燃气轮机发展而言是历史上的转折点，在经历了数十载的停止生产后，再次推上日程。 　　（3）全面发展阶段。值得骄傲的是，随着我国大力加强天然气的开发与利用，尤其是重点工程项目如西气东输工程、近海天然气开发工程的启动等项目，都说明我国在提供天然气使用过程中时，对燃气轮机的发展也越来越重视。特别是在“十五”期间，我国相继引进了54套国际上较为先进的燃气轮机组，并在建设完成后，整个燃气机组的容量超过了20000 MW。以中国航空航天为例，其集团下属的相关单位在燃气轮机发电技术方面所获得的可喜成绩，以及市场的广泛使用更是标志了我国燃气轮机发电机组跨越式的发展。但需要面对的是，我国燃气机组由于起步晚，在一些自主研发、知识产权等方面的问题尤其是在重型燃气轮机方面存在一定缺陷。所以，未来我国燃气轮机发电还有待于进一步提升和发展。
　　 2 燃气轮机装置的工作过程
　　燃气轮机装置从专业角度来讲是连续流动性作业为主，通过化学方式将其转子机械能进行转化，然后通过动力燃气的方式进行的一种旋转式热力发动。一般情况下是由压力机、燃烧室、透平等三大部件和其他辅助设备组成。压力机在作业时会受到外界大气环境的影响，逐一进行压缩。工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热四个工作过程完成一个热力循环，进行能量转换。通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平来带动的，它是透平的负载，在简单循环中，透平的机械能有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械能用来驱动发电机。
　　3 燃气轮机用于发电的主要形式
　　（1）简单循环。简单循环模式也可以称之为开放式循环模式，是由燃气轮机和发电机独立系统构成的。其优势在于可以进行快速的整机安装和使用，特别是在电网高峰期和交通、工业动力系统方面有着重要意义。
　　（2）前置循环热电联产或发电。由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的高温烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过 90%。
　　（3）联合循环发电或热电联产。燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽汽式或背压式）共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于供热。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。
　　（4）整体化循环。由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循环系统，也称为IGCC。主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用气体、液体燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放。可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化工原料综合供应系统。
　　（5）核燃联合循环。目前这种循环装置正处于尝试阶段，并没有正式在推广使用。主要是由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成。通过燃气轮机排出的烟气通过热核反应输出蒸汽，主要为提高核反应堆蒸汽的温度、压力，提高蒸汽轮机效率，降低蒸汽轮机部分的工程造价。
　　（6）燃机辅助循环。燃机辅助循环系统多数被应用于小型燃气轮机作业中，辅助其完成锅炉预热、鼓风、燃烧等环节存在的不足，进而提升效率，在进行动力循环的过程中可以直接用水泵进行驱动。
　　（7）燃气烟气联合循环。燃气轮机和烟气轮机循环系统是比较常见的一种，在发展过程中对烟气排放的改善有着重要意义。从某种意义上来讲，该系统的组合方式也大大提高了内循环的工作效率，但是由于烟气轮机组造价比较昂贵，对此并没有广泛使用。
　　（8）燃气热泵联合循环。由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或燃气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵，以及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和蒸汽（烟气）热泵组成的能源利用系统。该系统在燃气轮机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备完成能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽、热水和冷却水中的余热进行深度回收利用，或将动力直接推动热泵。这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、直接供热或直接制冷使用，该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达150%，是未来能源利用的主要趋势之一。
　　4 燃气轮机发电技术的优势
　　（1）发电效率高。国际上对燃气轮机的发展有着较高的要求，我国虽在一定程度上获得了较好的成绩，但与国际上燃气轮机发电效率相比存在较大差距。所以在未来发展过程中，要对温度加以控制，改善因温度控制不足而影响到发电效率。
　　（2）环境污染小。随着国家对环境保护的逐渐重视，未来对燃气轮机发电机组所产生的污染排放等问题也将越来越标准化。将打造“清洁电厂”工程，将未完全燃烧殆尽的煤渣必须进行严格控制，且对燃烧过程中可能产生的环境污染通过注水的方式加以缓解，进而降低对环境污染的指标。
　　（3）运行性能高。对于燃气轮机的联合循环发电而言将是未来燃气轮机发展的重点，一般情况下可以缩短燃气轮机的作业时长，二十分钟左右将可以正式启动联合循环装置进行负荷作业，如若采取快速启动将会大大缩短这个时间，且有效保障燃气轮机的循环状态，操作简单。
　　（4）占地规模小。燃气轮机占地面积从某种意义上来讲是针对常规火力发电厂相比，因为燃气轮机发电厂并不需要建设煤场、输煤系统，这就很大程度上节约了空间，其自带的除尘、脱硫系统可以起到对环境保护的效用。
　　5 结束语
　　从上面分析得知，我国燃气轮机在发展过程中虽存在诸多困难，但在国家可持续战略发展方针的指导下，未来大规模的燃气轮机发电技术一定会成为可能。并相比核能发电而言，我国燃气轮机的发展优势更加明顯，不仅会对能源和环境起到一定保护作用，甚至会改变人们的生产生活方式。对此，我国也将燃气轮机的发展列入为国家重点发展的项目之一，这就需要相关人员在科研发展阶段必须提高自身对燃气机轮等装置的认识，不断借鉴国外先进的管理技术和创新科技，结合我国燃气轮机发展现状进行合理创新发展，相信未来我国燃气轮机在国际上的地位将越来越重要。
　　参考文献：
　　[1]姚秀平.燃气轮机与联合循环[M].北京：中国电力出版社，2010，5.
　　[2]杨顺虎.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003，10.
　　[3]王如房.浅谈燃气轮机发电机组的现状及发展趋势[J].能源与节能，2013（10）：83-83.
　　[4]赵奎.燃气蒸汽联合循环发电机组应用研究[J].能源与节能，2012（10）.
　　[5]糜洪元.国内外燃气轮机发电技术的发展现况与展望[J].电力设备，2006，7（10）：8-10.
　　[6]刘平.我国燃气轮机发电技术的发展现况与展望[J].大科技，2013（13）：68-69.
　　[7]马建军.燃气轮机发电技术在城市中的应用[J].科技尚品，2015（11）：51-52.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15025295.htm