燃气轮机发电技术应用综评

1、.中国电力 HYPERLINK chinapower/ chinapower：.；燃气轮机发电技术运用综评 摘要本文综评燃气轮机发电技术的高度开展程度，在电力构造中发扬补充作用，以及在目前运用中存在的主要缺乏和局限性，提出新世纪的开展之路 关键词开展燃气轮机发电电力构造补充局限性开展之路 半个多世纪前热力学科学结论燃气-蒸汽轮机结合循环发电有其突出优点。今天我们才真正看到这种发电技术已到成熟和被广泛运用，这阐明一种有出路的技术从实际到实际、成熟和广泛运用是阅历一条历史的长河。由此还可断定，燃气轮机发电技术还并不会到此为止，当今的燃气-蒸汽结合循环发电既有其宽广运用的前景,在开展中比起其他发电技

2、术也有着某些的缺乏或有局限性。这是我们今天评论这一技术领域总的观念。 1、燃气轮机发电技术已到达高度开展的时代 目前就世界范围而言，燃气轮机发电已是电力构造中的重要部分，在新增发电容量中更占主要份额。以1996年6月到1997年5月为例，世界燃气轮机订货数达892台，总功率28552MW，随后的几年订货台数大致坚持在这一程度，订货总功率数那么更有增长。1998年6月到1999年5月，世界燃气轮机订货量达875台，总功率翻了一番，到达64254MW，这是阐明大功率机组尤其快速增长，美国能源部能源信息中心DOEEIA统计，截止1998年1月1日，美国Uiiliiv燃气轮机及结合循环装机容量达793

3、55MW，占美国Utility总装机容量750920MW的10.5。 燃气轮机发电快速扩展运用就是取决于技术的高度开展，而其中心技术又是到达最高的能源利用效率，实现布雷顿Bragton循环和朗肯Ranking循环的结合，逐渐超越和扩展与常规火力发电技术差距，五十多年来具有代表性的技术进展有： 1透平前燃气的进口温度由早期的600700，到如今一普通程度都已超越1100，有些已投入商业运营的机组，燃气进日温度到达1288，高的甚至达1430。 2燃气轮机简单循环的热效率已由早期的1625，现已提高到36以上，高的达3839.5。 3燃气轮机高温部件涡轮喷咀，动叶的资料，由最早的GJ450、U50

4、0、In738等普通合金资料，开展到合金金相构造控制的资料，出现了同向结晶或定向结晶的GTDII1，DS GTD111，最新资料已运用单晶工艺。金属资料的提高还表如今涂层的运用上。涂层减轻了腐蚀和氧化，运用寿命增长了1020倍，早期有铂铝Pt Al涂层，后来又开展等离子维护GT-29和CT-29IN-PLUS TM等。先进资料和涂层的运用使透平前燃气进口温度提高150200左右。 4在改良高温部件资料的同时又不断改良冷却技术。早期喷咀和动叶采用对流，冲击等空气冷却，现已广泛采用气膜冷却、发散冷却。最新蒸汽闭式循环冷却技术可使透平前燃气进口温度再提高500800。 5燃气轮机简单循环单机功率由早

5、期的几千千瓦开展到100 MW以上等级的大机组，近年来250300 MW的机组也已投入商业运营。 6燃气轮机发电已广泛实现能量的综合利用，循环方式多样化，特别是燃气一蒸汽结合循环发电技术更为完善，安装净效率已提高到58-60，出现了燃气、蒸汽集于一体的单轴机组。 2、可继续开展最有希望的发电技术 二次大战后世界经济的开展使人们逐渐预感到赖以生存的地球资源、能源有限和生态环境被加剧破坏，对人类构生长久要挟，可继续开展战略是人类智慧的结晶。电力是现代文明的意味，但是发电能源的耗费和对环境的污染又成为可继续开展的难题。 现今常规燃煤火力蒸汽发电仍占主要位置，燃气-蒸汽结合循环发电因在一些方面有其优点

6、，已起到电力构造中的补充作用，并在某些领域内可替代常规火力发电，这类电力耗费的能源离不开煤炭、油、气等化石能源。大量的能源耗费占全球一次能源耗费的35。据估计全世界可采煤炭资源尚可再用200年，天然气可用100年，石油只够用40年。处理能源的资源枯竭已到刻不容缓的地步。化石能源的超度利用还带来严重的环境污染，其中最主要的一项为哪一项CO2、SO2、NOx等温室气体排放带来的危害，因此归结在人们面前的两大课题是能源有效利用和减少环境污染。 虽然蒸汽轮机发电以超临界或超超临界提高蒸汽初参数来提高热效率，但是毕竟不及燃气轮机采用燃气的布雷顿循环更有效，且随着蒸汽参数的提高，技术上的困难性以及造价和可

7、靠性都受限制；此外，燃气轮机发电技术在对有害气体排放污染上的有效控制同样优于常规火力发电。表1列举常规火力发电和燃气一蒸气轮机结合循环发电效率的实例比较。 除火力发电外，人们还在努力开发水电、核电，积极研讨燃料电池，太阳能发电或其他新能源。但各种能源利用中，多以电能为终端能源。在能量转换为电能时又以空气或水作为介体。例如核电实现TD循环一个燃气轮机结合循环发电。一个蒸汽混合器及一个核反响堆组成的核电站，高温燃料电池MCFC或SOFC与GT的混合系统。燃气-蒸汽轮机结合循环的介人使这些发电新技术的热效率大大提高，可以看到燃气轮机还有希望成为下一代发电新技术的支持。 3、燃气一蒸汽结合循环在现阶段

8、还只能是电力构造中的一种补充 先进性和适用性是两个概念。长期开展趋向和今天广泛运用也不能相提并论。燃气轮机发电技术开展至今仍有其缺乏之处，在相当长的一个时期内，燃气一蒸汽结合循环仍只能是电力构造中的一种补充，可谓用其所长，补其缺乏。 31更广泛运用燃气一蒸汽轮机结合循环必需处理燃料局限性问题 可利用能源中煤炭资源丰富，假设有最高的利用效率，必然是利用本钱低廉，成为运用普遍的能源。燃气轮机发电在直接利用煤炭为燃料方面虽作了很大努力，但至今对于煤的处置过程，或燃气轮机直接运用仍没有一种效率很高，本钱最低的技术。燃煤的燃气轮机发电的综合能耗或综合本钱与常规燃煤火力发电相比还没能突现优点。 32假设将

9、燃气一蒸汽轮机结合循环发电作为承当根本负荷延续运转机组，更广泛的运用还须进一步促使一系列新技术的成熟，保证设备的可靠性。 20世纪90年代以来国际上出现一批大功率燃气轮机，简单循环功率120180MW以上，一拖一或二拖一的结合循环效率已达55以上，这种机组一定程度上正在逐渐替代常规蒸汽轮机火力发电。有代表性的机型己投运的台数上百套，首台机组最长运转纪录约23万小时见表2。这些机组采用了最新的高温热部件资料和新型的冷却技术，有的采用分段熄灭，系统大大优化，构造也更趋复杂。与目前普遍运用的常规燃煤蒸汽轮机发电相比，这种新型燃机发电技术的成熟性、可靠性需求有更多数量和更长运转时数的考验。 33关于充

10、分发扬燃气一蒸汽轮机结合循环在电力构造中的作用问题 虽然现阶段燃气一蒸汽轮机结合循环只能是电力构造中的一种补充，但是它又越来越显得其可发扬重要作用。 1高效大功率的燃气一蒸汽轮机结合循环机组的出现，己可直接替代常规燃煤蒸汽轮机发电机组，因此燃气轮机市场大功率机组占主要份额，据1997年6月至1999年5月世界燃气轮机销售统计，120-180 MW以上功率等级的机组约占全部销售机组总数的70。可见燃气轮机发电主要还是用大机组，在电力构造中直接替代常规燃煤机组发扬作用。 2由于燃气轮机排放污染小的优点，在经济兴隆地域或人口密集地等特定地域不宜再装燃煤机组，而主要以燃气轮机发电。世界上许多著名大城市

11、作出不再装燃煤机组的决议，由燃气轮机发电替代。 3由于燃气轮机起动快，快速反响性能好，在电网中发扬调峰、调理或应急备用的作用； 4燃气轮机占地面积小，耗水少或不耗水，是海上平台或沙漠地域的发电动力，此外油气田直接运用油、气为燃料，当然运用燃气轮机发电。 工业兴隆国家从环境维护和引进外来资源出发运用燃气轮机，燃料价钱的差额由国家制定政策补偿，例如定名“清洁电力来区别普通电力，或者采用峰谷制电价等。国家以电力价钱政策作为一种行政手段积极推进电力构造的合理配置。 4、新世纪燃气轮机发电技术开展之路 到21世纪的今天，燃气轮机发电技术开展的目的依然是高效，干净及便于运用等方面，但是技术道路该有一种革命

12、性的变化。对此加以研讨也许能使我国作为新兴的开展中国家缩短开展历程，加快跨人世界先进展列。 41必需更加注重能源的优化和综合利用技术 一些兴隆国家在燃气轮机开展道路上做过了大量的任务，自压气机、透平、叶型、熄灭、资料、涂层、热部件的冷却，以及机械构造、制造工艺和控制技术等等，都是经过反覆实验研讨，逐渐获得进展的。 例如美国GE公司40年代在航空喷气发动机上按气动实际设计制造第一台压气机，以后的机组在叶型设计上不断实验研讨改良，在新型机组上加级添加压比，建立大型的压气机实验台，叶型从亚音速研讨到跨音速，超音速，到今天代表最新技术的是采用可控扩压叶型全三维设计。但是从20世纪七八十年代开场涡轮压气

13、机的模化设计技术可以说是最关键的技术，由此开场新研讨。设计一台新机组就不用从原始的叶型实际计算、实验开场了，完全可以由现有性能优良机组的程度上模化放大改良了，美国GE公司因此派生出大批机种型号。 又如叶片的资料是燃气轮机提高燃气初温暖提高机组热效率的首项技术。各燃气轮机开发公司对高温部件资料从母合金研讨开场，开展钴基，镍基，以后研讨同向结晶、定向结晶，最新技术采用单晶资料，选定一种新资料往往经过几十种资料的优化挑选，要做金相、蠕变、拉伸、冲击、冷热疲劳等各种实验研讨，化费几十年的时间。美国GE依托叶片资料的改良来提高燃气初温几乎已走到尽头。从GE公布的资料性能曲线，见图1目前采用的DSGTD-

14、111定向结晶和SCALLOYS单晶合金能使燃气初温的提高已是很有限的，GE在H级机组上采用1430的初温是采用蒸汽闭式冷却后得到的，这一技术使燃气初温提高了500800。而蒸汽闭式冷却是利用蒸汽和能源回收的一项能源综合利用技术。 值得留意的是采用能源优化和综合利用是提高燃气轮机发电热效率的有效技术，ABB的GT24和GT26虽然机型不尽成熟，但采用两段分部熄灭可看作是一种革命性的突破。它能在采用不是最高的燃气初温的条件下实现高效率和高性能。例如： 1初温1260比GE9351FA低67，简单循环效率达39.3GE9351FA高1.7； 2由于两次熄灭，压气机采用30：1的高压比航空型压气机后

15、，排气温度仍能到达640T比GE9351FA高48，结合循环效率可达58.96比GE9351FA约高1.49； 3采用三级可调导叶，使压气机流量调理范围到达60，因此结合循环机组在50部分负荷运转时，相对热耗比常规机组低15； 4由于两次熄灭环保型熄灭室的采用，EV一次熄灭室火焰温度较低，NOx也较低，SEV两次熄灭室出口的NOx比其在进口更低。 可以以为新世纪燃气-蒸汽轮机结合循环发电高效，干净，新的道路是能源的优化和综合利用。前段时间在我国一些电厂利用余热锅炉低档次余热来制冷作为压气机的前置冷却，以后也许会有人实现压气机的中间冷却。其他还有双压，三压锅炉和蒸汽的再热等。这种技术的效果来得容

16、易，凭我国现有根底都有才干实现。 42必需更加注重开展燃煤结合循环发电技术 世界各国对燃煤燃气。蒸汽轮机结合循环发电技术的开发已不仅是方向性的问题，而且有现实意义了，国外先进技术将1GCC和PFBC燃煤结合循环发电技术已开展到一定的程度，综合热效率和对环境排放污染控制的程度都已优于常规燃煤蒸汽轮机火力发电 燃煤结合循环发电技术尚未被广泛运用的主要缘由为： 1担忧设备造价太高，影响未来电厂的综合本钱； 2煤气化高温脱硫、液态排渣和除尘等有一系列新技术没有长期成熟的运转阅历，担忧电厂可靠性和运转本钱高。 可以说一切新事物必定要有一批敢于献身的人走在前面，只需经过反复实际才干获得成熟阅历，在初始阶段

17、造价能够高一些，随着运用的扩展、改良、批量添加，造价必然会下降。在这进程中国家要有鼓励和支持的政策措施。 燃煤结合循环发电技术已到临近工业运用的时期，我国作为煤炭储量丰富的大国应该在此项技术上为人类作出一定奉献。我国已将1GCC开发列入国家“九五方案，现正在开场示范电厂的实施，希望加速第一个示范电厂的建立，不久能见到第二，第三电厂的出现，另外我国现有一批燃煤或燃油的老电厂正面临淘汰或改造，假设用煤气化来实现老厂的改造，冒的风险更少一些，可以处理提高热效率或改用低廉的煤炭为燃料，又处理环保问题。期望也能选点建成一些示范电厂，这将能带动全国改造一大批电厂，使我国电力技术程度大大提高一步。 43留意微型燃气轮机发电技术开展动态，着手研讨分布式热冷电联供燃气轮机。 从事物的两重性未分析，大机组和大电网的高度开展必然带到另一端，即出现小机组和分布式电源的开展，到20世纪末，人们发现分布式发电对某些场所，时间和环境确实是一种可靠和有效的方式，加上各种新技术的运用，热，冷。电联供的微型燃气轮机发电技术通畅在加速开展起来了。 据了解美国Capstene公司至2000年11月已推出第1000台微型燃气轮机安装。微型