燃气轮机技术的发展与应用

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1、燃气轮机技术的发展与应用张文普，丰镇平（西安交通大学叶轮机械研究所，陕西西安710049）摘要:结合国外燃气轮机的研发及应用悄况，综述了先进燃气轮机及其联合循环的技术进展，探讨了燃气轮机在我国的应用前景，特别是在即将到来的西部大开发中的应用,提出了我国发展燃气轮机工业的对策及相应的西部能源开发政策的建议。尖键词:燃气轮机;动力装置;联合循环发电；IGCC;燃料电池西部大开发中图分类号:TK47文献标识码:B文章编号:1009-2889（2002）03・0017・060前言近年來，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、岗力等有矢部门的高度重视，

2、美、欧、日等国先后制症了先进燃气轮机技术研究发展计划，以极大的热慣推动着燃气轮机的发展。先进燃气轮机技术具有高效率、低噪音、低排放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I。鉴于我国西部目前的电力发展状况及其自然环境和燃气轮机的技术牠点,燃气轮机将在西部开发中得到广泛的重视与应用。除了发电领域以外，燃气轮机在航空、航海、陆托动力方面也发挥着重要作用，俄罗斯和美国的主总坦克也都采用了燃气轮机作为动力，因此，发展先迪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、前苏联两个军事大匡以及

3、西欧、日本等高度工业化国家的尖注。本文结合国内外燃气轮机技术的研发及应用價况，综述了先进燃气轮机技术的进展，论述了燃气轻机在我国西部开发中的应用前景，探讨了我国发展燃气轮机技术的对策，并对西部开发中能源建设捉出建议。1燃气轮机的发展概况燃气轮机自20世纪40年代问世以来，作为高效、节能、低污染的新型动力装置，经过战争需要的刺激和大批专家的努力，这一技术得到了高度发展并广泛应用于能源、电力、航空、航天、舰船、车辆、军事等领域。六十多年来，燃气轮机的发展取得了引人注目的进步，燃机的性能不断提高，发电用燃气轮机技术的发展可以简单归纳以下几个方面2:（1）单机性能的提高。由于高温材料和冷

4、却技术的不断发展，透平前燃气的进口温度不断提高，从而使单机效率明显提高，初期燃气进□温度为600〜700。°目前相应提高到了1100°C级、1288°C级、1430°C级甚至1700°C（日本WEXET燃氢透平研发目标）水平;从而使简单循环的热效率已由初期的不足20%相应提高到现衽的36%〜40%,甚至超过50%（燃氢透平）；单机功率由初期的几千千瓦发展到10CMW以上等级的大机组，近年来250〜30CMW的机组已投入商用。（2）热力循环的发展。发展了利用燃机排气余热的燃气2蒸汽联合循环技术及其动力装置,一些缎置的热效率已达到50%〜60%;发展了燃煤的燃枷联合循环技术，如IGC

5、C（整体气化联合循环）和PF2BCXC（增压流化床燃烧2联合循环）技术,现在,PF2BCXC系统的效率已接近45%,IGCC的效率达到42%〜45%。（3）微型燃机的发展。近年微型、小型燃气轮机也得到迅速发展,如Capstone公司'Bowman公司推出的微型燃机和Solar公司发展的小型燃机。随着燃气轮机技术的不断成熟,燃气轮机在世界电力生产中的作用越来越重要。据统计，1998年欧洲21个国家的新增电力设备容量中的81%是燃气轮机及其联合循环。另据美国能源部能源信息局(DOEEA)预测,1998年-2007年十年内计划新装机组52044V1W,其中燃煤机组255SMW(419%

6、),燃油机组1444MW(218%),燃气机组46181MW(8817%),燃油及燃气机组大部分是燃气轮机及联合循环机组。随着高温燃料电池等新一代发电技术的发展，以燃气轮机为主体的发电技术及设备将成为21世纪世界各国电力生产的主流。2先进燃气轮机技术的发展趋势21世纪的人类面临着能源与环境的双重压力。在能源方面，化石燃料属不可再生资源，将逐渐耗尽；在环境方面，酸雨、温室效应和臭氧层破坏这三大问题严重威胁着人类的生存环境。面对不堪重员的环境压力和有限的化石能源，迫使人类开发和建立更加清洁、高效的能源系统，这已成为人类社会菸共识。由于燃气轮机作为动力装置和发电设备在上一世纪所表现出的

7、优异性能和巨大的发展潜力，发展先进燃气轮机及其联合循环技术将成为新世纪彼源动力发展的主要方向，世界各先进国家均提出了各自的先进燃气轮机技术发展计划。这些计划将注要发展以几方面的技术。211高温燃气轮机技术燃气初温决定了燃气轮机的效率和比功，计算和实践表明,燃气初温提高100C,可使燃机效率增加2%〜3%,进一步提高燃气初温将是未來燃气轮机发展的方向，这就需要发展以下技术：①高温材料技术。随着材料科技的发展，先进的高温材料(定向结晶和单晶高温合金材料)开始逐步应用于燃气轮机，GE公