微型燃气轮机的发展、技术特点及市场应用

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1、2009年第5期上海电力微型燃气轮机的发展、技术特点及市场应用徐庆邮(美国凯普斯通燃气轮机公司中国代表处，上海200051)摘要：微型燃气轮机(简称微燃机)技术是2O世纪9O年代初发动机行业发展的一项重要技术，已在天然气热电／9联产市场、可再生能源沼气市场、油气田市场及移动车载电源市场得以广泛应用。文章通过回顾微燃机技术发展的历史，对微燃机技术的特点及其市场应用前景进行分析。关键词：微燃机；微型燃气轮机；微透平；微型涡轮机中图分类号：TM611．24文献标识码：B司及英国的Bowman公司陆续加入到研发微燃l发展历史机的行业中来。1．1燃气轮机的发展20世纪9O年代中期，Capstone

2、Turbine公发动机是工业的心脏。西方工业革命初期，司率先推出全球第一台微燃机，用于商业运行，单瓦特发明了蒸汽机，是一种外燃机。19世纪中机30kw，随后又推出单机6Okw及65kW。叶，往复式内燃机问世，直至今天仍广泛应用于各Capstone公司于2000年在美国纳斯达克交易所行各业。20世纪上半叶欧洲率先制成世界上第上市时，其股票一度冲到150美元，足见市场对之一台工业燃气轮机，至今已走过了半个多世纪。期许。随后Honeywell公司推出单机75kW，E1一燃气轮机利用燃烧产生高压燃气，利用燃气liott公司推出单机100kw，Bowman公司推出单的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从

3、而输出动力。机8Okw。一时间，微燃机的发展呈蓬勃之势。它在很大程度上弥补了兆瓦级以上内燃机的市场2001年之后，美国IR公司也加入到微燃机空白，很快占领了数兆瓦至数十兆瓦发电市场。行业，先后推出了70kW及250kw单机。2004当前工业燃气轮机的单机最大功率已接近300年之后，CapstoneTurbine公司推出了200kWMw，简单循环最高效率超过4O，联合循环最单机，并以200kw单机为基础，集成电气、控制高效率已达6O，无论在能源利用效率方面，还及燃料系统，先后推出了600kW、800kw及l是环保方面，都对传统火力发电形成极大的挑战。Mw模块。燃气轮机工业的快速发展，对民用

4、及军事工由于2001年以来全球经济的发展变化，以及业都产生了深远的影响。但是，工业燃气轮机的一些公司经营战略的转变，一些厂商如Honey—技术特点使它在小型化方面受到较大的限制。兆well公司、Bowman公司陆续关闭了其微燃机的瓦级以下单机发电效率还不到2O，使其在发电业务。到目前为止，继续保持微燃机业务的，主要市场望而却步。而在另一方面，随着全球分布式是美国CapstoneTurbine公司及Elliott公司。发电市场的迅速发展，对小型燃气轮机尤其是兆自微燃机市场开创以来，CapstoneTurbine公瓦级以下微型燃气轮机(简称微燃机)的需求却变司一直无可争议地占据市场领导者地位

5、，领跑微燃得越来越迫切。机技术发展。其全球市场占有率一直在85以1．2微燃机的发展上，在全球应用约达6000台，连续运行时间超过2微燃机的问世是2O世纪90年代发动机技术000×10h。目前，微燃机已进入技术成熟期，运行发展的一件大事，在全球分布式发电市场产生了可靠、质量稳定，在分布式供能市场、油气田市场、轰动。自20世纪8O年代初以来，在美国能源部沼气可再生能源市场、瓦斯及煤层气市场、移动车(D()E)的大力支持及欧洲一些国家政府部门的载及军用市场，得到越来越广泛的应用。支持下，美国的CapstoneTurbine公司、AlliedSignal公司(后并入Honeywell公司)、El

6、tiott公2微燃机技术特点一一355一～上海电力2009年第5期2．1微燃机工作原理微燃机利用航空涡轮机技术，集合了军用回热器，利用高温烟气对加压后的空气预热，再与燃料气混合进入燃烧器燃烧，产生的高温、高压燃气推动透平转子做功，透平带动永磁发电机发电，所发电力经过电力电子装置，转换为高质量电能。微燃机工作流程示意图如图1所示。图3英格索兰公司微燃机润滑系统用于航天飞机。采用空气轴承技术的微燃机，具有以下独特的优点：(1)省去了润滑系统，发动机无油。(2)微燃机转速高达96000r／min，使其整体图1微燃机工作原理不蕙图^n精致小巧。如CapstoneC30(30kW)发动机才2．2微

7、燃机整体性却能扇109kg；C200(200kW)发动机才500kg，发动机微燃机单级、单轴，压缩机叶轮、透平叶轮及黜圃尺寸为1320×838×1016(ram)。发电机在同一根轴上。发动机采用空气轴承技(3)没有摩擦，空气轴承寿命长，可靠性高。术，整个发动机为无油系统，即没有润滑油及润滑(4)微燃机不会振动，承受外界振动及摆动的系统，没有过滤器、分离器、泵及风扇、储油罐、散能力很强，广泛用于车载或海上油轮FPSO项目。热器等子系统