燃氣輪機發(fā)電技術(shù)應(yīng)用綜評

1、.中國電力 HYPERLINK chinapower/ chinapower：.；燃氣輪機發(fā)電技術(shù)運用綜評 摘要本文綜評燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的高度開展程度，在電力構(gòu)造中發(fā)揚補充作用，以及在目前運用中存在的主要缺乏和局限性，提出新世紀的開展之路 關(guān)鍵詞開展燃氣輪機發(fā)電電力構(gòu)造補充局限性開展之路 半個多世紀前熱力學(xué)科學(xué)結(jié)論燃氣-蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電有其突出優(yōu)點。今天我們才真正看到這種發(fā)電技術(shù)已到成熟和被廣泛運用，這闡明一種有出路的技術(shù)從實際到實際、成熟和廣泛運用是閱歷一條歷史的長河。由此還可斷定，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)還并不會到此為止，當今的燃氣-蒸汽結(jié)合循環(huán)發(fā)電既有其寬廣運用的前景,在開展中比起其他發(fā)電技

2、術(shù)也有著某些的缺乏或有局限性。這是我們今天評論這一技術(shù)領(lǐng)域總的觀念。 1、燃氣輪機發(fā)電技術(shù)已到達高度開展的時代 目前就世界范圍而言，燃氣輪機發(fā)電已是電力構(gòu)造中的重要部分，在新增發(fā)電容量中更占主要份額。以1996年6月到1997年5月為例，世界燃氣輪機訂貨數(shù)達892臺，總功率28552MW，隨后的幾年訂貨臺數(shù)大致堅持在這一程度，訂貨總功率數(shù)那么更有增長。1998年6月到1999年5月，世界燃氣輪機訂貨量達875臺，總功率翻了一番，到達64254MW，這是闡明大功率機組尤其快速增長，美國能源部能源信息中心DOEEIA統(tǒng)計，截止1998年1月1日，美國Uiiliiv燃氣輪機及結(jié)合循環(huán)裝機容量達793

3、55MW，占美國Utility總裝機容量750920MW的10.5。 燃氣輪機發(fā)電快速擴展運用就是取決于技術(shù)的高度開展，而其中心技術(shù)又是到達最高的能源利用效率，實現(xiàn)布雷頓Bragton循環(huán)和朗肯Ranking循環(huán)的結(jié)合，逐漸超越和擴展與常規(guī)火力發(fā)電技術(shù)差距，五十多年來具有代表性的技術(shù)進展有： 1透平前燃氣的進口溫度由早期的600700，到如今一普通程度都已超越1100，有些已投入商業(yè)運營的機組，燃氣進日溫度到達1288，高的甚至達1430。 2燃氣輪機簡單循環(huán)的熱效率已由早期的1625，現(xiàn)已提高到36以上，高的達3839.5。 3燃氣輪機高溫部件渦輪噴咀，動葉的資料，由最早的GJ450、U50

4、0、In738等普通合金資料，開展到合金金相構(gòu)造控制的資料，出現(xiàn)了同向結(jié)晶或定向結(jié)晶的GTDII1，DS GTD111，最新資料已運用單晶工藝。金屬資料的提高還表如今涂層的運用上。涂層減輕了腐蝕和氧化，運用壽命增長了1020倍，早期有鉑鋁Pt Al涂層，后來又開展等離子維護GT-29和CT-29IN-PLUS TM等。先進資料和涂層的運用使透平前燃氣進口溫度提高150200左右。 4在改良高溫部件資料的同時又不斷改良冷卻技術(shù)。早期噴咀和動葉采用對流，沖擊等空氣冷卻，現(xiàn)已廣泛采用氣膜冷卻、發(fā)散冷卻。最新蒸汽閉式循環(huán)冷卻技術(shù)可使透平前燃氣進口溫度再提高500800。 5燃氣輪機簡單循環(huán)單機功率由早

5、期的幾千千瓦開展到100 MW以上等級的大機組，近年來250300 MW的機組也已投入商業(yè)運營。 6燃氣輪機發(fā)電已廣泛實現(xiàn)能量的綜合利用，循環(huán)方式多樣化，特別是燃氣一蒸汽結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)更為完善，安裝凈效率已提高到58-60，出現(xiàn)了燃氣、蒸汽集于一體的單軸機組。 2、可繼續(xù)開展最有希望的發(fā)電技術(shù) 二次大戰(zhàn)后世界經(jīng)濟的開展使人們逐漸預(yù)感到賴以生存的地球資源、能源有限和生態(tài)環(huán)境被加劇破壞，對人類構(gòu)生長久要挾，可繼續(xù)開展戰(zhàn)略是人類智慧的結(jié)晶。電力是現(xiàn)代文明的意味，但是發(fā)電能源的耗費和對環(huán)境的污染又成為可繼續(xù)開展的難題。 現(xiàn)今常規(guī)燃煤火力蒸汽發(fā)電仍占主要位置，燃氣-蒸汽結(jié)合循環(huán)發(fā)電因在一些方面有其優(yōu)點

6、，已起到電力構(gòu)造中的補充作用，并在某些領(lǐng)域內(nèi)可替代常規(guī)火力發(fā)電，這類電力耗費的能源離不開煤炭、油、氣等化石能源。大量的能源耗費占全球一次能源耗費的35。據(jù)估計全世界可采煤炭資源尚可再用200年，天然氣可用100年，石油只夠用40年。處理能源的資源枯竭已到刻不容緩的地步?；茉吹某壤眠€帶來嚴重的環(huán)境污染，其中最主要的一項為哪一項CO2、SO2、NOx等溫室氣體排放帶來的危害，因此歸結(jié)在人們面前的兩大課題是能源有效利用和減少環(huán)境污染。 雖然蒸汽輪機發(fā)電以超臨界或超超臨界提高蒸汽初參數(shù)來提高熱效率，但是畢竟不及燃氣輪機采用燃氣的布雷頓循環(huán)更有效，且隨著蒸汽參數(shù)的提高，技術(shù)上的困難性以及造價和可

7、靠性都受限制；此外，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在對有害氣體排放污染上的有效控制同樣優(yōu)于常規(guī)火力發(fā)電。表1列舉常規(guī)火力發(fā)電和燃氣一蒸氣輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電效率的實例比較。 除火力發(fā)電外，人們還在努力開發(fā)水電、核電，積極研討燃料電池，太陽能發(fā)電或其他新能源。但各種能源利用中，多以電能為終端能源。在能量轉(zhuǎn)換為電能時又以空氣或水作為介體。例如核電實現(xiàn)TD循環(huán)一個燃氣輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電。一個蒸汽混合器及一個核反響堆組成的核電站，高溫燃料電池MCFC或SOFC與GT的混合系統(tǒng)。燃氣-蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)的介人使這些發(fā)電新技術(shù)的熱效率大大提高，可以看到燃氣輪機還有希望成為下一代發(fā)電新技術(shù)的支持。 3、燃氣一蒸汽結(jié)合循環(huán)在現(xiàn)階段

8、還只能是電力構(gòu)造中的一種補充 先進性和適用性是兩個概念。長期開展趨向和今天廣泛運用也不能相提并論。燃氣輪機發(fā)電技術(shù)開展至今仍有其缺乏之處，在相當長的一個時期內(nèi)，燃氣一蒸汽結(jié)合循環(huán)仍只能是電力構(gòu)造中的一種補充，可謂用其所長，補其缺乏。 31更廣泛運用燃氣一蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)必需處理燃料局限性問題 可利用能源中煤炭資源豐富，假設(shè)有最高的利用效率，必然是利用本錢低廉，成為運用普遍的能源。燃氣輪機發(fā)電在直接利用煤炭為燃料方面雖作了很大努力，但至今對于煤的處置過程，或燃氣輪機直接運用仍沒有一種效率很高，本錢最低的技術(shù)。燃煤的燃氣輪機發(fā)電的綜合能耗或綜合本錢與常規(guī)燃煤火力發(fā)電相比還沒能突現(xiàn)優(yōu)點。 32假設(shè)將

9、燃氣一蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電作為承當根本負荷延續(xù)運轉(zhuǎn)機組，更廣泛的運用還須進一步促使一系列新技術(shù)的成熟，保證設(shè)備的可靠性。 20世紀90年代以來國際上出現(xiàn)一批大功率燃氣輪機，簡單循環(huán)功率120180MW以上，一拖一或二拖一的結(jié)合循環(huán)效率已達55以上，這種機組一定程度上正在逐漸替代常規(guī)蒸汽輪機火力發(fā)電。有代表性的機型己投運的臺數(shù)上百套，首臺機組最長運轉(zhuǎn)紀錄約23萬小時見表2。這些機組采用了最新的高溫?zé)岵考Y料和新型的冷卻技術(shù)，有的采用分段熄滅，系統(tǒng)大大優(yōu)化，構(gòu)造也更趨復(fù)雜。與目前普遍運用的常規(guī)燃煤蒸汽輪機發(fā)電相比，這種新型燃機發(fā)電技術(shù)的成熟性、可靠性需求有更多數(shù)量和更長運轉(zhuǎn)時數(shù)的考驗。 33關(guān)于充

10、分發(fā)揚燃氣一蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)在電力構(gòu)造中的作用問題 雖然現(xiàn)階段燃氣一蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)只能是電力構(gòu)造中的一種補充，但是它又越來越顯得其可發(fā)揚重要作用。 1高效大功率的燃氣一蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)機組的出現(xiàn)，己可直接替代常規(guī)燃煤蒸汽輪機發(fā)電機組，因此燃氣輪機市場大功率機組占主要份額，據(jù)1997年6月至1999年5月世界燃氣輪機銷售統(tǒng)計，120-180 MW以上功率等級的機組約占全部銷售機組總數(shù)的70?？梢娙細廨啓C發(fā)電主要還是用大機組，在電力構(gòu)造中直接替代常規(guī)燃煤機組發(fā)揚作用。 2由于燃氣輪機排放污染小的優(yōu)點，在經(jīng)濟興隆地域或人口密集地等特定地域不宜再裝燃煤機組，而主要以燃氣輪機發(fā)電。世界上許多著名大城市

11、作出不再裝燃煤機組的決議，由燃氣輪機發(fā)電替代。 3由于燃氣輪機起動快，快速反響性能好，在電網(wǎng)中發(fā)揚調(diào)峰、調(diào)理或應(yīng)急備用的作用； 4燃氣輪機占地面積小，耗水少或不耗水，是海上平臺或沙漠地域的發(fā)電動力，此外油氣田直接運用油、氣為燃料，當然運用燃氣輪機發(fā)電。 工業(yè)興隆國家從環(huán)境維護和引進外來資源出發(fā)運用燃氣輪機，燃料價錢的差額由國家制定政策補償，例如定名“清潔電力來區(qū)別普通電力，或者采用峰谷制電價等。國家以電力價錢政策作為一種行政手段積極推進電力構(gòu)造的合理配置。 4、新世紀燃氣輪機發(fā)電技術(shù)開展之路 到21世紀的今天，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)開展的目的依然是高效，干凈及便于運用等方面，但是技術(shù)道路該有一種革命

12、性的變化。對此加以研討也許能使我國作為新興的開展中國家縮短開展歷程，加快跨人世界先進展列。 41必需更加注重能源的優(yōu)化和綜合利用技術(shù) 一些興隆國家在燃氣輪機開展道路上做過了大量的任務(wù)，自壓氣機、透平、葉型、熄滅、資料、涂層、熱部件的冷卻，以及機械構(gòu)造、制造工藝和控制技術(shù)等等，都是經(jīng)過反覆實驗研討，逐漸獲得進展的。 例如美國GE公司40年代在航空噴氣發(fā)動機上按氣動實際設(shè)計制造第一臺壓氣機，以后的機組在葉型設(shè)計上不斷實驗研討改良，在新型機組上加級添加壓比，建立大型的壓氣機實驗臺，葉型從亞音速研討到跨音速，超音速，到今天代表最新技術(shù)的是采用可控擴壓葉型全三維設(shè)計。但是從20世紀七八十年代開場渦輪壓氣

13、機的?；O(shè)計技術(shù)可以說是最關(guān)鍵的技術(shù)，由此開場新研討。設(shè)計一臺新機組就不用從原始的葉型實際計算、實驗開場了，完全可以由現(xiàn)有性能優(yōu)良機組的程度上?；糯蟾牧剂?，美國GE公司因此派生出大批機種型號。 又如葉片的資料是燃氣輪機提高燃氣初溫暖提高機組熱效率的首項技術(shù)。各燃氣輪機開發(fā)公司對高溫部件資料從母合金研討開場，開展鈷基，鎳基，以后研討同向結(jié)晶、定向結(jié)晶，最新技術(shù)采用單晶資料，選定一種新資料往往經(jīng)過幾十種資料的優(yōu)化挑選，要做金相、蠕變、拉伸、沖擊、冷熱疲勞等各種實驗研討，化費幾十年的時間。美國GE依托葉片資料的改良來提高燃氣初溫幾乎已走到盡頭。從GE公布的資料性能曲線，見圖1目前采用的DSGTD-

14、111定向結(jié)晶和SCALLOYS單晶合金能使燃氣初溫的提高已是很有限的，GE在H級機組上采用1430的初溫是采用蒸汽閉式冷卻后得到的，這一技術(shù)使燃氣初溫提高了500800。而蒸汽閉式冷卻是利用蒸汽和能源回收的一項能源綜合利用技術(shù)。 值得留意的是采用能源優(yōu)化和綜合利用是提高燃氣輪機發(fā)電熱效率的有效技術(shù)，ABB的GT24和GT26雖然機型不盡成熟，但采用兩段分部熄滅可看作是一種革命性的突破。它能在采用不是最高的燃氣初溫的條件下實現(xiàn)高效率和高性能。例如： 1初溫1260比GE9351FA低67，簡單循環(huán)效率達39.3GE9351FA高1.7； 2由于兩次熄滅，壓氣機采用30：1的高壓比航空型壓氣機后

15、，排氣溫度仍能到達640T比GE9351FA高48，結(jié)合循環(huán)效率可達58.96比GE9351FA約高1.49； 3采用三級可調(diào)導(dǎo)葉，使壓氣機流量調(diào)理范圍到達60，因此結(jié)合循環(huán)機組在50部分負荷運轉(zhuǎn)時，相對熱耗比常規(guī)機組低15； 4由于兩次熄滅環(huán)保型熄滅室的采用，EV一次熄滅室火焰溫度較低，NOx也較低，SEV兩次熄滅室出口的NOx比其在進口更低。 可以以為新世紀燃氣-蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電高效，干凈，新的道路是能源的優(yōu)化和綜合利用。前段時間在我國一些電廠利用余熱鍋爐低檔次余熱來制冷作為壓氣機的前置冷卻，以后也許會有人實現(xiàn)壓氣機的中間冷卻。其他還有雙壓，三壓鍋爐和蒸汽的再熱等。這種技術(shù)的效果來得容

16、易，憑我國現(xiàn)有根底都有才干實現(xiàn)。 42必需更加注重開展燃煤結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 世界各國對燃煤燃氣。蒸汽輪機結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的開發(fā)已不僅是方向性的問題，而且有現(xiàn)實意義了，國外先進技術(shù)將1GCC和PFBC燃煤結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)已開展到一定的程度，綜合熱效率和對環(huán)境排放污染控制的程度都已優(yōu)于常規(guī)燃煤蒸汽輪機火力發(fā)電 燃煤結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)尚未被廣泛運用的主要緣由為： 1擔(dān)憂設(shè)備造價太高，影響未來電廠的綜合本錢； 2煤氣化高溫脫硫、液態(tài)排渣和除塵等有一系列新技術(shù)沒有長期成熟的運轉(zhuǎn)閱歷，擔(dān)憂電廠可靠性和運轉(zhuǎn)本錢高。 可以說一切新事物必定要有一批敢于獻身的人走在前面，只需經(jīng)過反復(fù)實際才干獲得成熟閱歷，在初始階段

17、造價能夠高一些，隨著運用的擴展、改良、批量添加，造價必然會下降。在這進程中國家要有鼓勵和支持的政策措施。 燃煤結(jié)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)已到臨近工業(yè)運用的時期，我國作為煤炭儲量豐富的大國應(yīng)該在此項技術(shù)上為人類作出一定奉獻。我國已將1GCC開發(fā)列入國家“九五方案，現(xiàn)正在開場示范電廠的實施，希望加速第一個示范電廠的建立，不久能見到第二，第三電廠的出現(xiàn)，另外我國現(xiàn)有一批燃煤或燃油的老電廠正面臨淘汰或改造，假設(shè)用煤氣化來實現(xiàn)老廠的改造，冒的風(fēng)險更少一些，可以處理提高熱效率或改用低廉的煤炭為燃料，又處理環(huán)保問題。期望也能選點建成一些示范電廠，這將能帶動全國改造一大批電廠，使我國電力技術(shù)程度大大提高一步。 43留意微型燃氣輪機發(fā)電技術(shù)開展動態(tài)，著手研討分布式熱冷電聯(lián)供燃氣輪機。 從事物的兩重性未分析，大機組和大電網(wǎng)的高度開展必然帶到另一端，即出現(xiàn)小機組和分布式電源的開展，到20世紀末，人們發(fā)現(xiàn)分布式發(fā)電對某些場所，時間和環(huán)境確實是一種可靠和有效的方式，加上各種新技術(shù)的運用，熱，冷。電聯(lián)供的微型燃氣輪機發(fā)電技術(shù)通暢在加速開展起來了。 據(jù)了解美國Capstene公司至2000年11月已推出第1000臺微型燃氣輪機安裝。微型