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燃气轮机发电技术分析赵振新

发表时间：2020/5/8 来源：《电力设备》2020年第2期作者：赵振新

[导读] 摘要：在社会发展的过程中经历了一次次的革新，每一次的革新都标志着社会的进步。

        （浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司浙江省绍兴市 312000）
        摘要：在社会发展的过程中经历了一次次的革新，每一次的革新都标志着社会的进步。可以说十八世纪末蒸汽机的出现是人类社会发展的一次飞跃。当石油资源被开发利用后人们实现了现代化的生产与生活，并推动了内燃机与燃气轮机的研发、利用与发展，同时也加速了电气化及交通方面的发展。燃气轮机装置中的结构等不同于汽轮机与蒸汽机。燃气轮机的主要装置包括压气机、燃机轮机及燃烧室。因此，在使用燃气轮机时应对其结构、原理等进行深入的研究，并对结构间的关系进行充分的了解，发挥出燃气轮机的作用，提升其使用效率。
        关键词：燃气轮机；发电技术；发电形式
        随着我国天然气资源的大规模开发及越来越严格的环保标准，我国陆续建成投产了多台燃气轮机发电机组，在满足电力需求的同时，创造了良好的社会效益和经济效益。目前就世界范围而言，燃气轮机发电已是电力结构中的重要组成部分，对推动经济和社会发展发挥着重要作用。
        1燃气轮机发电技术主要优势
        1.1 具有较高的发电效率
        与国际燃气轮机发电技术相比虽然我国起步较晚，但是通过长时间的发展也取得了较好的成绩；由于与发达国家燃气轮机发电技术效率相比还具有一定的差距，所以在未来发展时应严格控制温度并通过此来提升发电效率。
        1.2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。
        1.3具有较高的运行性能
        联合循环发电技术是燃气轮机发电技术的主要方向，通常情况下可以将燃气轮机的作业时间缩短，20min左右就可以启动进行负荷作业。可见其启动速度是较快的并且可以为燃气轮机循环提供保障，以此来降低操作难度。
        1.4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。
        1.5建厂时间相对较短，实现资金分期使用
        模块化结构是现阶段燃气轮机中应用比较广泛的结构，其运输、安装及后期维护都比较便利。在建厂时可以分为两期建设，分别为单循环建设与联合循环建设，这样在很大程度上缩短了建厂时间。
        2燃气轮机装置的工作过程
        燃气轮机是以连续流动的燃气为工质、将燃料的化学能转变为转子机械能的内燃式动力机械，是一种旋转式热力发动机。燃气轮机装置主要由压气机、燃烧室、透平三大部件及控制系统、辅助设备组成。压气机从外界大气环境吸入空气，并逐级压缩；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，产生高温燃气；然后燃气进入透平膨胀做功；透平排气可直接排到大气，对外界环境放热，也可通过换热设备放热以回收利用部分余热。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燃气轮机发电技术的主要形式
        3.1简单循环形式
        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。

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        3.2前置循环热电联产（发电）形式
        此种形式主要包括燃气轮机、发电设备及余热锅炉。燃气轮机在运行过程中会排出高温烟气，产生的烟气会通过余热锅炉得到回收并将其转化为蒸汽或热水，然后进行二次利用。在热电联产生产过程中可以将余热锅炉中产生的蒸汽回传到燃气轮机中，进而确保燃气轮机的实际运行效率。前置循环热电联产运行时效率通常在80％以上，所以要想提升其供热灵活性多会将余热锅炉补燃技术应用到前置循环热电联产机组中，运行效率可以达到90％以上。
        3.3联合循环发电或热电联产形式
        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。
        3.4整体循环形式
        整体循环系统主要包括燃气轮机、蒸汽轮机及余热锅炉等。此系统所使用的固体化燃料价格相对较低，也可以使用气体或液体燃料，最大限度的提升燃料的使用效率并较少污染物的排放量。因此多会将其应用到城市电力系统、煤气系统、集中供热系统或制冷系统中，同时也可以应用到建筑材料与化工材料生产或供应系统中。
        3.5核燃联合循环形式
        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。
        3.6燃机辅助循环形式
        此种循环形式多被应用到小型燃气轮机作业中，通过辅助手段来缓解锅炉预热、燃烧以及鼓风方面的不足，以此来提高效率，可以使用水泵驱动力作为循系统的动力。
        3.7燃气烟气联合循环形式
        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。
        3.8燃气热泵联合循环形式
        燃气热泵联合循环系统主要是由燃气轮机、烟气热泵组成，能源利用系统主要包括燃气轮机、烟气轮机与烟气热泵，或是燃气轮机、余热锅炉与蒸汽热泵以及燃气轮机、预热锅炉、蒸汽轮机与蒸汽热泵组成。燃气热泵联合循环系统在燃气轮机、烟气轮机、蒸汽轮机及预热锅炉等设备完成能量转化后可以将热泵中的蒸汽、烟气、冷热水中的余热进行深度回收与利用，也可以将动力直接转化成动力来推动热泵。也可以将此系统作为热电、热电冷联产、热冷、电冷联产以及直接供热或制冷使用，此系统具有非常高的热效率，其热效率可以在150％以上，在未来其将成为能源利用的主要方向。
        结语：
        汽轮轮机的发展也伴随着困难，但是在国家政策及资金的支持下，在未来大范围的应用燃气轮机发电技术必定成为可能。与核能发电相比，燃气轮机发电技术优势更加明显并可以对资源及环境进行有效的保护，同时可以将人们原有的生产生活方式进行改变。因此，我国也将燃气轮机发电技术作为国家级重点项目，相关人员应进行更加深入的研究，正确认识燃气轮机装置，对我国燃气轮机发电技术进行创新与优化，以此来提升燃气轮机发展速度，确立我国燃气轮机在国际上的地位。
        参考文献：
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        [5]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.