燃气涡轮发电机分析论文

伴随着石油、天然气、煤炭等一次性能源节节攀升的高价位和日益紧张的供应形势，能源问题已突破人们的心理底线，节能、高效已经成为一项尤为突出的亟待解决的课题。在火力发电行业，内燃涡轮发电机以其高效率、高转化率、大功率、高节能的优点，已被越来越多的能源专家、政府决策者和火力发电企业所认可。随着对火电发电效率提高和环保的呼声日益高涨，相信接下来的火力发电设备，将以高效的内燃发电机为主。

火力发电设备新趋势

——燃气涡轮发电机

撰草稿张金辉肖继平

伴随着石油、天然气、煤炭等一次性能源节节攀升的高价位和日益紧张的供应形势，能源问题已突破人们的心理底线，节能、高效已经成为一项尤为突出的亟待解决的课题。在火力发电行业，内燃涡轮发电机以其高效率、高转化率、大功率、高节能的优点，已被越来越多的能源专家、政府决策者和火力发电企业所认可。随着对火电发电效率提高和环保的呼声日益高涨，相信接下来的火力发电设备，将以高效的内燃发电机为主。

火力发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。当气体从高压空间流向低压空间时，压强差越大，流动的速度也越大。蒸汽轮机的工作原理是：利用喷嘴使水管式锅炉的过热管送来的过热蒸汽，从喷嘴喷出时，体积开始急剧地膨胀。同时压强降低，速度增大，这样的蒸汽具有很大的动能。也就是说蒸汽的内能在喷嘴中转变为蒸汽的动能。当蒸汽喷射到叶片上时，它的动能又转变为机轴旋转的机械能。蒸汽轮机长期以来以煤炭为燃料，即使达到亚临界、超临界状态的发电状态，效率也仅达到34%左右，煤炭的利用率已达到了极限。随着人们对能源危机的共识和对节能环保的越来越重视。众多国家决策者和企业领导人也逐渐把高效、节能、环保提高到国家和企业的发展战略上。蒸汽轮机已渐渐变的与时代主题相违。在中国，众多的火力蒸汽轮机高耗能、高污染，已成为阻碍国家战略发展的障碍。2007年，我国原煤产量为25.23亿吨，其中用于火力发电的电煤是12.82亿吨，电煤占当年原煤产量的51%。火电厂所排出的粉尘、二氧化硫、二氧化碳等气体从此也可略窥一斑，而发电效率每提高1%所带来的经济与环境效益也是十分可观的。因此，越来越多的能源专家、环保人士以及政府决策者和高瞻远瞩的企业家都期待占发电比重巨大的火力发电企业能够改观现今的发电模式。而火力发电企业也急需一种高效、环保、节能的发电机来取代现有的设备，以企提高企业经济效益、符合时展的要求。燃气涡轮发电机似乎就是专为此而应运而生的。

燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。常规燃气涡轮发电机是大型发电设备的典型代表，能提供从1至数兆瓦的电力，可以满足几乎一切包括办公大楼、医院、学校、商店的建筑物的用电需求。涡轮发电机出来的废气是吸收式制冷机的理想热源，被用来制冷、采暖和提供卫生热水。同燃煤电厂的废气相比，其废气的杂质、含硫量均很低，其次最为显著的是其含氧量较高，可达15％以上，可以作为直燃机的助燃空气，进行第二次燃烧。燃气轮机具有启动迅速,操作简便等特点,并设有自动保护系统,可实现无人值守,是节能,环保型动力设备。1立方米天然气可发电力3千瓦时,1立方米煤层气或炼化尾气可发电力2.7千瓦时,经济效益非常显著。

目前国内外开发的燃气发动机多是在汽油机或柴油机基础上研制开发的,较大的燃气发动机基本上都是从柴油机改制过来的,转速为1000～1500r/min,采用电火花点火方式。国内在燃气轮机的研发方面，相较下洛阳豫燃煤气设备有限公司已具备相当实力。著名煤气设备专家、著名工程师陶予敏老师，自1996年开始就带领着一批科研人员从事燃气轮机的设备研究、实验。2002年陶予敏老师又带领洛阳豫燃煤气设备有限公司的科研人员组成以水煤气为燃料的燃气涡轮发电机的研发团队。历经数载奋斗、攻关，克服重重困难，终于在投入大量实验资金，试制了数十套设备后，掌握了燃气轮机在转速，设备调速，设备噪音处理以及设备大型化等方面的关键技术，获得了巨大的成功。现该设备因后期资金严重不足，设备制造暂告一段落，但升级改造的理论研究仍在进行中。2007年度诺贝尔经济学奖获得者埃里克•马斯金(EricS.Maskin)在第五届SNAI－ASU企业家高层论坛做主旨演讲时语出惊人地称“认为油价并不够高。”事实上油价的确是一涨再涨。2008年纽约市场7月14日油价收于每桶145.18美元。伦敦国际石油交易所8月份交货的北海布伦特原油收于每桶143.92美元。仅2008年1—6月份国际煤炭价格就上涨了48%，而国内煤炭现有储量以现今每年年产25亿吨原煤（注：此为2007年年产量，估计2008年将达到29亿吨）计算至多也只够用80年。党的十七大明确提出了充分认识加快建设节约型社会的极端重要性和紧迫性，增强忧患意识和危机意识，增强历史责任感和使命感。如果陶予敏老师领导的洛阳煤气设备有限公司所研发的燃气涡轮发电机能够在国内的火力发电行业得到推广的话，将会给整个火力发电行业乃至整个国民经济注入新的活力。

当今能源新形势下，水煤气作一种高能、易得、相对较为廉价的清洁能源，具有很大的发展潜力和发展空间。由于石油，天然气具有国家安全战略意义，世界各国政府也都将确保获得稳定石油来源作为重要政策目标，甚至不惜采用军事手段（如美国发动的海湾战争以及对伊拉克等产油国的侵略等等）达到这一目标。目前，世界上许多地区成为热点都与大国争夺石油资源有关，如中东地区、里海地区和南中国海地区。中国虽然是一个能源大国，但能源危机已迫在眉睫。试想一下，如果国内像陶老师领导的洛阳豫燃煤气设备有限公司科研团队所研发的燃气涡轮发电机之类产品，得到进一步发展，进而在火电行业或整个国内推广，将会给行业和国家带来多么可观的经济和战略效益啊。节能、环保、能源安全已是时代主题。节约能源，提高国家能源多样化、高效化，是一个爱国志士爱国的表现。诚然，国内还有许多像洛阳豫燃煤气设备公司陶予敏老师一样，为祖国分忧，愿出自己一份力的有志之士。我们期待着祖国变得更加的强大、富强。