燃氣發電設備與技術發展探討

摘 要：針對天然氣發電現狀與發展前景，結合燃氣發電現存主要問題與矛盾，對加快燃氣設備與技術發展進行論述。

關鍵詞：燃氣發電；燃氣設備；燃氣發電技術

天然氣是化石能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸等各方面都是最優質的燃料。燃氣發電既有利于高品位能量的轉換，又能充分利用較低品位的能量，具有能源綜合利用和最高效率的優點。在集中式天然氣發電方面，未來隨著天然氣勘探開發和海外引進步伐的加快，天然氣在我國一次能源消費結構中的比例將逐步提高。作為天然氣消費的重要組成部分，在我國適時適度加大發展天然氣發電的力度，有利于優化電源結構，實現能源的清潔高效利用。據《2015-2020年中國天然氣發電行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》顯示，截至2011年底，我國天然氣發電裝機容量達到3265萬千瓦，占全國總裝機的3.09%，發電量1048億千瓦時，占全國總發電量的2.22%，發電用氣占全國天然氣消費量的15%左右。截至2012年底，我國天然氣發電裝機容量約4500萬千瓦，同比增長約38%，約占中國總裝機容量的4%。截至2013年底，我國天然氣發裝機容量已達4668萬千瓦，發電量1143億千瓦時。我國在天然氣應用和天然氣發電上與世界工業發達國家相比有巨大差距，努力推動我國天然氣發電的任務是緊迫的，有很大發展空間。

1.燃氣發電現存主要問題與矛盾

1.1燃氣發電核心技術未完全掌握，制約燃氣發電產業發展

目前，國內制造企業與國外企業合作中在關鍵技術方面存在壁壘，對燃氣發電核心技術還不完全掌握，燃機設計制造中燃燒器、透平葉片等熱部件完全依靠進口，發展存在瓶頸。國內制造企業雖然能夠制造、組裝燃氣發電機組，但在整機設計、熱部件材料制造以及冷卻和隔熱涂層等關鍵技術方面尚未實現實質性突破，燃機燃燒器、透平葉片等熱部件仍完全依靠進口。整機檢修維護依賴原廠商，維修費用昂貴。受設備設計制造核心技術不掌握的制約，國內對整機檢修維護核心技術掌握不深、不透，機組檢修維護、改造升級、部件更換等都依賴原廠商，主要部件發生故障需返廠檢修，檢修維護費用昂貴。機組運行中燃燒參數不能自主調整，運行安全存在隱患。燃燒調整為原廠商的核心技術，必須由原廠商進行。燃機發電企業沒有掌握整機燃燒調整的標準和參數，運行人員不能通過燃燒自動調整確保機組在燃燒脈動最小和在排放最佳點運行，不利于有效控制安全狀況和開展異常診斷、分析。

1.2燃氣發電設備設計制造質量存在問題，影響機組運行可靠性

近年來，國內燃氣發電機組存在設計制造質量問題，壓氣機、燃燒器及熱通道部件、發電機、燃氣系統等故障多發，尤以F 級機組較為突出。壓氣機存在質量缺陷，運行中發生葉片斷裂等事故。部分機型壓氣機由其原機型?；O計而成，缺少必要的試驗校核等后續工作，不能適應頻繁啟停、變工況運行，出現壓氣機葉片斷裂等事故；部分機型壓氣機轉子由于拉桿螺栓與輪盤結合面設計不合理導致三級輪盤出現裂紋。燃燒器及熱通道部件存在質量缺陷，實際運行時間縮短。國內引進機組存在燃燒器及熱通道部件質量缺陷，實際運行時間普遍達不到原廠家設計值，需提前修理或報廢。發電機存在質量缺陷，多次返廠檢修。部分E 級燃機發電機和F級國產化燃機發電機存在制造、裝配質量問題，發電機返廠檢修頻繁。

1.3燃氣發電并網運行存在薄弱環節，影響安全生產

機組在非安全區域運行，增加停機概率。部分燃氣發電企業和調度機構對機組非安全區域不掌握，運行方式安排不合理，機組運行負荷沒有遠離燃燒模式切換點，極易造成機組強迫停運和燃燒室部件損壞。二次系統安全防護管理不完善，存在安全漏洞。部分企業二次系統安全防護管理工作不到位，存在問題整改不及時、不徹底，安全防護策略不符合規定，安全防護裝置不符合要求。分布式和非常規天然氣發電還需要不斷總結提高。分布式天然氣發電以及非常規天然氣發電還處于起步示范階段，關鍵零部件制造、系統集成還不夠成熟，有關組織設計、施工安裝、運行維護和安全管理等工作需要不斷總結、分析。燃機專業技術力量不足，不能適應燃機產業快速發展需要。目前，我國燃氣發電專業技術人才短缺，且流動性大，尤其是掌握燃機運行維護經驗的專業技術力量儲備不足，專業技術力量不滿足燃機快速發展需要，給電廠安全生產帶來隱患。

2加快燃氣設備與技術發展

2.1燃氣設備發展

燃氣發電有兩種主流設備，一種是燃氣輪機，一種是燃氣內燃機。燃氣輪機適合大功率發電系統，一般電站容量在10兆瓦以上，單機功率大于5兆瓦。燃氣內燃機適合中小發電系統，容量多在10兆瓦以下，單機功率小于2兆瓦。現在，燃氣內燃機技術發展很快，國內對燃氣內燃機核心技術的掌握和核心部件生產能力的突破，迫使進口燃氣內燃機價格下跌了50%以上，同時進口設備配件費用也大幅降低。在燃氣內燃機領域，‘洋品牌的壟斷局面已不復存在。

在中小燃氣發電設備方面，國產品牌其實已具有相當實力。進入21世紀以來，以勝動集團為代表的國內廠家依托原有的柴油內燃機生產、研發基礎，迅速推出一批燃氣內燃機產品。比如在低熱值、變濃度、高含氫等燃氣領域，勝動集團實現了與國外同步研究，使得“勝動”機組對這類燃氣的適應性超過了進口機組，不僅在國內廣泛應用，還批量進入東南亞、東歐和南美地區。近年來，歐美和日韓的企業也開始前來采購我國低熱值燃氣內燃機到本國使用。盡管目前國產燃氣內燃機綜合性價比優于進口產品，但在自動化管理技術、發電效率以及整機技術水平方面，全面趕超進口機組尚需時日。何況國內基礎工業薄弱，核心材料和熱處理技術、高精度加工能力等與發達國家存在較大差距。

2.2燃氣技術發展

作為一種典型的軍民兩用技術，我國早在上世紀80年代以前，在消化吸收前蘇聯技術的基礎上已經能夠自主設計、試驗和制造燃氣輪機，開發出了200千瓦～25000千瓦多種型號，但在重型燃氣輪機方面，到目前為止，核心技術仍掌握在英美德日等發達國家手中。從我國重型燃氣輪機目前情況來看，首先要認真學習和消化吸收引進的E/F級天然氣燃氣輪機制造技術，同時加強燃氣輪機基礎核心技術的研究開發。從燃氣輪機部件的角度分析，當代燃氣輪機主要關鍵技術包含多級軸流壓氣機、高效清潔燃燒室、多級軸流冷卻透平、二次空氣系統、鎳基超級合金葉片材料與制造等。在未來相當長的時期內，我國燃氣輪機研究重點應圍繞兩個方面展開：一是用于IGCC發電的煤氣化燃氣輪機核心技術的研究開發；二是燃燒室與透平等熱端部件關鍵問題。這是燃氣輪機的核心技術和難點，也是我國自主研發燃氣輪機技術的重中之重。

隨著經濟的騰飛、資源的開發和技術能力的不斷提高，對關鍵設備核心技術的研發和掌握，遲早會被提上日程，何況重型燃氣輪機可以說集當代科學技術之大成，早已被公認為發電設備制造業“皇冠上的明珠”。中國電力企業聯合會發布《“十三五”天然氣發電需求預測》，報告指出，到2020年，我國天然氣發電裝機規模將達1億千瓦左右，占總發電裝機4.71%。在巨大的市場需求和國產化呼聲面前，燃氣發電設備仍然任重道遠。

作者簡介：

張小治（1983—），男，陜西寶雞人，大學本科，學士學位，助理工程師。