燃氣發(fā)電設(shè)備與技術(shù)發(fā)展探討

摘 要：針對天然氣發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展前景，結(jié)合燃氣發(fā)電現(xiàn)存主要問題與矛盾，對加快燃氣設(shè)備與技術(shù)發(fā)展進行論述。

關(guān)鍵詞：燃氣發(fā)電；燃氣設(shè)備；燃氣發(fā)電技術(shù)

天然氣是化石能源中最潔凈的燃料，在燃燒性能、熱值、運輸?shù)雀鞣矫娑际亲顑?yōu)質(zhì)的燃料。燃氣發(fā)電既有利于高品位能量的轉(zhuǎn)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(yōu)點。在集中式天然氣發(fā)電方面，未來隨著天然氣勘探開發(fā)和海外引進步伐的加快，天然氣在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)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(fā)展天然氣發(fā)電的力度，有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)能源的清潔高效利用。據(jù)《2015-2020年中國天然氣發(fā)電行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》顯示，截至2011年底，我國天然氣發(fā)電裝機容量達到3265萬千瓦，占全國總裝機的3.09%，發(fā)電量1048億千瓦時，占全國總發(fā)電量的2.22%，發(fā)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(fā)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(fā)裝機容量已達4668萬千瓦，發(fā)電量1143億千瓦時。我國在天然氣應(yīng)用和天然氣發(fā)電上與世界工業(yè)發(fā)達國家相比有巨大差距，努力推動我國天然氣發(fā)電的任務(wù)是緊迫的，有很大發(fā)展空間。

1.燃氣發(fā)電現(xiàn)存主要問題與矛盾

1.1燃氣發(fā)電核心技術(shù)未完全掌握，制約燃氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前，國內(nèi)制造企業(yè)與國外企業(yè)合作中在關(guān)鍵技術(shù)方面存在壁壘，對燃氣發(fā)電核心技術(shù)還不完全掌握，燃機設(shè)計制造中燃燒器、透平葉片等熱部件完全依靠進口，發(fā)展存在瓶頸。國內(nèi)制造企業(yè)雖然能夠制造、組裝燃氣發(fā)電機組，但在整機設(shè)計、熱部件材料制造以及冷卻和隔熱涂層等關(guān)鍵技術(shù)方面尚未實現(xiàn)實質(zhì)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(shè)備設(shè)計制造核心技術(shù)不掌握的制約，國內(nèi)對整機檢修維護核心技術(shù)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(fā)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(shù)不能自主調(diào)整，運行安全存在隱患。燃燒調(diào)整為原廠商的核心技術(shù)，必須由原廠商進行。燃機發(fā)電企業(yè)沒有掌握整機燃燒調(diào)整的標準和參數(shù)，運行人員不能通過燃燒自動調(diào)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(fā)電設(shè)備設(shè)計制造質(zhì)量存在問題，影響機組運行可靠性

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

1.3燃氣發(fā)電并網(wǎng)運行存在薄弱環(huán)節(jié)，影響安全生產(chǎn)

機組在非安全區(qū)域運行，增加停機概率。部分燃氣發(fā)電企業(yè)和調(diào)度機構(gòu)對機組非安全區(qū)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(tǒng)安全防護管理不完善，存在安全漏洞。部分企業(yè)二次系統(tǒng)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(guī)定，安全防護裝置不符合要求。分布式和非常規(guī)天然氣發(fā)電還需要不斷總結(jié)提高。分布式天然氣發(fā)電以及非常規(guī)天然氣發(fā)電還處于起步示范階段，關(guān)鍵零部件制造、系統(tǒng)集成還不夠成熟，有關(guān)組織設(shè)計、施工安裝、運行維護和安全管理等工作需要不斷總結(jié)、分析。燃機專業(yè)技術(shù)力量不足，不能適應(yīng)燃機產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展需要。目前，我國燃氣發(fā)電專業(yè)技術(shù)人才短缺，且流動性大，尤其是掌握燃機運行維護經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)力量儲備不足，專業(yè)技術(shù)力量不滿足燃機快速發(fā)展需要，給電廠安全生產(chǎn)帶來隱患。

2加快燃氣設(shè)備與技術(shù)發(fā)展

2.1燃氣設(shè)備發(fā)展

燃氣發(fā)電有兩種主流設(shè)備，一種是燃氣輪機，一種是燃氣內(nèi)燃機。燃氣輪機適合大功率發(fā)電系統(tǒng)，一般電站容量在10兆瓦以上，單機功率大于5兆瓦。燃氣內(nèi)燃機適合中小發(fā)電系統(tǒng)，容量多在10兆瓦以下，單機功率小于2兆瓦。現(xiàn)在，燃氣內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展很快，國內(nèi)對燃氣內(nèi)燃機核心技術(shù)的掌握和核心部件生產(chǎn)能力的突破，迫使進口燃氣內(nèi)燃機價格下跌了50%以上，同時進口設(shè)備配件費用也大幅降低。在燃氣內(nèi)燃機領(lǐng)域，‘洋品牌的壟斷局面已不復(fù)存在。

在中小燃氣發(fā)電設(shè)備方面，國產(chǎn)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(nèi)廠家依托原有的柴油內(nèi)燃機生產(chǎn)、研發(fā)基礎(chǔ)，迅速推出一批燃氣內(nèi)燃機產(chǎn)品。比如在低熱值、變濃度、高含氫等燃氣領(lǐng)域，勝動集團實現(xiàn)了與國外同步研究，使得“勝動”機組對這類燃氣的適應(yīng)性超過了進口機組，不僅在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，還批量進入東南亞、東歐和南美地區(qū)。近年來，歐美和日韓的企業(yè)也開始前來采購我國低熱值燃氣內(nèi)燃機到本國使用。盡管目前國產(chǎn)燃氣內(nèi)燃機綜合性價比優(yōu)于進口產(chǎn)品，但在自動化管理技術(shù)、發(fā)電效率以及整機技術(shù)水平方面，全面趕超進口機組尚需時日。何況國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)薄弱，核心材料和熱處理技術(shù)、高精度加工能力等與發(fā)達國家存在較大差距。

2.2燃氣技術(shù)發(fā)展

作為一種典型的軍民兩用技術(shù)，我國早在上世紀80年代以前，在消化吸收前蘇聯(lián)技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)能夠自主設(shè)計、試驗和制造燃氣輪機，開發(fā)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(shù)仍掌握在英美德日等發(fā)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(shù)，同時加強燃氣輪機基礎(chǔ)核心技術(shù)的研究開發(fā)。從燃氣輪機部件的角度分析，當代燃氣輪機主要關(guān)鍵技術(shù)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(tǒng)、鎳基超級合金葉片材料與制造等。在未來相當長的時期內(nèi)，我國燃氣輪機研究重點應(yīng)圍繞兩個方面展開：一是用于IGCC發(fā)電的煤氣化燃氣輪機核心技術(shù)的研究開發(fā)；二是燃燒室與透平等熱端部件關(guān)鍵問題。這是燃氣輪機的核心技術(shù)和難點，也是我國自主研發(fā)燃氣輪機技術(shù)的重中之重。

隨著經(jīng)濟的騰飛、資源的開發(fā)和技術(shù)能力的不斷提高，對關(guān)鍵設(shè)備核心技術(shù)的研發(fā)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(shù)之大成，早已被公認為發(fā)電設(shè)備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布《“十三五”天然氣發(fā)電需求預(yù)測》，報告指出，到2020年，我國天然氣發(fā)電裝機規(guī)模將達1億千瓦左右，占總發(fā)電裝機4.71%。在巨大的市場需求和國產(chǎn)化呼聲面前，燃氣發(fā)電設(shè)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。