重型燃氣輪機現狀與發展趨勢

何彬

摘 要：本文針對重型燃氣輪機發展現狀進行剖析，結合重型燃氣輪機總能系統、壓氣機技術、燃燒技術、透平冷卻技術等關鍵技術，研究重型燃氣輪機核心技術，目的在于提升重型燃氣輪機的工作效率、實現低排放，通過余熱鍋爐和汽輪機的利用、電氣自動系統、輔助設備的穩定保證，提升效率、保護環境是未來發展趨勢，推動行業經濟的穩定發展。

關鍵詞：重型燃氣輪機；總能系統；壓氣機技術

重型燃氣輪機是以非常高速度旋轉的葉輪機械裝置，在具體工作中，該裝置主要經過壓縮空氣和加熱燃料、氣體膨脹、熱量釋放四個過程。而具體操作過程中，該裝置主要由燃氣輪機的壓氣機、燃燒室、透平、排氣擴散段等裝置組成，增加余熱鍋爐、汽輪機是利用燃氣輪機高溫排氣的延續。隨著可持續發展理念的提出，人們對資源利用率有了新的要求，通過提升重型燃氣輪機的工作效率，對促進行業經濟良性發展有著非常積極的意義。

1重型燃氣輪機發展現狀

重型燃氣輪機的研發時間相對較早，在上世紀中葉，重型燃氣輪機正式服務于電力行業。但是在最初的應用階段，因為重型燃氣輪機的容量較小，工作效率低下，所以該設備在最初的應用階段只用作緊急電源來使用。但是自從電網事故發生過后，人們開始認識到重型燃氣輪機的重要性，開始在正常運作系統中添加重型燃氣輪機設備，并且與其相關的設備也開始逐漸完善，尤其是進入上世紀八十年代，技術進入新的研發階段，重型燃氣輪機迎來了新的發展機遇，工作效率和設備容量得到了顯著提升。相比于國際發展而言，我國重型燃氣輪機起步時間相對來說較晚一些，從上世紀中葉一直到七十年代，我國先后成立了多家汽輪機廠，并且成功研發符合我國國情發展需求的重型燃氣輪機，但是與國際發展水平來講還是有一定差距。并且在國家資源政策調整的背景下，整體市場進入了短暫的儲備期，很多廠家紛紛停業，調整整體的生產結構，一定程度上限制了重型燃氣輪機的發展。但是后續人們重新認識到重型燃氣輪機使用的重要性，開始重新調整生產技術結構，為重型燃氣輪機發展奠定了良好的基礎[1]。

2重型燃氣輪機關鍵技術分析

2.1總能系統

現階段國際上正在致力于研究以重型燃氣輪機為核心的總能系統。總能系統是以重型燃氣輪機運行為基礎，實現各環節精準控制的運行系統。根據其應用功能性，總能系統可以分為濕空氣透平循環系統、磁流體發電聯合循環系統、化學排熱回收燃氣輪機系統等。濕空氣透平循環系統是對工作環境的濕度進行控制的系統，通過合理調配空氣濕度，能夠有效防止系統由于靜電干擾引發安全隱患。磁流體發電聯合循環系統是進行磁流體情況調整的系統，能夠有效降低電氣系統運行過程中產生的電磁干擾。化學排熱回收燃氣輪機系統是用于能量重復利用的系統，該系統能夠有效提升資源的利用效率。在未來發展過程中，此類系統都擁有非常良好的產業發展前景[2]。

2.2壓氣機技術

壓氣機技術是對空氣進行壓縮升溫及空氣合理分配的技術。因為在燃料燃燒過程中，需要送入適量的空氣，尤其是在高密度工作條件下，壓氣機的供氣能力直接影響燃燒室的燃燒情況。在具體應用過程中，技術人員需要重點關注高性能壓氣機的研發工作，完成基礎測試之后，可以借助相關模擬設備對該裝置運行情況進行模擬運行，根據模擬運行的結果進行裝置調試，如借助先進的可控擴壓的亞音速及跨音速設計方法對其進行設計調試，進而提升系統整體運行的穩定性[3]。

2.3透平冷卻技術

透平冷卻技術是提升重型燃氣輪機初始溫度的重要技術支撐。因為在實際運行過程中，提高透平進口溫度是提高燃氣輪機性能的有效措施，但這在很大程度上卻要受到透平部件（特別是葉片）結構強度的限制，若不能對其進行有效控制，不僅會降低資源利用效率，而且因為溫度不可控，還會危害透平部件的壽命，增加安全隱患發生概率。因此，冷卻技術的應用能夠有效避免這一情況的發生，在提升裝置冷卻的同時，還能維持工作狀態下的初始溫度，保證透平安全穩定。

2.4燃燒技術

為滿足日益嚴格的環保要求，世界各大重型燃氣輪機制造商都發展了各自的控制污染排放的技術。對于低污染燃燒室的基本要求是：燃料的適應性好、燃燒穩定性好、滿足環保要求。適應性是指燃料可以滿足大部分工作條件，可塑性較強。穩定性是燃料選擇的基本要求，由最早時期的擴散燃燒模式，經過DLN1.0燃燒模式，慢慢發展到今天的DLN2.6燃燒模式，以及西門子的環形燃燒模式，目前DLN2.6和環形燃燒是最高級別的燃燒模式。

3重型燃氣輪機發展趨勢

3.1燃氣輪機

常規的燃氣輪機以天然氣和輕質液體燃料為燃料。由于資源和經濟上的各種原因，某些用戶要求重型燃氣輪機燃用渣油、原油或低熱值煤氣，在整體煤氣化聯合循環發電系統（IGCC）電站中的燃氣輪機需燃燒由煤氣化凈化后獲得的中、低熱值合成煤氣。為了滿足市場的上述要求，各大公司均相繼進行了重型燃氣輪機燃燒渣油或重油時的技術研究工作，包括燃燒室的改型設計，燃氣透平葉片材料的處理，燃料及燃料控制系統、有關輔助系統設計及運行規則的制訂等工作。

3.2余熱鍋爐和汽輪機

余熱鍋爐和汽輪機在重型燃氣輪機運作系統中扮演著非常重要的角色。根據能量守恒定律可得，燃氣輪機工作過程中產生的熱量也能夠進行利用。余熱鍋爐就是在實際應用過程中，對剩余熱量進行利用的設備裝置，在未來發展過程中，余熱鍋爐的研發方向就是能量轉換效率，可以在余熱鍋爐中添加輔助燃燒裝置，可以對余熱鍋爐增加蒸汽流量和提高溫度，將應用效率提升15%到20%。汽輪機是進行蒸汽能量轉換的裝置，在未來發展過程中，技術人員需要著手減少冷源損失的技術研究，進而提升汽輪機的效率。

3.3電氣自動化系統

電氣系統在重型燃氣輪機系統中屬于非常基礎的應用結構。但是也是保持重型燃氣輪機正常工作的重要保障。目前隨著機械化模式的逐步推廣，電氣系統也開始轉向自動化發展模式。自動化發展模式最大的應用優勢就是可以減少人為操作失誤，提升系統運行的穩定性。結合現階段技術發展趨勢來看，未來電氣系統會沿著智能化方向發展，相比于自動化應用模式，智能化運行模式是在原模式基礎上增加了智能調配。通過相關程序語言，能夠對目前操作狀態進行精確控制，進而提升整體系統的運行效率。

3.4環保系統

在系統運行過程中，進行物質燃燒，勢必產生排放，雖然天然氣是潔凈的能源，但是并不是不會生成影響環境的污染物（主要成分CO、NOX、粉塵），這些污染物會影響環境，不利于未來經濟發展。在未來發展過程中，環保系統的首要任務就是保證污染物的排放，提升系統的燃燒性能，提高運行品質；有時候如果操作不當將會引起較大的環境污染，威脅生產的安全性。因此未來發展中，節能環保性是需要重點考量的因素，在確保系統節能環保性的基礎上，再提升整體環保系統的其他功能性特征。

3.5輔助設備

輔助設備是提升重型燃氣輪機運行穩定性的相關設施。在未來發展過程中，輔助設備的發展方向就是精細化和功能化。精細化是根據重型燃氣輪組的發展特點，設計針對性較高的輔助設備，該類設備能夠有效提升各個環節進行的可靠性，確保機組運行的安全性。功能化是在資源結構調整背景下，輔助設備需要具備更多的功能化運行特征，使其可以更好地契合發展模式，提升整體系統發展的可靠性。

結束語

綜上所述，相較于其他發達國家，我國重型燃氣輪機還有很大的發展空間，為了快速追趕上其他先進國家，幫助我國在國際市場中搶占有利位置，我們需要認清目前我國和其他國家的真實差距。針對目前發展中遇到的問題制定針對性解決建議，對加快我國行業技術發展速度，促進行業經濟穩定發展有著非常重要的意義。

參考文獻

[1] 高振桓，楊照宏.重型燃氣輪機熱端部件材料發展現狀及趨勢[J].航空動力，2019（02）：70-73.

[2] 劉帥，劉玉春.重型燃氣輪機發展現狀及展望[J].電站系統工程，2018，34（05）：61-63.

[3] 劉毅敏.淺談重型燃氣輪機現狀與發展展望[J].中國設備工程，2018（10）：155-156.