燃气轮机发电技术及其在我国的应用.doc

燃气轮机发电技术及其在我国的应用 糜洪元 (中国电机工程学会燃气轮机发电专业委员会广东深圳518052) 摘要：本文对燃气轮机发电技术的进展和在电力结构中的作用作分析，根据我国应用现况和 发展前景，提出我国进一步提高整体水平必须解决和重大关键技术问题。 关键词：代表性技术；电网补充；发展前景；整体水乎；关键技术 R K X K y 半个世纪前工程热力学论断一种新颖的热力机械燃气轮机将有广阔的发展前途。我们看 到这一技术从理论到实践，不断成熟、发展，经历了漫长的历史长河。现代燃气轮机已进入 一个高度发展的时代，各种机型及其组成的各种总能系统，以其高超的性能指标，在发电领 域广泛应用。在我国，随着经济的高速发展，以及能源结构的调整和电力市场的需求，发展 燃气轮机技术是当前十分急切的论题。在国家大力支持下，以引进国外先进技术消化吸收， 以及走积极自主开发来发展我国燃气轮机产业，我们正在迈出重要的一步。分析燃气轮机发 电具有代表性的技术，了解其被大量应用的各个方面，可为提高我国燃气轮机发电设计、运 行、维修的整体水平指出方向。 1燃气轮机发电具有代表性的技术 燃气轮机发电快速扩大应用取决于技术的高度发展，而其核心技术是达到最高的能源利 用效率，实现布雷顿(Bragton)循环和朗肯(Ranking)循环的结合，逐步超过和扩大与常规 火力发电技术的差距。五十多年来具有代表性的技术进展有： (1)透平前燃气的进口温度由早期的600—7000C，到现在一般水平都已超过11000c，有 些已投入商业运营的机组，燃气进口温度达到1288。c，高的甚至达1430。C。 (2)燃气轮机简单循环的热效率已由早期的16％～25％，现已提高到36％以上，高的达 38％一39．5％。 (3)燃气轮机高温部件(涡轮喷咀、动叶)的材料，由最早的GJ450、U500、In738等一 般合金材料，发展到合金金相结构控制的材料，出现了同向结晶或定向结晶的GTDlll、DS GTDlll，必威体育精装版材料已使用单晶工艺。金属材料的进步还表现在涂层的应用上。涂层减轻了 腐蚀和氧化，使用寿命增长了10—20倍，早期有铂铝(Pt A1)涂层，后来又发展等离??保 护GT-29和GT-291N-PLUS TM等。先进材料和涂层的应用使透平前燃气进口温度提高150— 200。C左右。 (4)在改进高温部件材料的同时又不断改进冷却技术。早期喷咀和动叶采用对流、冲击 等空气冷却，现已广泛采用气膜冷却、发散冷却。必威体育精装版蒸汽闭式循环冷却技术可使透平前燃 气进口温度再提高500—800。c。 (5)燃气轮机简单循环单机功率由早期的几千千瓦发展到IOOMW以上等级的大机组， 近年来250～300WM的机组也已投入商业运营。 ·27·  (6)燃气轮机发电广泛实现能量的综合利用，循环方式多样化，特别是燃气．蒸汽联合 循环发电技术更为完善，净凝发电装置净效率已提高到58％～60％，燃气．蒸汽联合循环热 电联供热效率更可达到70～80％。 (7)二次大战后随着人们对可持续发展战略认识的提高，对能源有效利用和环境减少污 染的要求大大提高。燃气轮机排气CO：、s02、NO。等温室气体排放可控制到较低的水平， 成为当代世界上排放污染最小的发电技术。 虽然蒸汽轮机发电以超临界或超超临界提高蒸汽初参数来提高热效率，但是毕竟不及燃 气轮机采用燃气的布雷顿循环更有效，且随着蒸汽参数的提高，技术上的困难性以及造价和 可靠性都受限制。表l列举常规火力发电和燃气．蒸气轮机联合循环发电效率的实例比较。 裹1超临界、超超临界汽轮发电机组和燃气．蒸汽轮机联台蒲环发电效事的实例比较 2充分发挥燃气-蒸汽轮机联合循环在电力结构中的作用 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部分。例如美国能源部能源 信息中心(DOE．．DIA)统计，截止1998年1月1目，美国Utility燃气轮机及联合循环装机 容量达79355MW，占美国Utility总装机容量750920MW的10．5％。从世界各国新增发电容量 来看，燃气轮机发电更占主要份额，越来越显示其可发挥重要作用，主要表现在： 1．大型燃气轮机和联合循环发电机组在替代燃煤蒸汽轮机发电机组 近一、二十年来世界主要燃气轮机发电设备制造商注重发展大功率机组，燃气轮机简单 循环到功率已到200．250MW，联合循环(以一拖一而言)已到350—400blW功率等级，基 本上达到常规燃煤大功率蒸汽轮机发电机组的水平。这样，燃气轮机发电方可替代蒸汽轮机 发电。根据世界燃气轮机(World Gas Turbine)报导，1996年6月到1997年5月为例，世界 燃气轮机订货数达892台，总功率28552MW，1998年6月到1999年5月，世界燃气轮机订 货量达875台，总功率翻了