微型电网和小型燃气轮机发电机

微型电网

2004 . 6 D Q G Y 39

摘　要：本文介绍了微型电力网和可能成为微网中主要发电设备的小型燃气轮机高速发电机组，说明了在分布式发电系统中微型电网的重要作用它在发展可再生能源中的必要性。本文还着重介绍了高速发电机的构造和它的特点。

关键词：微型电力网，小型燃气轮机，高速发电机

微网技术是指将一定区域内

（例如某一街区、某几个大型建筑物）或某些企事业内各单位拥有的分散的发电资源（例如自行供电的发电设备或备用发电机组、太阳能发电装置、风力发电设备等可再生能源发电装置）联结起来共同向各单位供电，并通过配电网与主干大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型发电设备联合运行的系统。各单位可依赖大型电网的供电取得大量廉价电能，同时也可以在本单位的发电能力有富余时，向大型电网回馈电能。

把各单位分散的小型发电设备联结成网并与大型电网联网运行是一个新概念、新技术，并将带来一系列要求解决的新的科学技术问题。这些问题大体上是微电网本身的控制和调度，微网运行对大电网的影响，以及电网的经济性和它的故障

处理等。也许有人会提出这样的疑问，即把各分散发电的单位改由大电网统一供电在技术上是一个进步，可以大大提高整个供电系统的经济性，为什么又要提出分散供电这种措施？这是因为，随着技术的进步，各种客观因素如环保、可靠性等的要求，微网与大电网的并联运行并不只是回到独立分散供电方式上去，而是解决上述多种问题的一种途径。与大型电网单独供电的方式相比，微网与大型电网结合所带来的优点是明显的。概括起来，可列出下列几方面。

首先是可使各种发电设备的能力得到充分的利用，减少主干电网在峰值负荷时期所承受的紧张情况。这几年我国大部分地区电力供应不足，在峰荷期间不得不拉闸限电，给生产生活带来不利影响。在这种情况下，微网中的发电设备就可以提供补充电力以弥补主干网的电力不足，也就是让微网起到削峰的作用。由于微网中的发电设备通常会包括

可再生能源，如太阳能发电或几罗发电，它们由于本身的要求一般都有储能设备，有利于在峰荷期间补充电力供应。这种相互补充的特性是微网和主干大电力网并联运行的一大特点。

其次是加强了供电可靠性。由于用电负荷在这种方式下不再仅依赖于主干网的供给，供电可靠性将大为提高。大电网的可靠性问题始终是一个长时间以来一直困扰人们的难题，迄今也未能得到最好的解决。美国在２００３年夏发生东部大停电后曾提出要投资１０００亿美元来改造它的电网以提高其可靠性问题，但短期内似尚无可能付诸实现。因此，对重要单位来说，应急用的自备发电机组还是必不可少的措施。如果各单位将自备的各种发电设备，包括备用发电机组有效地利用起来并组成微网，就可大大提高供电可靠性。同时，将自备机组并入微网而不是一家一户独自满足本身需要的情况下，各单位的总装机容量也可以相应减小，这将提高备用或自备发电机组的经济性。

第三是提高了整个电网的运行效率，同时还可以减少对环境的污染。在微网和主干网并联运行时，可以让微网主要承担峰荷。在这种情况下，主干网带的是基本负荷。这将

目前国内外电力和电工行业在研究发展微型电力网（简称微网ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）技术。微网的核心是新型动力机械和新的发电技术、可再生能源发电技术和储能技术的综合。这一新动向不仅对电力行业有重要意义，也给电工制造行业提出了新的挑战和机遇。本文将对此作一简要的评述。

和　小型燃气轮机发电机

技术前沿／

　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?

ＣＥＥＩＡ

■　文／　中国科学院电工研究所沈国

使主干网中的发电站处于最经济的方式下运行，即运行在最高效率的条件下，而且很少承担或者只是较平衡地承担负荷的突然变化，使大型电站的锅炉、发电机组等都在理想条件下运行。这不仅带来运行效率的提高，也减少了污染物排放的总量，有利于环境保护。同时，同于微网都处于负荷中心，没有主干网长距离输电和升降电压带来的输电损耗，因此提高了整个网络的经济性。

此外，还有值得一提的就是微网的发展前景。分散供电的微型电网具有很强的生命力和发展前途。这除了述原因外，人们对可再生能源的需求与广泛利用也是一个重要因素。一般说来，可再生能源都有分散性和规模不大的特点。另外，它们受自然条件的制约不能长时间稳定供电，除非具备储能装置。这些特点决定了把可再生能源的发电设备联入微网的必要性。因为在联网之后，它们才能最大程度地发挥自己的优势而避免它们的缺点。从科学的发展观来说，发展可再生能源是解决我国能源供应的必由之路。国外在这方面已经作了许多研究和实际的开发利用。我国也正大力开展这方面的工作，据我国某权威单位的研究预测，到２０５０年，在优先考虑环保的条件下，我国可再生能源占全部能源的比例将高达３０％左右，成为最主要的能源供应要素。即使按常规的发展条件，可再生能源的比重也将达到１８％。因此，发展可再生能源的发电设备以及它们与微网的联结，将是电工界的一项重要任务。

微网中除了可再生能源发电设备以外，当前最热门的动力发电机组是小型燃气轮机和高速发电机的组合。这种新型机组有许多优于现有的内燃发电机组和小

型蒸汽涡轮发电机组的特点，因

而将取代它们成为微型电网中的

主力机组。下面将对它们作一简

要介绍：

微型燃气轮机发电机组的构成

如图１所示。它包括：１）燃气（天

然气）压缩机；２）空气压缩机；３）

换热器；４）低排放燃烧室；５）压缩

机用涡轮机；６）动力涡轮机；７）高

速发电机；８）电力电子装置（整流

器和逆变器）。

燃气压缩机把管道供应的燃气

加压到例如１０个大气压或更高。高

压空气压缩机把助燃用的洁净空气

加压同时压缩加热到高温高压，再

经过换热器进一步加热后与燃气一

起送到燃烧室燃烧。燃烧室设计成

可得到低排放的燃烧，其Ｎｏｘ的排

放量可低于１０Ｖｐｐｍ，ＣＯ则低于

２０Ｖｐｐｍ，以满足环保要求。燃烧后

的高温高压气体送到空气压缩机的

涡轮机再到驱动高速发电机的动力

涡轮机。为了配合各自所带机组的

转速要求，这两台涡轮机不在同一

个机械轴上而是分别耦合到各自所

驱动的机组上。经过燃气轮机作功

后的气体经过换热器去加热压缩

缩空气后可以直接排放，但更合理

的是送到冷热电联供单元供制冷或

制热用，以便更有效地利用热能。这

也是这种系统的另一优点。

燃气轮机的运转速度很高，因

此它所驱动的发电机也应该是高速

发电机。在这种情况下发电机制输

出不再是通常５０赫的工频，而可达

数千赫的范围。为此，发电机的输出

要经过整流和逆变电路，变成５０赫

后再送入配电网供用户使用。这样，

系统中多了一个整流逆变的环节，

但可省去降压变压器。

小型燃气轮机和高速发电机的

组合比起传统的小型汽轮发电机组

或内燃发电机组来，大致有下列优

点：１、基建投资低，速度快。据国

外资料，对于５００ｋＷ这一规模的小

型燃气轮发电机组，其投资约为

７００美元／ｋＷ，而同容量的小型汽

轮发电机组则可达１５００美元／ｋＷ

或更高。２、小型燃气轮发电机组的

运行效率一般都较高。例如上述容

量的机组在有热交换器的条件下其

系统热效率可达３４％，而同容量的

小汽轮机组则为２８％。３、小型燃气

轮机的转速较高，适合驱动高速发

电机组，特别是轴向磁通的高速发

电机。这里对这种高速发电机作一

简单说明。与小型燃气轮机配套的

高速发电机和传统的同步交流发电

机有很大不同。传统的同步发电机

的磁通走向是径向的，而这种高速

发电机的磁通却是轴向的。它的示

意性构造如图２所示。转子是盘状

结构的，其上嵌有以钕铁硼材料制

成的磁极以产生轴向磁通。定子上

绕制着定子线圈，但定子上没有像

传统电机中那样的铁芯，因此可大

大减轻发电机的重量。转子和定子

可根据需要有若干对组成，它们都

同轴地装在一个机械轴上（图中显

示出了一个定子）。在两端的转子

上各有铁质端盘一个以闭合磁路。

当转子转动时，不同磁极的磁通相

继切割定子线圈而产生感应电热。

由于转子和定子对的数量可以根据

功率需要而增减，因此对这类电机

的设计和批量生产带来了灵活和方

便。由于定子和转子上都没有齿

槽，所以非常适合于高转速下运

行。另外，不论定子或转子都没有

常规发电机上不可缺少的端部绕

组，彻底消除了常见的端部绕组的

故障，从而大大增加了可靠性。这

种发电机制优点是明显的。概括起

来大致有以下方面：１、重量轻、体

积小，其重量仅为常规发电机的

TECHNOLOGY ／技术前沿

40 D Q G Y 2004 . 6

２０％到５０％。例如一台４００ｋＷ的高速发电机其重量约为５７ｋｇ，长度约０．５５ｍ，直径约０．３５ｍ，加上整流器逆变器及开关设备等重约６７５ｋｇ，其机箱的长宽高分别为０．４５、１．２和２．５ｍ。相比之下，同容量的传统发电机最大重量可达３０００ｋｇ左右，直径和长度分别约１．５ｍ和０．９ｍ。可见其差别很大。一般说来，高速发电机的功率密度约为传统发电机的２．２到４．８倍。２、不需减速齿轮而直接耦合到高速的燃气轮机上，有利于降低成本，减少噪声，提高可靠性、以及减少维护工作。３、在使用逆变器的情况下，频率稳定性可达±０．０５赫，接近于大型主干网的±０．０３赫的要求，而远高于一般小型发电厂所能达到的标准。４、即使在原动机转速大幅度波动时（例如１０％），电压调整率仍可保持在很小的范围，例如±０．５％。这是因为整流器逆变器电路能快速响输出电压的变化而自动调整。５、基本上没有励磁电流和铁损，可提高效率，减少发热。６、可耐受较大的相间不

平衡的负荷，例如高达５０％，这对

大型电机是不可接受的，但高速发

电机系统在此条件下仍可保持小于

３％的总谐波分量和２０％的不平衡

电压。７、由于这种电机的气隙是平

面形的，而且定子线圈直接暴露在

气隙中，周围没有齿槽铁芯围绕，

因此气冷散热的条件比传统电机要

优异得多。另外转子没有励磁线

圈，产生热量要少得多，所以温升

较低，有利于延长寿命。８、由于有

逆变器将发电机和负荷隔离，发电

机不易受非线性负荷谐波的影响。

９、逆变器容许的过载电流极限可

以通过参数设计来规定，因此它可

以兼顾继电保护的要求和发电机过

载电流的限制。１０、便于生产不同

容量的发电机，因为在一定范围

内，只要增加轴上转子和定子的对

数，就可增加容量。１１、具有较大

的承受大容量马达启动电流的能

力。这是因为在高速转动下的转子

具有更大的转动惯量，也就能承受

更大的瞬时负荷冲击。

以上简要介绍了微型电网和可

能成为微网中主要发电设备的小型

燃气轮机高速发电机组的概况。实

际上，微网的发电设备可以包含更

广泛的新型电源。微网技术与分布

式发电系统是密切相关的。分布式

发电系统是将目前以大电站为主的

供电方式改变成由分布在各负荷中

心的小型多品种的发电设备同时供

电的方式。这样有利于充分利用多

种参源，特别是可再生能源和低污

染能源。例如氢能的利用也已提到

了议事日程上，以氢和天然气重整

作为燃料的燃料电池已经达到了实

用化的程度。这些发电方式都具有

小型、分散的特点，分布式发电系

统就是在这种前提下诞生的。虽然

它目前还处于起步阶段，但具有广

阔的前景。这为电工行业提出了新

任务新要求，应该引起我们的重

视。电器

技术前沿

／　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＣＥＥＩＡ

2004 . 6 D Q G Y 41

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版

Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重

视。 1.燃气轮机及其发电机组现状浅析 1.1.燃气轮机浅析作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热

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微型燃气轮机的应用和发展前景摘要微型燃气轮机是一类新型热机，近年来随着全球范围内的能源与动力需求,特别是电力系统的放松控制以及环境保护等要求的变化，得到了高度关注和迅速发展。先进的微型燃气轮机具有清洁、可靠、高质量、多用途等特点，为小型分布式发电和热电联供提供了最佳方式。另外高效的微型燃气轮发电机组可用于航空、航天等领域，还可用于军用车辆、辅助动力装置、车用混合动力装置等。本文通过介绍国外微型燃气轮机的发展过程及应用情况，综述了先进微型燃气轮机的技术进展，探讨了微型燃气轮机在我国的应用前景。关键词：微型燃气轮机分布式发电热电联供径流式叶轮机械混合动力汽车

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送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气初温为1124℃，机组为全自动化及遥控，从启动到满载正常时间为约20分钟，机组使用MARKⅤ控制和保护系统.

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国内外燃气轮机发电技术的进展与前景

国内外燃气轮机发电技术的进展与前景 1前言随着社会生产力水平的不断提高和经济的迅速增长，对于能源的需求也在快速增长。目前，世界火电站汽轮机长期占统治地位的局面已开始动摇，“大型电站以联合机组为主，中、小型机组以热电并供居多”已是许多工业发达国家电站发展的主要格局。燃气轮机具有极强的适配性，能够作为多种发电模式，以成为当今世界发电的主要形式之一，由于该装置，特别是联合循环发电装置具有效率高、机动性好，不仅可以作为电网的调峰机组，且更多地用于电网的基本负荷发电，又能满足日益严格的环保要求，其地位将得到巩固和加强。我国自改革开放以来，随着电力工业的迅猛发展和电网峰谷差的日趋增大，燃气轮机发电得到重视和发展。近几年已相继兴建了一批具有80年代国际先进水平的机组，在缓解电力紧缺的同时，有效地发挥了其增强电网调峰能力的作用。跨入21世纪，随着科技发展、能源政策的调整，如何高效、洁净利用化石能源已成为电力领域的突出问题。燃气—蒸汽联合循环发电越来越受到国家有关方面的重视，必将得到进一步的快速发展。 2 国际燃气轮机发电技术

燃气轮机是从20世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的，由于当时机组的单机容量小、热效率低而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组。60年代加深了对电网中必须配备一定数量的燃气轮发电机组的认识，从安全和调峰的目的出发，燃气轮发电机组在电网中的比例达到8％～12％。从80年代以后由于燃气轮机的功率和热效率均得到很大程度的提高，特别是燃气—蒸汽联合循环机型成熟，再加上世界范围内天然气资源进一步开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了明显变化，它们不仅仅可以用作紧急备用电源和调峰负荷机组，还能带基本负荷和中间负荷。美国在1990～2000年期间新增长的发电容量为1．13亿kW，其中燃气轮机电站和蒸汽轮机电站的容量分别为44％，第一次出现了朗肯循环和布莱顿循环平分秋色的局面，在德国前者则占2／3左右，由此可见在世界范围内燃气轮机及其联合循环已成为火电发展的主要方向。近几年来，世界燃气轮机工业取得相当的成就和飞速的发展，几家著名的公司GE、ABB、Siemens、西屋等均与航空发动机设计、研究、制造厂彼此联营，保证及时地把航空发动机领域内的先进技术用来武装重型燃气轮机，以确保技术的先进性。如压气机已采用“可控扩压”的概念进行设计，把单轴压气机的压缩比提高到了24～30的水平，透平叶片采用了航空机组的先进冷却结构和定向结晶制造工艺，使透平前的燃气温度提高到了1300℃的水平，由此明显地提高了机组的输出功率和热效率。如GE公司的9FA、Siemens的V94．3A等典型机组的燃机单循环功率为266MW，燃气初温为1270～1300℃，压缩比为16，

微型燃气轮机

微型燃气轮机 1.微型燃气轮机的结构：微型燃气轮机是热电联产发电机组，这种微型燃气轮机采用的几项关键技术如下：（1）空气轴承。空气轴承支撑着系统中唯一的转动轴。它不需要任何润滑，从而节约了维修成本，避免了由润滑不当产生的过热问题，提高了系统可靠性。它可使微型燃气轮机以最大输出功率每天24h全年连续运行。（2）燃烧系统技术。已取得专利的燃烧系统设计使其成为最清洁的化石燃料燃烧系统，不需进行燃烧后的污染控制。（3）数字式电能控制器。将电力电子技术与高级数字控制相结合实现了多种功能，如调节发电机发电功率、实现多个燃气轮机成组控制、调节不同相之间的功率平衡、允许远程调试和调度、快速削减出力、切换并网运行模式和独立运行模式。数字式电能控制监视器可监视多达200个变量，它可控制发电机转速、燃烧温度、燃料流动速度等变量，所有操作可在一套界面友好的软件系统上进行。 2. 微型燃气轮机的优点：（1）环保。微型燃气轮机的废气排放少，使用天然气或丙烷燃料满负荷运行时，排放的体积分数NOx小于9×10-6；使用柴油或煤油燃料满负荷运行时，排放的体积分数NOx小于35×10-6；采用油井气做测试，排放的体积分数NOx小于1×10-6。其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生的NOx比微型燃气轮机多10~100倍，柴油发电机产生的NOx是微型燃气轮机的数百倍。（2）维护少。微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术，系统内部不需要任何润滑，节省了日常维护。每年的计划检修仅是在全年满负荷连续运行后更换空气过滤网。（3）效率高。微型燃气轮机发电效率可达30%，联合发电和供热后整个系统能源利用率超过70%。（4）运行灵活。微型燃气轮机可并联在电网上运行，也可独立运行，并可在两种模式间自动切换运行。由软件系统控制两种运行模式之间的自动切换。（5）适用于多种燃料。微型燃气轮机适用于多种气体燃料和多种液体燃料，包括天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等。（6）系统配置灵活。可根据实际需要灵活配置微型燃气轮机的数量，并能够进行多单元成组控制，其中一台检修时不影响整个系统的运行。（7）安全可靠。微型燃气轮机是同类型产品中符合美国保险商实验所严格标准UL2000的唯一产品，它同时符合IEEE519、NFPA规范、ANSI C84.1和其他规范，保证了与电网互联的安全性。 3. 微型燃气轮机的技术指标目前，我国许多地区高峰时段商业用电价接近1元/kWh，虽然微型燃气轮机单位kW造价较高，但由于其安装和维护费用极低，发电成本又远低于高峰时段电价，因此对小型工商业用户具有极大的吸引力。风力发电和太阳能发电受地理位置和天然条件的限制，不能在居民居住区建设；太阳能光伏电池发电的能源转换效率还很低；蓄电池储能和燃料电池的成本还很高。微型燃气轮机是目前唯一已商业化运行的分散式发电装置，它可在居民居住区安装运行，靠近用户发电或与电网并联运行，这将会极大提高对用户的供电可靠性。可以预计，在电力市场蓬勃发展的今天，微型燃气轮机将会获得迅速发展。

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重视。1.燃气轮机及其发电机组现状浅析1.1.燃气轮机浅析作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热效率。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点，重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为PW、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。上世纪五十年代末，国内开始制造重型燃气轮机。当时的上汽厂、南汽厂、哈汽厂身肩国家工业复兴的大任，在厂校结合形式下，自主研发出的燃气轮机位列世界领先，如3500hp机车用机组，1MW、3MW发电机组。近年来，随着我国工业化的不断升级，重型燃气轮机也在不断的改造升级。为实现利用冶金企业的高炉煤气，美国GE与南汽厂通过技术交流，立足于MS6001B，6B-L型燃气轮机研发成功，实现再利用高炉煤气的环保要求。从科研实力分析，国内研究所或高校储备着大量科研设施与科研人员，如哈尔滨工业大学、清华大学、国家电网热工研究院、中科院工程热物理研究所等，研究出的一批批优秀成果。当然，设备不够集中，先进性尚待提高，完善工作仍需继续。国内航空系统是轻型燃气轮机的集结地，在航空发动机领域，研究设计院、制造厂数量众多，职工数量上万。在上世纪70年代，邮电、石化、油田等企业都应用到了331厂、410厂研发的WZ-6G、

燃气轮机发电技术综述

Internal Combustion Engine &Parts 0引言随着我国天然气资源的大规模开发及越来越严格的环保标准，我国陆续建成投产了多台燃气轮机发电机组，在满足电力需求的同时，创造了良好的社会效益和经济效益。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组成部分，对推动经济和社会发展发挥着重要作用。 1燃气轮机装置的工作过程燃气轮机是以连续流动的燃气为工质、将燃料的化学能转变为转子机械能的内燃式动力机械，是一种旋转式热力发动机。燃气轮机装置主要由压气机、燃烧室、透平三大部件及控制系统、辅助设备组成。压气机从外界大气环境吸入空气，并逐级压缩；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，产生高温燃气；然后燃气进入透平膨胀做功；透平排气可直接排到大气，对外界环境放热，也可通过换热设备放热以回收利用部分余热。工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热四个工作过程完成一个热力循环，进行能量转换。通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平来带动的，它是透平的负载，在简单循环中，透平的机械能有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械能用来驱动发电机。 2燃气轮机发电机组用燃气轮机驱动发电机构成了燃气轮机发电机组。目前，应用最广泛、获得最高实用热效率的是燃气与蒸汽的联合循环。燃气轮机循环中，工质的平均吸热温度很高，燃气初温达到了1300℃-1500℃（表1），平均放热温度也较高，通常燃气轮机排气温度在500℃-600℃左右，因此单独的燃气轮机发电机组的热效率难以达到较高值（表1）。蒸汽轮机循环中，工质的平均放热温度达到了较低值，但工质的平均吸热温度不高，因此单独的蒸汽轮机发电机组的热效率也难以达到较高值。这两种单独的循环的热效率最高40%多。若将燃气循环和蒸汽循环联合起来，就成为了平均吸热温度很高而平均放热温度很低的热机，其循环效率必定较高，最高热效率已达到60%以上（表2）。如GE 公司基于空气冷却透平技术的9H 级燃气轮机联合循环效率约61%，西门子公司全内空冷H 级燃机联合循环效率也在60%以上。燃气-蒸汽联合循环的方案有多种，本文介绍典型的联合循环发电型式。 2.1纯余热锅炉型联合循环发电机组这种联合循环中，燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点是余热锅炉。燃气轮机的排气送入余热锅炉中去加热给水、产生蒸汽，驱动汽轮机做功，这是以燃气轮机为主的联合循环方案。余热锅炉内不加入燃料燃烧，因此，蒸汽参数及蒸汽轮机的容量取决于燃气透平的排气参数和流量，在通常燃气轮机排气参数下，得到的是中温中压的蒸汽，通常汽轮机的容量约为燃气轮机容量的30%-50%。这种联合循环效率高、技术成熟、系统简单、造价低、启停速度快，应用最广。若在燃气透平的排气段设置旁通烟囱，汽轮机停机时燃气轮机可以单独运行；但燃气轮机停机时汽轮机不能单独工作。 2.2排汽补燃型联合循环发电机组排汽补燃型联合循环有两种方案：在余热锅炉前增加烟道补燃器以及往余热锅炉中加入一定的燃料，利用燃气中剩余的氧进行燃烧。由于补燃，锅炉蒸发量增加，蒸汽参数提高，蒸汽轮机循环的出力和效率得到提高；负荷变化时，可在较大的输出功率变化范围内，燃气轮机工况不变，只改变补燃燃料，以改变汽轮机功率来改变联合循环的出力，机组的变工况性能得到改善，部分负荷下的效率较高； —————————————————————— —作者简介:杨巧云（1966-），女，湖南湘潭人，武汉电力职业技术学院教授，硕士。燃气轮机发电技术综述杨巧云（武汉电力职业技术学院，武汉430079）摘要:介绍燃气轮机发电装置的的工作过程及典型型式，对几种主要的燃气-蒸汽联合循环发电装置进行分析比较，并将燃气轮机发电机组与常规燃煤发电机组进行比较。关键词:燃气轮机；燃气-蒸汽联合循环；发电机组型号ISO 基本功率（MW ）燃气初温℃ 供电效率（%） PG9351FA MS9001G LM6000-PD M701G GT13E2V94.3A 255.628241.1334165.1265.9 132714301160142711001310 36.0 39.540.739.535.738.6 表1某些燃气轮机发电机组的主要技术参数(教材,清华) 表2某些联合循环发电机组的主要技术参数(教材,清华) 机组型号ISO 基本功率（MW ）供电效率（%） S209FA KA13E2-2KA26-1S109H GUDIS.94.3MPCP2（M701F ） 786.9 480392.5480392.2799.6 57.1 52.956.360.057.457.3

(建筑电气工程)联合循环燃气轮机发电厂简介精编

（建筑电气工程）联合循环燃气轮机发电厂简介

联合循环燃气轮机发电厂简介 [摘要]以埕岛电厂为例，简要介绍联合循环发电厂几种主要设备及其各自的特点。 [关键词]联合循环燃气轮机余热锅妒简介 1引言联合循环发电：燃气轮机及发电机和余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动壹台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GEX公司的MS9001E燃气轮机,其热效率为33.79%，余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1简介燃气轮机是壹种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构和飞机喷气式发动机壹致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室和高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、

联合循环燃气轮机发电厂简介(最新版)

联合循环燃气轮机发电厂简介 (最新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0727

联合循环燃气轮机发电厂简介(最新版) 联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的MS9001E燃气轮机,其热效率为33.79%，余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1简介燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三

部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气

微型燃气轮机的结构优点以及前景

微型燃汽轮机 1 引言功率为数百kW及以下的燃气轮机在20世纪40~60年代就已存在，但由于其发电效率低，长期以来，几十至几百kW的小型发电机组市场一直由内燃发电机组占领。随着高效回热器由军用转入民用，微型燃气轮机的发电效率显著提高。20世纪90年代初出现了无齿轮箱的燃气轮机，有些机组采用了不需要润滑系统的空气轴承，使得微型燃气轮机的结构更为紧凑，几乎不用维护。微型燃气轮机体积小、重量轻、适用燃料范围广，可靠近用户安装，显著提高了对用户供电的可靠性。这些优点使得微型燃气轮机在分散式供电、热电联供和车辆混合动力方面的应用得到了迅猛发展[1]。1998年末美国Capstone公司推出了第1台商业化的微型燃气轮机装置，现已有多家公司研制和生产这种微型燃气轮机，主要集中在北美、瑞典和英国。美国AlliedSignal公司估计，到2010年微型燃气轮机发电机组的销售额将达到100~150亿USD[2]。微型燃气轮机在生产电力的同时回收利用了燃烧后的废热，可同时提供供暖服务和空调制冷服务，这种热电联产的发电形式越来越受欢迎[3]。我国也在医院、机场、楼宇等领域有应用的实例，并取得了较好的效果[4]。在充满竞争的电力零售市场上，微型燃气轮机凭藉其综合发电成本低的优势必将在未来的电力系统中占据越来越重要的位置[5]。2003年冬季，英国Powergen 公司将开展微型电站装入居民家庭厨房的试点工程。这种燃气电站可取暖、供热水、发电，试验表明一年可节约能源费用249.6USD。微型燃气轮机在未来的电力系统中必将同大型集中式电站一起为用户提供清洁便宜的能源服务。 2 微型燃气轮机的结构微型燃气轮机是热电联产发电机组，美国Capstone公司生产的微型燃气轮机的工作原理如图1所示，内部结构剖面如图2所示。 Capstone公司生产的微型燃气轮机的主要组成部分包括：发电机、离心式压缩机、透平、回热器、燃烧室、空气轴承、数字式电能控制器（将高频电能转换

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为P&W、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。上世纪五十年代末，国内开始制造重型燃气轮机。当时的上汽厂、南汽厂、哈汽厂身肩国家工业复兴的大任，在“厂校结合”形式下，自主研发出的燃气轮机位列世界领先，如3500hp机车用机组，1MW、3MW发电机组。近年来，随着我国工业化的不断升级，重型燃气轮机也在不断的改造升级。为实现利用冶金企业的高炉煤气，美国GE与南汽厂通过技术交流，立足于MS6001B，6B-L型燃气轮机研发成功，实现再利用高炉煤气的环保要求。从科研实力分析，国内研究所或高校储备着大量科研设施与科研人员，如哈尔滨工业大学、清华大学、国家电网热工研究院、中科院工程热物理研究所等，研究出的一批批优秀成果（红旗360、东风I 型叶型）。当然，设备不够集中，先进性尚待提高，完善工作仍需继续。国内航空系统是轻型燃气轮机的集结地，在航空发动机领域，研究设计院、制造厂数量众多，职工数量上万。在上世纪70年代，邮电、石化、油田等企业都应用到了331厂、410厂研发的WZ-6G、WJ-6G、WJ-5G等产品型号。在技术改造与创新实践中，燃气轮机的制造工艺已经掌握成熟，精密机加设备成套，特种工艺设备应有尽有，气冷涡轮叶片制作方

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展详细版

文件编号：GD/FS-5604 （安全管理范本系列）简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展详细版提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重视。 1.燃气轮机及其发电机组现状浅析

1.1.燃气轮机浅析作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热效率（简单循环）。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点，重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为P&W、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。

燃机电厂概念及基本工艺流程

燃机电厂概念及基本流程 1.燃机电厂概念燃机电厂燃气轮机发电厂的简称，它是洁净发电技术的一种体现。燃机发电厂的燃料为天然气、燃料油或工业伴生气等，由于燃烧完全其燃烧生成排放物对环境影响少，噪音污染小；又因燃机电厂具有装机快、体积小、投资省、效率高、运行成本低和寿命周期长等优点，目前市场应用非常广泛。在国内，由于国家“西气东输”工程的政策实施，引进液化天然气和管道气项目也在全面开展，因此我国的燃机电厂项目也进入了一个新的发展时期。燃机电厂的电气部分具有与燃煤机组不同的特征，本文将重点分析其中某些特征，探讨针对性的设计观点。另外，鉴于我国目前燃机机组多数承担调峰任务，所以本文讨论也针对具有调峰功能的联合循环燃机机组进行分析探讨。 2.燃机电厂基本流程燃机电厂有简单循环和联合循环两种类型。简单循环的通流部分由进排气管道和燃气轮机的三大件即压气机、燃烧室、透平组成。压气机从大气吸入空气，并把它压缩到一定压力，然后进入燃烧室与喷入的燃料混合、燃烧，形成高温燃气，具有做功能力的高温燃气进入透平膨胀做功，推动透平转子带着压气机一起旋转，带动发电机做功输出电能，从而把燃料中的化学能，部分地转变为机械功，燃气在透平中膨胀做功，而其压力和温度都逐渐下降，最后排向大气。为了实现高效率低能耗，燃气轮机又可组成联合循环。联合循环的基本流程是在上述简单循环的基础上进行的。将简单循环中燃气轮机的高温排气（9E 为538℃，9F为609℃左右），经过烟道排入余热锅炉（HRSG），应用热交换器原理加热锅炉中的给水，产生高温高压的蒸汽，进入蒸汽轮机做功，并带动蒸汽轮发电机发电。在燃机的联合循环中，又有单轴布置和多轴布置之分：单轴布置：

微型燃气轮机技术及其发展前景

微型燃气轮机技术及其发展前景摘要：随着分布式供能系统的应用与发展，微型燃气轮机制造水平也在不断提高。微型燃气轮机是一种新型环保的电力供应设备，具有安全可靠、能源转化率高、自动化程度高等多种优点，在分布式供能系统中应用，能显著提高对用户供电的可靠性，已成为最具有商业竞争力的分布式电源之一。关键词：微型燃气轮机; 发电机组；应用；发展 1 引言微型燃气轮机(Microturbine或Micro-turbines)是一类新近发展起来的小型热力发电机，其单机功率范围为25～300kW。微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控等一系列优点，可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式。目前微型燃气轮机已经广泛应用在生物质能源领域、天然气能源领域以及野外孤网发电等多个领域，且技术体系正逐步完善，可靠性比较高，而且符合国家能源发展绿色环保的基本要求。微型燃气轮机通过余热烟气的回收利用，及其与热水空调等系统的结合，实现了冷热电三联供，大大提升了能源利用效率，甚至远远超过了一些结构更为复杂的大型能源设备。 2 微型燃气轮机的优点微型燃气轮机与常规发电装置相比具有如下优点： (1)环保。微型燃气轮机的废气排放少，使用天然气或丙烷燃料满负荷运行时，排放的体积分数NOx小于9×10-6;使用柴油或煤油燃料满负荷运行时，排放的体积分数NOx小于35×10-6;采用油井气做测试，排放的体积分数NOx小于1×10-6。其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生的NOx比微型燃气轮机多10~100倍，柴油发电机产生的NOx是微型燃气轮机的数百倍。 (2)维护少。微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术，系统内部不需要任何润滑，节省了日常维护。每年的计划检修仅是在全年满负荷连续运行后更换空气过滤网。 (3)效率高。微型燃气轮机发电效率可达30%，联合发电和供热后整个系统能源利用率超过70%。 (4)运行灵活。微型燃气轮机可并联在电网上运行，也可独立运行，并可在两种模式间自动切换运行。由软件系统控制两种运行模式之间的自动切换。 (5)适用于多种燃料。微型燃气轮机适用于多种气体燃料和多种液体燃料，包括天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等。 (6)系统配置灵活。可根据实际需要灵活配置微型燃气轮机的数量，并能够进行多单元成组控制，其中一台检修时不影响整个系统的运行。 (7)安全可靠。微型燃气轮机是同类型产品中符合美国保险商实验所(Underwriters' Laboratories，UL)严格标准UL2000的唯一产品，它同时符合 IEEE519、NFPA规范、ANSI C84.1和其他规范，保证了与电网互联的安全性。 3 微型燃气轮机的应用前景微型燃气轮机的主要应用场所包括：①废气燃烧地点;②需要提供临时和长期电力的地点;③在经常停电的地点提高电能质量和供电可靠性;④电费较高的地点;⑤无电网的偏僻地点;⑥可用峰荷电价向电力交易中心卖电;⑦要求联合提供热电冷服务的地点。下面以垃圾掩埋场和偏僻农村的应用进行分析：

燃气轮机用于发电的主要形式

燃气轮机用于发电的主要形式燃气轮机用于发电的主要形式燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。燃气轮机用于发电的主要形式：简单循环发电：由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统，也称为开式循环。其优点是装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。目前的最高效率的开式循环系统是GE公司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率为43%。前置循环热电联产或发电：由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。最高效率的前置回注循环系统是GE公司LM5000-STIG120 轻型燃气轮机，效率为43.3%。前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过90%。联合循环发电或热电联产：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮