燃气轮机技术的发展与应用_张文普
先进燃气轮机技术的研究与发展
先进燃气轮机技术的研究与发展随着工业化的迅速发展，能源需求越来越大。
燃气轮机（Gas Turbine）是一种重要的能源转换设备，采用连续燃烧燃料来为发电机提供动力。
它是一种高效、低排放、运行可靠的内燃机型式，广泛应用于航空、能源、交通以及军事等行业。
近年来，随着技术的不断创新，燃气轮机技术也在不断发展，并成为一种更加先进和高效的能源转换方式。
一、先进燃气轮机技术的发展历程燃气轮机的基本原理是利用压缩空气，在燃烧器中燃烧燃料，产生高温高压的气体去推动涡轮，带动机械转动。
燃气轮机的发明可追溯到1903年的法国，但是它的实际应用却是在第二次世界大战之后。
20世纪50年代和60年代是燃气轮机技术发展的黄金时期，大量的燃气轮机被用于航空发动机、电力站、海洋石油勘探平台等领域。
20世纪70年代以后，随着能源危机的到来、环保意识的提高以及新材料科技的出现，燃气轮机技术也开始了新的一轮发展。
为了提高燃气轮机的效率和降低它的排放量，人们开始研究先进的燃气轮机技术，例如陶瓷材料的应用、高温材料的使用以及复合材料的应用。
同时，人们还通过改善设计来提高燃气轮机的可靠性和降低运行成本。
二、先进燃气轮机技术的主要发展方向1. 高效率高效率是先进燃气轮机技术的核心目标。
通过提高压比、降低透平内通气漏失以及利用废气余热等方式，可以提高燃气轮机的效率。
在燃气轮机的研究和生产中，各种技术手段的不断改进使得燃气轮机的效率有了不断提高，这有效地减少了人类对能源资源的开采和消耗，大大提高了能源利用效率。
2. 低排放环保问题一直是燃气轮机技术面临的主要挑战之一。
燃气轮机燃烧时会产生大量的氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）等有害气体，对环境和人体健康造成影响。
为了降低燃气轮机的排放量，人们开始研究低排放技术，例如超低NOx低排放燃烧系统、降低污染物排放的催化转化技术等，这些技术的应用有效地减少了燃气轮机的污染排放，实现了燃气轮机清洁环保的目标。
燃气轮机技术的发展与应用
燃气轮机技术的发展与应用摘要：笔者长期从事新能源热电的工作，本文主要论述燃气轮机的发展概况和我国燃气轮机的研发基础等内容，本文旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词：燃气轮机；设计；研发基础近年来，随着全球范围内的能源与动力需求以及环境保护等要求的变化，燃气轮机得到了动力、电力等有关部门的高度重视，欧、美、日等国先后制定了先进燃气轮机技术研究发展计划，以极大的热情推动着燃气轮机的发展。
先进燃气轮机技术具备低噪音、高效率、低排放等一系列先进技术特点，是提供可靠、清洁、高质量发电及热电联供的最佳方式。
鉴于我国西部目前的电力发展状况及其自然环境和燃气轮机的技术特点，燃气轮机将在西部开发中得到广泛的重视与应用。
除了发电领域以外，燃气轮机在航海、航空、陆用动力方面也发挥着重要作用，俄罗斯和美国的主战坦克也都采用了燃气轮机作为动力，所以发展先进燃气轮机技术对国防建设也是非常重要的。
事实上，燃气轮机作为一种涉及航空、航海、陆用等国家安全的热力发动机，历来受到美国、前苏联两个军事大国以及西欧、日本等高度工业化国家的关注。
一、技术发展的趋势过去几十年燃气轮机技术取得了引人注目的进展，燃气轮机的性能不断地得到改进。
一方面在燃气轮机热力循环方面进行开发研究，其中最重要的一个方向是利用嫩气轮机排气的余热、回收其部分能量产生燕汽或回注入燃气轮机，即构成双工质平行复合循环燃气轮机，或供给汽轮机，即构成燃族联合循环动力装置。
另一方面通过先进航空技术的移植、不懈地完善燃气轮机零部件设计来改善简单循环燃气轮机的性能。
二、燃气轮机的发展概况燃气轮机自20世纪40年代问世以来，作为节能、高效、低污染的新型动力装置，经过战争需要的刺激和大批专家的努力，这一技术得到了高度发展并广泛应用于电力、能源、航空、舰船、航天、车辆、军事等领域。
六十多年来，燃气轮机的发展取得了引人注目的进步，燃机的性能不断提高，发电用燃气轮机技术的发展可以简单归纳以下几个方面：（1）微型燃机的发展。
燃气轮机技术的创新与发展趋势
燃气轮机技术的创新与发展趋势在现代能源领域，燃气轮机技术扮演着至关重要的角色。
它不仅广泛应用于发电领域，还在航空航天、船舶动力等领域发挥着关键作用。
随着科技的不断进步，燃气轮机技术也在持续创新，展现出一系列令人瞩目的发展趋势。
燃气轮机的工作原理其实并不复杂，简单来说，就是通过将空气压缩、与燃料混合燃烧，产生高温高压的气体，推动涡轮旋转，从而输出机械能。
然而，要实现高效、可靠、环保的运行，背后涉及到众多复杂的技术环节。
在创新方面，材料科学的进步为燃气轮机的发展带来了新的契机。
新型高温合金材料的研发，使得涡轮叶片能够承受更高的温度和压力，从而提高了燃气轮机的工作效率。
过去，由于材料的限制，燃气轮机的工作温度和压力受到一定的制约，而现在，耐高温、高强度的材料不断涌现，为燃气轮机性能的提升打开了新的大门。
燃烧技术的创新也是一个重要的方向。
更先进的燃烧系统设计，能够实现更充分的燃烧，减少污染物的排放。
低氮燃烧技术、富氧燃烧技术等的应用，不仅提高了能源的利用效率，还降低了对环境的负面影响。
同时，通过优化燃烧过程中的气流组织和燃料喷射方式，能够进一步提高燃烧的稳定性和可靠性。
控制系统的智能化是燃气轮机技术创新的又一重要体现。
利用先进的传感器和计算机技术，实现对燃气轮机运行状态的实时监测和精确控制。
通过智能算法，能够根据不同的工况条件，自动调整燃气轮机的运行参数，以达到最佳的性能和效率。
这种智能化的控制方式，大大提高了燃气轮机的运行灵活性和可靠性，降低了维护成本。
在发展趋势方面，多燃料适应性是一个显著的特点。
随着能源结构的多样化，燃气轮机需要能够适应不同类型的燃料，如天然气、生物质气、氢气等。
这不仅能够提高能源的利用效率，还能够增强能源供应的安全性和稳定性。
微型燃气轮机的发展也备受关注。
相较于传统的大型燃气轮机，微型燃气轮机具有体积小、重量轻、安装灵活等优点，适用于分布式能源系统和小型移动电源等领域。
随着技术的不断成熟，微型燃气轮机的成本逐渐降低，性能不断提高，未来有望在能源供应的去中心化方面发挥重要作用。
燃气轮机技术发展及应用
燃气轮机技术发展及应用摘要：燃气轮机是国家资源节约战略发展下的一项工业产品，也是能源管理方向的最高技术水平的设备，因此发展燃气轮机技术，扩大燃气轮机的应用范围，是当下制造业的重点发展方向。
本文从燃气轮机技术发展的趋势出发和燃气轮机技术发展的内容出发，分析了燃气轮机技术的应用方向，供从事燃气轮机技术探究与应用的工作人员参考。
关键词：燃气轮机；技术发展；应用方式0引言燃气轮机的应用在现代企业生产中十分广泛，能够对国民经济发展中所需要的电力和能源进行输送与分配，还是国防领域中的重要应用设备，总体来说燃气轮机在现代社会运行中有着不可取代的作用。
随着科学技术的不断进步，近几年的燃气轮机发展技术已经达到了较高的水平，燃气轮机领域也取得了显著的科研成果。
1燃气轮机技术发展的趋势今后燃气轮机技术的发展趋势是，通过提高生产设备的温度和压力，来提高机组的运行功率及效率；燃气轮机要适应多种燃料的性质；改变燃气轮机的热力循环系统，运用新型的工质完善操作系统，优化操作的性能。
重型的燃氣轮机要不断朝着高参数、高性能、高效率、低污染的方向发展，经过相关技术人员与专家的研究，未来的燃气机轮最高温度可以达到1700度，联合运行的功率可达到65%，并将持续上升。
科学先进的气动设计技术能够进一步的提高高压气机和透平部件的性能，气动设计技术中的可控漩涡技术、自由涡技术、扭叶片技术、多圆弧叶技术、散叶技术、抽吸技术、主动控制技术、被动控制技术、可调叶片技术、间隙控制技术等，能够有效的减少燃气轮机在工业生产中的损失与浪费。
比方说运用可调叶片技术能够确保内压气机的工作效率，让内压气机能够在更宽的范围内运转；运用抽吸技术和主动控制技术，能够减少多级轴流压气机的级数和重量、扩大了多级轴流压气机的工作范围[1]。
为了拓宽燃料的适用范围，减少燃料燃烧过程中带来的污染，燃气轮机技术的研发专家要发展高效率低污染的稳定燃技术。
目前很多国家的燃气轮机制造厂家都在研究减少污染排放的技术，并投入了一定的物力资源、人力资源和财力资源，建立了专门的实验基地，从事对燃气轮机节能减排技术的研究，并将研究的技术应用在自己生产的燃气轮机中。
燃气轮机技术的研究与应用
燃气轮机技术的研究与应用燃气轮机是一种现代化的高技术动力装置，是某些工业领域必不可少的装置之一。
因为它具有高效、环保、耐用等特点。
近年来燃气轮机技术的研究与应用越来越重要，下面我们从几个方面来谈谈这个主题。
1. 官方文件支持燃气轮机技术的发展目前，我国高效性、低排放的燃气轮机技术遇到了非常好的发展机遇。
2019年3月，《中国燃淀浆行业新标准》正式实施，其中规定了燃气轮机机组的排放标准要求相当高。
这从政策层面支持了燃气轮机技术的发展，推动了它在工业领域的应用。
2. 燃气轮机技术具有多样化的应用前景燃气轮机技术具有多样化的应用前景。
在电力行业方面，燃气轮机可以作为独立发电设备，也可以作为主流电网发电设备的辅助设备。
在船舶行业方面，燃气轮机可以用作动力装置，也可以用作船舶配套设备，比如船用发电机组、船用压缩机组等等。
在军事行业方面，燃气轮机可以用于提供舰载或陆基的电力与动力装置。
3. 燃气轮机技术的优势燃气轮机技术具有一定的优势。
首先，相对于传统的蒸汽轮机技术，燃气轮机技术拥有更高的热效率，能更好地适应工业转型发展所需的节能降耗要求。
其次，燃气轮机技术具有更好的环保性能，其排放和污染问题比蒸汽轮机低很多。
此外，燃气轮机技术具有更高的可靠性，在使用中能够更好地耐用与运行稳定性。
4. 燃气轮机技术研发领域的趋势针对燃气轮机技术的研发领域，未来的趋势表现主要有以下几点。
首先，对于燃气轮机的整机系统集成及衡量指标的研究得到了加强，将逐渐向数字化与智能化技术发展。
此外，对于燃气轮机的环保性能研究，将逐渐向新材料、先进制造技术、传感技术等方向发展，以进一步提高燃气轮机的热效率与环保性能。
总的来说，燃气轮机技术的研究与应用牵扯到多个领域，具有重要意义。
未来将进一步加强政策支持与产学研合作，推进燃气轮机技术的创新发展，提高其在工业领域的应用水平。
燃气轮机技术的发展与应用
而使单机效 率明显提高 ， 初期 燃 气 进 口温 度 为 ６ ０ ０ ～
７ ０ ，目 前 相 应 提 高 到 了 １ ０ ℃级 、 ２ ８Ｃ级 、 ０℃ １０ １ ８
１ ３ ℃ 级 甚 至 １ ０ 。 日本 Ｗ Ｅ Ｌ ４０ ７ ０Ｃ（ — ＥＴ 燃 氢 透 平 研 发
张 文 普 ，丰 镇 平
（ 安 交通 大 学 叶轮 机 械 研 究所 ， 西 西 安 西 陕
摘
７０４ ） １ ０ ９
要 ： 合 国 外 燃 气 轮 机 的 研 发 及 应 用 情 况 ， 述 了先 进 燃 气 轮 机 及 其 联 合 循 环 的 技 术 进 展 ， 讨 了 燃 气 轮 结 综 探
先 进 燃 气 轮 机技 术 具 有 高 效 率 、 噪 音 、 排 放 低 低
等 一 系 列 先 进 技 术 特 点 ， 提 供 清 洁 、 靠 、 质 量 是 可 高 发 电 及 热 电 联 供 的最 佳 方 式 Ｌ 。 于 我 国 西 部 目前 １ 鉴 的 电力 发 展 状 况 及 其 自然 环 境 和燃 气 轮 机 的技 术 特 点 ， 气 轮 机 将 在 西 部 开 发 中得 到 广 泛 的 重 视 与 应 燃 用 。 了发 电领 域 以外 ， 气 轮 机在 航 空 、 海 、 用 除 燃 航 陆
文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： Ｏ ９ ２ ８ （ ０ ２ ０ — ０ １ — ０ １０ — ８ ９２０ ）３ ０ ７ ６
中 图分类 号 ： ＴＫ４ ７
０ 前 言
近 年 来 ， 着 全 球 范 围 内 的 能 源 与 动 力 需 求 以 随 及 环 境 保 护 等要 求 的 变 化 ， 气 轮 机 得 到 了 电力 、 燃 动 力等有关 部 门的高 度重 视 ， 、 、 美 欧 日等 国先 后 制 定 了先 进 燃 气 轮 机 技 术 研 究 发 展 计 划 ， 极 大 的 热 情 以
燃气轮机技术发展及应用要点分析32
燃气轮机技术发展及应用要点分析摘要：燃气轮机作为重要的工业设备，也是我国能源的战略性产业，燃气轮机发展好坏影响我国制造业与能源技术的进展，也会对国民经济产生不同程度影响。
本文中详细分析燃气轮机技术发展现状及应用情况，展望未来发展趋势，以供同行借鉴与参考。
关键词：燃气轮机；技术发展；应用要点引言燃气轮机的应用在现代企业生产中十分广泛，能够对国民经济发展中所需要的电力和能源进行输送与分配，还是国防领域中的重要应用设备，总体来说燃气轮机在现代社会运行中有着不可取代的作用。
近几年的燃气轮机发展技术已经达到了较高的水平，燃气轮机领域也取得了显著的科研成果。
1、燃气轮机发展概述1906年第一台效率为3%的燃气轮机问世。
20世纪40年代起燃气轮机开始进入工业的各个领域并得到了较为迅速的发展。
例如：1939年诞生于瑞士BBC公司的燃气轮机，功率1.5MW，初温550℃，效率17.3%。
进入20世纪80年代后，燃气轮机单机容量有很大程度的提高，特别是燃气-蒸汽联合循环技术日渐成熟。
随着世界范围内天然气资源的大力开发，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的变化，不仅可以作为紧急备用电源和调峰机组使用，而且还能用于带基本负荷机组。
经过不断应用最新的研究成果，提高技术水平，目前正在研究最大功率达460MW、燃气初温达1600℃、压气机压缩比约40、单循环效率为43%～44%的重型燃气轮机，其联合循环效率将高达65%；同时也在着手研究未来更加先进的燃气轮机，燃气初温的目标是1700℃。
目前燃气轮机单机效率已达36%～41.6%，最大单机功率已达375MW。
组成联合循环机组后，发电效率达55%～60%。
联合循环机组已成为发电市场的主流机组。
日本三菱公司研制的M501J型燃气轮机组成的联合循环在50%负荷工况下效率依然可以达到55%。
阿尔斯通公司的新GT26在40%负荷工况下NOx的排放依然低于25ppm(这里1ppm=10-6)。
燃气轮机技术的进展及其应用
燃气轮机技术的进展及其应用燃气轮机是一种引擎，由于其快速启动和响应时间，被广泛应用于行业、能源生产和运输领域。
这种引擎的应用已经成为各个行业的核心领域之一。
在过去的几十年里，燃气轮机技术已经得到了极大的进步和发展。
燃气轮机的发展历史可以追溯到1930年代的德国。
当时德国的航空工业开始对轮机引擎进行大规模研发。
虽然早期的燃气轮机仅用于飞机，但其快速启动和高效能的特性使其逐渐渗透到其它领域，例如军用直升机、医疗设备、发电机和工厂备用电源等。
随着时间的推移和技术的进步，燃气轮机也得到了不断的改进和提高。
其中一些改进包括提高效率、提高功率、减少污染、延长使用寿命和降低成本。
这些改进不仅使燃气轮机的性能和可靠性得到了提高，而且也促进了燃气轮机应用的广泛化。
燃气轮机技术的进步和应用在许多领域产生了巨大影响。
其中最重要的就是能源生产和运输领域。
燃气轮机在这些领域中的应用包括外界动力引擎、涡轮发电机组和船舶驱动系统等。
这些应用为能源生产、海洋运输、空运和其他交通工具带来了显著的好处。
燃气轮机在航空工业中的应用也得到了显着发展。
现代燃气轮机已经成为飞机引擎的常用设备，它能够提供高效能、快速启动、可靠性和低污染的特点，使得燃气轮机的应用范围更加广泛。
除此之外，燃气轮机还在高速铁路和城市地铁等交通工具中得到了应用。
另一个重要的应用领域是工业生产和制造业。
在工业中，燃气轮机可以被用来发电、加热和提供动力等。
在生产领域中，它也具有广泛的应用，例如用于钢厂和石油和天然气加工设施等。
总的来说，燃气轮机技术的进展和应用给各行各业带来了许多好处。
通过提高效率、降低成本和延长使用寿命，燃气轮机已经成为现代工业的核心设备之一。
未来，随着技术的进一步提高，燃气轮机的应用领域将继续拓宽，这将有助于促进各个行业的进步和发展。
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燃气轮机技术的发展与应用张文普,丰镇平(西安交通大学叶轮机械研究所,陕西西安 710049)摘 要:结合国外燃气轮机的研发及应用情况,综述了先进燃气轮机及其联合循环的技术进展,探讨了燃气轮机在我国的应用前景,特别是在即将到来的西部大开发中的应用,提出了我国发展燃气轮机工业的对策及相应的西部能源开发政策的建议。
关 键 词:燃气轮机;动力装置;联合循环发电;IG CC;燃料电池;西部大开发中图分类号:T K47 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2002)03-0017-060 前 言 近年来,随着全球范围内的能源与动力需求以及环境保护等要求的变化,燃气轮机得到了电力、动力等有关部门的高度重视,美、欧、日等国先后制定了先进燃气轮机技术研究发展计划,以极大的热情推动着燃气轮机的发展。
先进燃气轮机技术具有高效率、低噪音、低排放等一系列先进技术特点,是提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式[1]。
鉴于我国西部目前的电力发展状况及其自然环境和燃气轮机的技术特点,燃气轮机将在西部开发中得到广泛的重视与应用。
除了发电领域以外,燃气轮机在航空、航海、陆用动力方面也发挥着重要作用,俄罗斯和美国的主战坦克也都采用了燃气轮机作为动力,因此,发展先进燃气轮机技术对国防建设也是非常重要的。
事实上,燃气轮机作为一种涉及航空、航海、陆用等国家安全的热力发动机,历来受到美国、前苏联两个军事大国以及西欧、日本等高度工业化国家的关注。
本文结合国内外燃气轮机技术的研发及应用情况,综述了先进燃气轮机技术的进展,论述了燃气轮机在我国西部开发中的应用前景,探讨了我国发展燃气轮机技术的对策,并对西部开发中能源建设提出建议。
1 燃气轮机的发展概况 燃气轮机自20世纪40年代问世以来,作为高效、节能、低污染的新型动力装置,经过战争需要的刺激和大批专家的努力,这一技术得到了高度发展并广泛应用于能源、电力、航空、航天、舰船、车辆、军事等领域。
六十多年来,燃气轮机的发展取得了引人注目的进步,燃机的性能不断提高,发电用燃气轮机技术的发展可以简单归纳以下几个方面[2]:(1)单机性能的提高。
由于高温材料和冷却技术的不断发展,透平前燃气的进口温度不断提高,从而使单机效率明显提高,初期燃气进口温度为600～700℃,目前相应提高到了1100℃级、1288℃级、1430℃级甚至1700℃(日本W E-LET燃氢透平研发目标)水平;从而使简单循环的热效率已由初期的不足20%相应提高到现在的36%～40%,甚至超过50%(燃氢透平);单机功率由初期的几千千瓦发展到100MW以上等级的大机组,近年来250～300MW的机组已投入商用。
(2)热力循环的发展。
发展了利用燃机排气余热的燃气-蒸汽联合循环技术及其动力装置,一些装置的热效率已达到50%～60%;发展了燃煤的燃机联合循环技术,如IGCC(整体气化联合循环)和PF-BC-CC(增压流化床燃烧-联合循环)技术,现在,PF-BC-CC系统的效率已接近45%,IGCC的效率达到42%～45%。
(3)微型燃机的发展。
近年微型、小型燃气轮机也得到迅速发展,如Ca psto ne公司、Bow man公司推出的微型燃机和Sola r公司发展的小型燃机。
第15卷 第3期2002年9月 《燃 气 轮 机 技 术》GAS TURBINE TEC HNOLOGYV o l.15 N o.3 Sep.,2002收稿日期:2001-09-03DOI:10.16120/ k i.i ssn1009-2889.2002.03.005随着燃气轮机技术的不断成熟,燃气轮机在世界电力生产中的作用越来越重要。
据统计,1998年欧洲21个国家的新增电力设备容量中的81%是燃气轮机及其联合循环。
另据美国能源部能源信息局(DOE EIA)预测,1998年～2007年十年内计划新装机组52044MW,其中燃煤机组2559M W (4.9%),燃油机组1444M W(2.8%),燃气机组46181MW(88.7%),燃油及燃气机组大部分是燃气轮机及联合循环机组。
随着高温燃料电池等新一代发电技术的发展,以燃气轮机为主体的发电技术及设备将成为21世纪世界各国电力生产的主流。
2 先进燃气轮机技术的发展趋势 21世纪的人类面临着能源与环境的双重压力。
在能源方面,化石燃料属不可再生资源,将逐渐耗尽;在环境方面,酸雨、温室效应和臭氧层破坏这三大问题严重威胁着人类的生存环境。
面对不堪重负的环境压力和有限的化石能源,迫使人类开发和建立更加清洁、高效的能源系统,这已成为人类社会的共识。
由于燃气轮机作为动力装置和发电设备在上一世纪所表现出的优异性能和巨大的发展潜力,发展先进燃气轮机及其联合循环技术将成为新世纪能源动力发展的主要方向,世界各先进国家均提出了各自的先进燃气轮机技术发展计划。
这些计划将主要发展以几方面的技术[3～8]。
2.1 高温燃气轮机技术燃气初温决定了燃气轮机的效率和比功,计算和实践表明,燃气初温提高100℃,可使燃机效率增加2%～3%,进一步提高燃气初温将是未来燃气轮机发展的方向,这就需要发展以下技术:①高温材料技术。
随着材料科技的发展,先进的高温材料(定向结晶和单晶高温合金材料)开始逐步应用于燃气轮机,GE公司正在研制的燃机的静叶上已使用了CM SX-4单晶镍基合金。
目前,C/C 复合材料被认为是最有发展潜力的,其工作温度可高达1930～2227℃,但重量仅为高温合金的1/4,美国GE公司已开始进行该方面的试验研究。
②蒸汽冷却技术。
同空气冷却相比,蒸汽冷却可显著减少压缩功的消耗,并且可提高透平进口温度,降低NO X排放。
GE公司采用蒸汽冷却的H型比采用空气冷却的G型,功率增加了60M W,效率提高2%,NO X排放降低一半。
三菱公司的M501G 燃气轮机采用了蒸汽冷却,透平进口温度高达1500℃。
③热涂层技术。
燃气轮机的发展需要不断提高透平进口温度,但目前用于透平的合金材料最高只能承受1204℃(CM SX-10)。
为了进一步提高透平进口温度,在叶片表面应用热涂层技术是一种有效的方法,等离子喷涂和电子束物理蒸汽沉积是目前投入应用的热涂层技术,陶瓷热障涂层技术将是未来的发展方向。
④陶瓷燃气轮机。
由于陶瓷具有金属材料无可比拟的高温特性,长期以来,研制陶瓷燃气轮机一直是燃气轮机技术发展的目标之一。
So lar公司1997年进行了全世界首例陶瓷燃气轮机的运行实验,其透平进口温度达到1120℃,单机热效率29.59%～31.25%;日本也在发展陶瓷燃气轮机,1997年透平进口温度已达到1350℃,单机功率92.3kW,热效率35.6%。
虽然目前陶瓷燃气轮机的性能还低于先进燃气轮机的水平,但可以预见:随着一些关键技术的突破,陶瓷燃气轮机终将成为21世纪的主流发展方向之一。
2.2 低污染燃烧技术对燃气轮机而言,降低环境污染排放是一个突出的问题,这就必然要求发展先进的低污染燃烧技术。
在低污染燃烧技术的研究方面,美、英、德等国已进行了多年的研究,先后发展了变几何燃烧室技术、分级燃烧室技术、贫油预混合预蒸发燃烧技术、催化燃烧技术、直接喷射燃烧室技术、可变驻留时间燃烧室技术、富油燃烧快速淬熄贫油燃烧室的燃烧技术。
其中贫油预混合预蒸发燃烧技术、富油燃烧快速淬熄贫油燃烧室燃烧技术以及可变驻留时间燃烧室技术有可能成为下一代高效低污染燃烧技术,但仍有大量的研究工作有待完成。
目前各大燃气轮机公司已部分应用了上述燃烧技术。
英国RR公司在工业燃机RB211上应用了分级燃烧技术和贫油预混技术,NO X排放达到了17.4mg/kg,GE公司采用径向分级燃烧技术的LM6000燃机,NO X排放降低了80%,ABB公司将研制的锥形预混燃烧器(EV燃烧器)同SCS燃烧室技术结合,并应用于GT24/G T26燃机上,在一定程度上解决了高效率和低排放之间的矛盾。
当前发展超低NO X燃烧室技术都有如下几个特点:a.分级燃烧;18 燃气轮机技术 第15卷b.贫油燃烧(或催化燃烧),使反应区温度保持在较低水平;c.燃料/空气混合均匀,无局部富油区;d.与变几何燃烧室技术相结合。
由于低排放与高效率之间所存在的矛盾,目前,尚没有一种既能高效燃烧,又具有低排放特点的燃烧技术和燃烧室设计方案。
正因为如此,世界各国才投入大量人力、财力,以期最终获得先进的低污染燃烧技术并将其应用于燃气轮机。
2.3 微型燃气轮机技术[9]微型燃气轮机(Microturbine)是一类新近发展起来的小型热力发动机,其单机功率范围为25～300kW[1],基本技术特征是采用径流式叶轮机械(向心式透平和离心式压气机)以及回热循环。
其形成可追溯到60年代,但作为一种新型的小型分布式能源系统和电源装置的发展历史则较短。
1995年在美国动力年会上,Allied Sig nal、Capstone与Ellio tt公司首先展示了25～75kW微型燃气轮机样机。
其后发展迅速,每年(包括其它公司,如N REC等)均有样机推出,目前微型燃气轮机的最大单机功率为80～200kW。
微型燃气轮机可以与先进发电方式——燃料电池实现联合发电,例如采用固体氧化物燃料电池(SO FC)与微型燃气轮机(M GT)结合,其联合装置效率可达60%以上,而NO X排放低于1ppm。
此外,微型燃气轮机用于混合车辆动力(为电动车提供动力以及为蓄电池补充电力),已成为21世纪“混合动力汽车”的新模式。
2001年2月,Capstone宣布该公司生产的用于混合动力汽车的微型燃气轮机刚刚获得CARB(The Califo rnia Air Resource Board)颁发的国际第一个证书。
据报道,其30kW微型燃气轮机燃天然气时的排放仅为新一轮重型汽车的最低排放标准的80%。
2.4 燃气-蒸汽联合循环技术燃气轮机作为动力装置与其它类型的发动机相比具有许多优点,应用燃气轮机技术的联合循环由于综合考虑了能量的有效利用,在电力生产上更具优越性。
预计联合循环技术将沿以下三个方面发展:①整体煤气化联合循环(IGCC)技术目前,IGCC技术发展迅速,正由商业示范投入商业应用,但IGCC技术还有巨大的发展潜力,为了发展新的IGCC系统,人们仍在不断地研究新技术、新概念和新循环。
如:a.研究开发主要集成技术。
不断改善循环的性能的一个重要方向就是改善燃气轮机的性能,增加单机功率和提高简单循环效率,相应地降低IGCC 系统的比投资费用。
在2010年,燃煤IGCC电站的单机功率可达到450～500M W左右,发电效率达到50%～52%。
b.发展多燃料的IGCC技术。
以煤为燃料的IGCC电站成本较高,而且在不同的地区,资源情况不尽相同,为了利用各种燃料,如:重油、废木料、渣油甚至城市垃圾,发展具有多燃料特性的IGCC发电技术也是未来发展的方向。