提高燃气轮机性能技术研究

原林

（深圳市能源环保有限公司，广东 深圳 518000）

燃气轮机是与国家能源相关的战略性产业，是能源动力设备领域最高端的产品。燃气轮机的发展对先进生产和能源技术的研究具有重要意义，在促进国民经济发展方面发挥着重要作用。燃气轮机应用广泛。它不仅是国防装备中的关键装备，而且在电力、能源开发与输送、分布式能源系统等领域发挥着不可替代的战略作用。燃气轮机投入使用已有几十年的时间，在不断的创新与研发中已达到了较高的水平。目前，先进的J 级燃气轮机最大功率460MW，初始温度1600℃，单循环效率接近41%，联合循环效率超过60%。由于重型燃气轮机产品体系的特殊性，在行业中逐渐形成了通用电气、阿尔斯通、西门子、三菱等几个著名企业垄断的局面。中国三大电力集团的哈尔滨电气、上海电气（上海）通三菱（日本）、东方电气（东方）和西门子（德国）共同生产重型燃气轮机，但他们并没掌握核心设计技术。由于我国燃气轮机起步较晚，因此，总体与重型燃气轮机三大巨头的水平差距较大。严格意义上的燃气轮机产业还没有形成，所以我国还不具备自主创新与研发的能力，总体水平落后20 ～30 年。

1 采用高循环参数

改变燃气轮机参数是提高燃气轮机性能的有效途径。其主要参数有热功率、比功率、压比、涡轮进口温度等，各参数的变化对燃气轮机的性能有一定的影响。特别是高循环参数下，涡轮进口温度的升高对燃气轮机的燃点有一定的影响。涡轮进口温度需要达到温度定值，如62℃是民航发动机发展所需要的涡轮进口温度。高循环参数涡轮进口温度与燃气轮机的应用有一定的关系。要根据实际应用性能，科学有效地调整高周参数汽轮机进口温度，以适应燃气轮机的应用，推动现代工业的发展，提高燃气轮机的性能，可以保证现代工业产品的质量。当机组转速与电网频率一致时，不管燃油量如何变化，对转速都不会产生影响。但是，随着燃料量的波动，燃气轮机的负荷输出也会发生变化，导致spref的波动。在一定的燃料量下形成spref 的自循环，从而影响波动。随着燃气轮机本身的热容量，在此过程中的缓冲算法就会减弱波动。因此，余热锅炉的热容对负荷波动有较强的抑制作用。综上所述，加载阶段的燃料体积波动小于加速阶段，特别是联合循环机组。

2 改善部件结构及性能

2.1 压气机部件

燃气轮机最重要的部件就是压气机部件。在燃气轮机工作过程中，压缩机通过压缩空气来提高燃气轮机的做功。如果能减小压缩，则可以提高工作的机械效率。机械效率越高，燃气轮机的性能越好，在实际工作中能更好地发挥燃气轮机的作用。有些燃气轮机（如船用燃气轮机和发电用应急燃气轮机）对机动性要求很高，因此，需要对喘振裕度较高的压缩机进行计算，否则，在加减速时会发生喘振。超跨音速压气机最重要的工作特性是“强三维效应”，也就是说，通过压缩机工作轮的气流形成了一个复杂的三维流动场，工作熵沿叶片高度下降，增加了二次流动损失和新的冲击波损失。燃气轮机有着广泛的应用。压缩机部件有一定的使用寿命，因此，需要根据其运行强度进行更换。例如，一些重型燃气轮机在航海等领域的压缩比也在不断提高，提高了三维流动的相应效果，促进了现代工业的发展，满足了现代工业发展的需要。

2.2 涡轮部件

改变涡轮部件是燃气轮机的另一重要部件，其参数是提高燃气轮机性能的重要指标之一。所有燃气涡轮机部件的效率对整个燃气涡轮机至关重要，因此，必须尽可能提高其参数。在参数改进过程中，必须根据燃气轮机的应用情况，科学有效地改变了参数。与此同时，由于蒸汽涡轮机的部件是非常昂贵的耐热合金和复杂的生产技术的热部件，减少蒸汽涡轮机部件的数量可能会大大降低成本。从改进性能的角度来看，燃烧室的主要目的是减少减压、提高燃烧效率、提高温度和减少冷空气量。然而，减少污染物排放是对当前燃气轮机机房更重要的技术指标。现代工业在生产过程中应注重生态环境的保护。目前，国家对企业环境评价基本实行一票否决制，环境评价不合格的企业不能生产。

3 采用先进的热力循环

3.1 回热循环

回热循环是一种热循环方式，是提高机组效率的有效途径。通常，余热用于完成再生循环。因此，在一个简单的循环中，我们必须决定是否要增加热交换器。通过从涡轮机排出的排气，进入燃烧室的高压空气升温，高压空气进入燃烧室进一步燃烧，温度上升。提高温度可以保证燃气轮机的性能，有助于提高其效率。在相同的涡轮进口温度下，可以降低油耗，提高热效率15%～20%。热效率的提高提高了燃气轮机的机械效率，而高的排气温度对其影响更为显著。燃气轮机排气温度高，对温度有一定要求。回热循环能更科学、有效地提高高温汽轮机的排气温度，有利于提高工作效率。

3.2 再热循环

再热循环也是一种热循环，对提高燃机效率起着重要作用。再热循环是通过增加燃气轮机的膨胀功来增加燃气轮机的比功。比功率的增加促进了整个再热循环。通常在高压涡轮机和低压涡轮机之间增加燃烧室，在高压涡轮机中燃烧气体，然后，进入低压涡轮机，称为再热循环。再热循环的应用提高了燃气轮机的性能，有效地提高了工作效率，保证了工作质量。

3.3 间冷循环

中冷循环是一种热循环。燃气轮机通常分为高压和低压压缩机的两部分，低压压缩机通过水或其他媒介冷却空气，然后，进入低压压缩机形成中间冷却周期(或冷却周期)。

3.4 蒸汽回注循环

这个循环，也被称为长度循环，使用气体将热交换器中的回收水加热成过热蒸汽。不同部分的蒸汽量（从燃烧室喷到汽轮机前面的一个地方），与压缩机提供的空气一起加热到汽轮机的进口温度，然后，一起流过汽轮机进行膨胀工作。总之，F 型燃气涡轮机及其改造是我们燃气涡轮机的主要部件。燃气涡轮驱动调制的灵活性也意味着燃料波动引起的输出能量波动也很明显。结合燃气涡轮机管理的原则和逻辑，分析不同阶段的“灵活性”气体涡轮机，指导和建议评估功能和故障，以及进一步提高人们对燃气涡轮机的某些特性的认识。

4 燃气轮机发展建议

4.1 驱动燃气轮机产业创新

搭建燃气轮机产业技术开发协同创新平台，整合工业开发、研发和生产资源。大力推动燃气轮机企业从引进、消化、吸收、再创新向自主、综合创新转型和现代化，支持配套企业密切参与发动机关键产品的创新和产业化过程。逐步建立以企业为导向、以市场为导向的创新体系，鼓励企业和高校职工建立生产、教学、研究、使用、投资相结合的研究平台，加快高校科技成果的转化和产业化。支持企业、高校和研究机构向社会开放资源，将一套内部平台转变为行业共同技术研发平台和行业测试验证平台。鼓励各类技术创新主体在一系列关键领域探索共同的关键技术，形成自主知识产权体系，为产业的进一步发展提供动力。

4.2 构建燃气轮机领域协同技术开发

鼓励企业研发的燃气轮机、研究机构和大学的制造系统研发更狭窄和协作，积极鼓励和支持研发力量,强烈的结合，积极引进国内外研发力量，支持跨区域协同研发，提高燃气轮机行业的技术创新能力。

4.3 重视燃气轮机创新要素的保障与协调

促进的注意力和保证各类文体的创新研发单位的燃气涡轮机，以及协调和支持的政策研究和发展的投资，建设研发机构和研发平台，高级研发和建立团队。绿色通道的应用系统主要的研究和发展项目，加强协调和支持，并优先考虑建筑的土地形成大示范项目的研发领域的燃气轮机的企业和研究机构从事燃气轮机的发展。

4.4 强化燃气轮机行业人才培养和管理机制

建立人才培养机制的燃气轮机产业优化配置高校学科和专业的制造设备，完善的职业培训和继续教育制度，提高学生有效的培训机制，以满足工业气体行业人才需求的涡轮机。加强企业人才合作，开辟人才共享渠道。完善与市场经济相适应的人力资源管理机制和政策，满足燃气轮机发动机研发人员的多种需求，为实施以创新为导向的发展战略提供智力支持。

5 结语

由于诸多历史原因，我国燃气轮机技术与世界领先水平还有一定差距。鉴于燃气轮机在经济建设和国防工业中的重要作用，进一步发展燃气轮机技术势在必行。目前，我们还需要继续学习国外先进技术经验，同时提高自身的研发能力，正所谓“百尺竿头更进一步”!