发电燃气轮机效率分析及提高措施.docxVIP

Ξ发电燃气轮机效率分析及提高措施唐豪杰 Ξ 发电燃气轮机效率分析及提高措施 唐豪杰 ,孙鑫强 (华北电力大学能源与动力工程学院 ,北京 102206) 摘 要 :近 10 多年来地面燃气轮机技术迅速发展 ,其中一个重要方面是燃气轮机效率的提高 。燃气轮机效率 的提高与涡轮进口温度的提高 、压气机涡轮气动特性的改进以及先进联合循环的使用分不开 。本文通过对燃 气轮机简单热力循环工作过程的分析 ,讨论了这些因素对燃气轮机效率的影响 ,并且简要介绍了近 10 多年来 国内外在这些方面为提高燃气轮机效率而采取的一些措施 。 关 键 词 :燃气轮机 ;效率 ;分析 ;措施 中图分类号 : TK472 + 15 文献标识码 :A 文章编号 :1009 - 2889 (2007) 04 - 0019 - 06 天然气是世界公认的清洁能源 ,燃气轮机发电 有效率高 、占地少 、调峰性能好 、建设周期短 、耗水 少 、启停方便 、运行可靠等一系列优点 ,因此 ,应用天 然气的燃气轮机发电越来越受到各国的重视 。近 20 年来发达国家新增发电量中高效燃气 —蒸汽联 合循环发电已占较大份额 ,在一些国家天然气发电 已经占据主导地位 。 世界对燃气轮机发电的重视必然会带动燃气轮 机技术的快速发展 ,各国能源部门及各大燃机生产 公司对燃气轮机的研究不断展开 。最近 10 多年来 , 燃气轮机无论是单机功率还是机组效率都有了较大 发展 ,从单机功率 150MW、热效率 35 % 、压比 14 ,发 展到今天单机功率 300MW、热效率 43 % 、压比 30 ,联 合循环的效率更是达到了 60 % 。 燃气轮机效率的提高必然跟燃气轮机工作过程 的改进有直接关系 ,包括更好的循环方式 、先进高温 材料 、高温部件的冷却和防腐技术 、先进的机械加工 技术 、大型机械装备技术等 。本文将分析影响燃气 轮机效率的因素 ,并介绍提高燃气轮机效率的一些 相关措施 。 力供应的 40 % , 到 2020 年将上升到 60 % 。美国现 在每年生产燃气轮机的功率超过 15 GW , 加上配套 设备其总价已超过 35 亿美元 。 发达国家对燃气轮机技术的研究在逐步深入 , 都想垄断这一领域 。一方面在技术上实行严格控 制 、必威体育官网网址 ,另一方面又不断投入大量的人力 、财力 ,竭 力提升这一技术水平 。20 年代末日本实施的月光 计划中 的 重 要 的 一 步 是“高 效 燃 气 轮 机 的 研 究 开 发”,日本政府拨款 260 亿日元资助这一项目 。美国 国防部和能源部一直在实施提高综合性能涡轮发动 机计划 ( IHPTET) ,为期 15 年 ,总投资 45 亿美元 。美 国能源部从 1991 年开始为期 10 年的先进透平系统 (ATS) 计划 ,总投资 7 亿美元 ,其目标是使大型燃气 —蒸汽联合循环装置效率达到 60 %以上 。在此期 间 GE 公司成功推出了 S109 H 联合循环发电机组 , 热效率达到 60 % ;目前美国又在实施 21 世纪前景发 展计划“Vision”, 它以发展能源的 综 合 利 用 技 术 为 主 ,进一步提高效率 ,包括开发适应多元化燃料的整 体煤气化燃气 —蒸汽联合循环技术 。 近 20 年来燃气轮机的效率 、单机功率都有了很 大提高 ,表 1 是 GE 公司一些燃气轮机的部分性能 参数 : 1 近年来地面燃机的发展概况 2004 年美 国 新 增 发 电 装 机 容 量 26 000MW , 其 中天然气发电 24 733 . 20MW ,占 95 . 3 % ;而燃煤发电 仅 584MW ,占 2 . 25 % 。英国天然气发电已占全国电 Ξ 收稿日期 :2007208217 改稿日期 :2007 - 09 - 05 20燃气轮机技术第 20 卷表 1 GE 公司一些燃机的部分性能参数ηfηm(2)千瓦3 3式中 :τ—循环温比 , T3 / T1转速/ 出力/ 热耗/ 热效率 价格/制造型号10 20 燃气轮机技术 第 20 卷 表 1 GE 公司一些燃机的部分性能参数 ηfηm (2) 千瓦 3 3 式中 :τ—循环温比 , T3 / T1 转速/ 出力/ 热耗/ 热效率 价格/ 制造 型号 105 $ 造价/ 厂家 r/ min kW kJ / kWh / % $/ kW 3 3 π i —压气机压比 , P2 / P1 ; GE LM5 - ST120 GE LM5 - ST80 GE LM6000PA GE LM6 50HZ GE 7221FA GE LM5000PC 3 600 3 600 3 600 3 600 3 600