燃气轮机.doc

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作燃气轮机科技名词定义中文名称：燃气轮机英文名称：gas turbine定义：由压气机、加热工质的设备(如燃烧室)、透平、控制系统和辅助设备组成，将气体压缩、加热后送入透平中膨胀做功，把一部分热能转变为机械能的旋转原动机。应用学科：电力（一级学科）；汽轮机、燃气轮机（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。 中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载，它是涡轮机（透平）的雏形。15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。目录概述全球燃气轮机市场份额工作原理1 内部结构燃气轮机的润滑油系统（上）1 1.润滑油箱1 2.主润滑油泵1 3.辅助润滑油泵1 4.应急润滑油泵1 燃气轮机的润滑油系统（下）燃气轮机发电厂1 舰船用燃气轮机燃气轮机作为军舰动力的优势1 自研燃机尚未装备概述1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于19001904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13%、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85%的轴流式压气机。与此同时，涡轮效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；5060年代，出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到70年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200左右，航空燃气轮机的超过1350。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为25千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而3040兆瓦以上的几乎全部用于发电。燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次是提高各个部件的效率。高温陶瓷材料能在1360以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。 全球燃气轮机市场份额目前，全世界从事燃气轮机研究、设计、生产、销售的著名企业有28家，全世界使用的工业燃气轮机约有5万台，而且全球的燃机市场几乎被欧美公司所垄断。由于不同的历史背景，燃气轮机不同技术道路发展，一条以罗罗、普惠、GE为代表的航空发动机公司用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮机（俗称“航改机”）；一条是以西门子、ABB、GE公司为代表，遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机（俗称“工业机”），主要用于机械驱动和大型电站。世界范围内市场主要被GE公司、西门子/西屋、阿尔斯通/ABB、索拉公司、罗罗公司、三菱和俄罗斯的企业瓜分。 工作原理 原理图燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200左右，航空燃气轮机的超过1350。 内部结构燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为25千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而3040兆瓦以上的几乎全部用于发电。燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。再次是提高各个部件的效率。高温陶瓷材料能在1360以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。按闭式循环工作的装置能利用核能，它用高温气冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和涡轮的工质。 燃气轮机的润滑油系统（上）燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助系统。它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。联合循环发电装置的润滑油系统有几种不同的配置，对于单轴机组，燃气轮机与汽轮机共用一套润滑油系统；对于多轴机组，燃气轮发电机组与汽轮发电机组可以共用一套润滑油系统，也可以各自单设一套润滑油系统，这要视机组的总体布置而定，不过，由于电站分期建设的需要，大多数多轴机组采取各自单设一套的方式；还有一种航空衍生型的燃气轮机，由于燃气初温很高，其燃气发生器要求使用品质更高的润滑油，因此燃气发生器单独设一套润滑油系统，而动力涡轮与发电机另设一套，前者用合成油，后者用矿物油。单就润滑油系统而言，不管是共用系统还是分设系统，其设计原理是一样的。整个润滑油系统的组成应包括下列一些设备： 1.润滑油箱润滑油箱可设在机组的一个或几个底盘内，也可以设计成单独的容器。当油箱由几个容器组成时，应在它们之间用管道连通以平衡油箱内的压力。油箱除了起贮油的作用外，还担负着分离空气、水分和各种机械杂质的任务。油箱中油流速度应尽量缓慢，回油管应布置在接近油箱的油面，以利于油层内空气逸出。油箱的容量越大，越有利于空气、水分和各种杂质的分离。通常用循环倍率K（全部润滑油每小时通过油箱的次数）表示系统容积的相对情况，以Q表示系统的每小时油的容积流量，V表示系统的容积（油箱+管路），循环倍率K=Q/V。通常规定K=810，最大不超过12。这是为了使从系统回来的润滑油，有足够的时间将其夹带的空气、水分分离掉。不过，为了结构紧凑，避免因油箱体积过大而使设备笨重，多数机组油箱容量偏小，这迫使用户要选择分水性能更好和空气释放值较小的润滑油。 2.主润滑油泵这是机组正常运行时的工作油泵，可以由主机通过辅助齿轮驱动，也可以由交流电动机驱动，大型机组为了简化结构多采用电动。油泵的容量根据系统总的用油量、调节阀门溢流量和管路的泄漏量决定。主油泵常用的有齿轮泵和螺杆泵，也可以是离心泵。 3.辅助润滑油泵这是机组启动和停机时的工作油泵，或在主油泵出故障时投入使用，通常由交流电动机驱动。此泵多采用浸入式离心泵。其压力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。 4.应急润滑油泵该泵在停机时因辅助润滑油泵故障而投入，或因失去交流电源而投入，或因主、辅泵都不能工作机组紧急停机而投入。由于应急泵只在故障时工作，其压力和容量一般较小。也有的润滑油系统用高位油箱代替应急油泵。润滑油流过各润滑点（轴承、齿轮等）后温度上升1433（配备减速齿轮时温升可达33），因此，从系统回来的润滑油必须冷却以保证合适的供油温度。目前应用较为广泛的仍然是管式冷油器。常用的冷却方式为水冷，其次是气冷，气冷的优点是不需要冷却水，可在缺水地区使用，但由于空气的传热系数比水的要低得多，因此空冷式冷油器体积相对要庞大得多。在采用水冷方式时，常常设置两个并联的可切换的冷油器。主润滑油滤多采用两个并联的可切换的滤油器。主油滤应设置在冷油器的下游。除上述的设备之外，润滑油系统还需要有阀门、孔板、温度开关、压力开关、油箱液位指示器、润滑油加热器等各种组件和设施，以保证系统正常、安全、可靠地工作。 燃气轮机的润滑油系统（下）为保证对燃气轮机及其驱动的设备提供良好的润滑，除了有设计完善的润滑油系统外，选择性能优越的润滑油也是一个重要因素。早期燃气轮机由于涡轮进口温度不是很高，其所用的润滑油基本与汽轮机用油一致，但随着涡轮进口温度的不断提高，燃气轮机对润滑油质量指标的侧重点与汽轮机的侧重点明显不同，燃气轮机强调的是油的高温抗氧化性能，而汽轮机则看重油的抗乳化性能（分水性能）。目前，不少厂商正在研制上述两种性能均优的联合循环用油，特别是同一润滑油系统的单轴机组的用油。润滑油为基础油添加防锈、防腐、抗氧化等各种添加剂后的制成品。基础油可以是矿物油，也可以是合成油。由于合成油纯度高，其性能及使用寿命均优于矿物油，但价格一般为矿物油的23倍。评价润滑油优劣的性能指标有油的物理性能、表面性能和氧化性能三个方面，对此燃气轮机制造厂商会提出选择建议。& 对润滑油的要求，原则上有下列几个方面：1要求适应轴承、齿轮装置等的启动、加速、满转速及超速等各种工况所需要的润滑油性能。2要求适应液压系统如油缸、伺服阀等所需要的液压油性能。3热传递油性能。能把轴承、齿轮装置等各种热表面的热量吸收，并将其传输给润滑油换热器（冷油器）。4在一定温度和压力下工作、静止或贮存状态都具有稳定的物理性能、表面性能和氧化性能。5能适应润滑系统中及其他用油系统中的各种机械材料，并能保护材料不受腐蚀。6具有自动排除空气和水等污染物的性能。7具有一定的抗燃能力等。在选择润滑油时，除了遵照设备制造厂商的建议之外，应该更侧重于下列的性能指标：1黏度和黏度指数为了常温下燃气轮机启动时确保各轴承的静压润滑和液压系统的快速反应能力，希望在启动时润滑油的黏度不要太高，为此绝大多数涡轮机械选择40时黏度为28.835.2/s的润滑油，即黏度等级为ISOVG32的润滑油。在燃气轮机正常带负荷运行时，轴承间隙内的工作温度有可能高达120以上，此时要求油的黏度高一些。为此，应选择黏度随温度变化较为平缓的、即黏度指数较大的润滑油。这里建议油的黏度指数在100以上，至少不应小于90。2氧化安定性燃气轮机工作时，润滑油受到强烈的热氧化作用，汽轮机油常用的挥发型防锈抗氧化剂对燃气轮机用的润滑油已不适宜。对于在温度高于260的环境中工作的轴承，文献49中明确规定其使用的润滑油中不宜含有DBPC（二叔丁基对甲酚）一类的挥发型抗氧化剂。对于氧化安定性，传统的考核指标是油氧化后酸值达2.0mgKOH/g时所需要的小时数（国外常简称为TOSTLife，即总的氧化稳定性试验寿命），在燃气初温不是很高的情况下，仅考核这一指标已足够，而且只要求其在2000h以上就可。但是，由于TOST是在95的试验条件下进行，而这一温度与燃气轮机轴承的工作温度颇有距离，对新一代燃气初温更高的燃气轮机，光考核TOST已经不够，因此增加了油的旋转氧弹试验指标，以便在更高的温度下考核油的性能。旋转氧弹试验的温度为150，比TOST要高得多。3.破乳化值，也称分水性能这是指油和水的分离能力，测量的方法是在专用的试管内放入40mL的油和40mL的水，按规定的试验程序混合，然后测量油水完全或基本完全分离的时间（min），油水分离的程度可以是40-37-3.40-40-0等。对于燃气轮机，这不是十分强调的性能指标，因为在燃气轮机中，润滑油被水（或蒸汽）污染的可能性不大。而在汽轮机中，油水混合的可能性很大，对油的破乳化值不能忽视，其指标至少是油水分离至40-37-3，时间不大于15min。对于联合循环发电装置，如果燃气轮机与汽轮机共用润滑油系统，则必须兼顾油的高温性能和分水性能。4空气释放值由于大多数燃气轮机的轴承均使用密封空气，因此轴承的回油中必然会混进空气。这些进入油层中的空气，必须要在油回到油箱后的短暂停留时间内从油层中释放掉。在选择润滑油时，其空气释放值应不大于油在油箱内循环一次的时间。5起泡性能起泡性能与空气释放值是两个相互关联而又容易混淆的概念。其实空气释放发生在油层之内，泡沫则产生于油的表面之上。通常认为，在油面上形成5mm的泡沫是正常的。但泡沫过多，油箱的通（排）气口充满泡沫时，就会因妨碍空气的排放而招致严重的后果。因此油的起泡性能至少应符合一般汽轮机油的标准。除此之外，新油的颜色应浅，以不超过ASTMD1500中的2.0为宜。对于带有负荷齿轮箱的机组，必须考虑油的承载能力，应选择承载能力（FZG）7级以上的油。 燃气轮机发电厂燃气轮机发电厂英文名：gas turbine power plant以高温气体为工质，按照等压力加热循环工作燃料中的化学能转变为机械能和电能的工厂。燃气轮机发电厂用液体和气体燃料通过燃气轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。燃气轮机的绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压放热等四个过程分别在压气室、燃烧室、燃气涡轮和回热器或大气中完成。大型燃气轮机的压气机为多级轴流式，中小型的为离心式。燃气涡轮一般为轴流式，在小型机组中有用向心式的。燃气涡轮带动压气和发电机。燃气轮机组单机容量小的约为1020kW，最大的已达140MW 。热效率30%34% ，最高达38%。燃气轮机结构有重型和轻型两种，后者主要由航空发动机改装。由于体积小、重量轻、启动快、安装快，用水少或不用水，能使用多种液体和气体燃料，在发电上多用于调峰。此外，燃气轮机在油气开采输送、交通、冶金、化工、舰船等领域也得到广泛应用。 舰船用燃气轮机舰船动力装置主要有：蒸汽动力装置、柴油机动力装置、核动力装置、燃气动力装置和联合动力装置。前两种装置发展得比较早，广泛应用于各类舰船，后面三种，系近十多年来迅速发展起来的新型动力装置。舰船燃气轮机动力装置是指以燃气轮机为主机的全燃化动力装置。它自五十年代末期起，尤其是六十年代中期以来，已得到了极其广泛的应用。功率总数日益增长，装舰使用范围日益扩大，已由快艇发展到了护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰和直升机航空母舰等，可谓是舍我其谁。 燃气轮机作为军舰动力的优势在军舰动力方案选择上，燃机轮机的主要竞争对手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机，但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为吻合，燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。老牌海军强国如美国海军、英国海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。燃气轮机第一个优势是功率密度极大。一般情况下，同等功率的燃机体积是柴油机的三分之一到五分之一，是蒸汽轮机的五分之一到十分之一左右。这是由于燃气轮机本身精巧的连续转动热力学循环结构造成的，体积小、功率大，非常适合军舰分舱小、航速要求高的特点。燃气轮机的第二个优势是启动速度快。虽然燃机的转速是三种动力系统中最高的，但是由于整个转子十分轻巧，在启动机帮助下在1-2分钟就可以达到最高转速。而柴油机由于转子运动源于活塞的往复，加速较慢，蒸汽轮机更是“反应迟钝”，整个系统达到最高功率输出可能需要长达一小时的时间。而启动速度，对于军舰的战时出动和反潜作战时加减速性能有着直接的影响。燃气轮机第三个优势是噪声低频分量很低。由于燃气轮机本身处于高速稳定转动当中，产生的噪声更多是高频啸声。而柴油机的活塞往复产生了大量低频机械振动噪声，恰好迎合了海洋容易传播低频噪声的特点，导致军舰容易被敌方声纳探测。所以柴油机动力尤为不适合给反潜军舰作动力系统。 自研燃机尚未装备我国舰用燃气轮机研发的起步并不算晚。根据“中国舰用燃气轮机总师访谈录”的介绍，1958年我国开始着手研发计划的具体组织实施，决定成立南、北方两个联合设计组，先开展大、中、小三型机组的可行性论证和方案设计。1959年底，前苏联向我国转让了M-1舰用燃气轮机技术，我国对该机组进行了以技术练兵为目的的仿制工作。仅用了11个月，上海轮机厂就完成了该型燃机的首台样机制造。不过由于各种原因，仿制样机经过3年才排除大量故障通过验收试验。后来该型燃机在一艘高速炮艇上进行了试验并且装备了部队。1964年完成设计的6000马力燃机组是我国第一次自行设计研制的舰用燃机，但是由于研制周期过长加之原装配对象计划调整未能装备部队。与世界上其他国家主要依靠航空发动机改燃机不同，我国由于航空发动机水平落后，采取的是改进和专用研制并举的道路。1967年我国决定将轰六轰炸机上的涡喷8发动机改进为大功率舰载燃气轮机，这是我国首次进行“航改燃”实践，但是最终因为发达国家同意进口相应型号受到冲击无果而终。后来我国一直在舰用燃机方面不断尝试，但是一直没能拿出一款成熟可靠性能优良的舰载燃气轮机。这就是中国6艘装备燃气轮机的驱逐舰都采用外国产品的原因，其中112.113两艘驱逐舰因为受到美国禁运影响，其装备的LM2500燃气轮机到了使用时限也难以获得大修。航空动力工业发展拖累舰用燃机我国在舰载燃气轮机方面一直没能突破技术瓶颈的主要原因有很多，既有航空动力方面的问题也有舰用燃机工业本身的体制问题。其中最主要的一个原因是我国航空动力工业缺乏长期发展规划。我国航空动力工业像很多落后国家一样是从仿制和修理开始的。在老大哥的帮助下，我国迅速建立起一个能够和世界一流水平比肩的航空工业体系，但是我国并没有为航空工业以及航空动力工业制定一个从仿制到研制的长远发展规划，而是将航空工业本身的任务局限于仿制、生产和修理，确定了以生产为主的“遍地批量厂”发展方针。我国航空工业的运行状态就是，仿制生产再仿制再生产，长期处于这种发展状态下，我国航空动力工业对于现代航空动力系统的研究发展客观规律认识极为不足。航空发动机研制没能突破相关技术瓶颈，与航空发动机技术相通的舰用燃机更是无从谈起。在2004年，中国一航开发研制的国产新型燃气轮机QC185在珠海航展上首次面世。而该机就是以太行核心机为基础改进的轻型燃机，不过输出功率17兆瓦的水平也不足于我国目前发展大型水面舰艇的需要。另外，我国舰用燃机轮机主要研制和生产单位存在于航空工业之外，在体制方面非常不利于航空发动机向燃气轮机的改进工程。三菱重工东方燃气轮机（广州）公司燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的工作过程是，压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，还可以输出机械功。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。燃气轮机联合循环发电机组的应用(1);燃气轮机联合循环发电机组发展概况及特点根据有关资料统计，截止到1996年底，我国已安装燃气轮机总量为4100MW，联合循环发电机组的容量占490MW。19971998年期间新增加燃气轮机22台，其中联合循环发电机组为18台，新增容量为1607MW。由于燃气轮机联合循环发电机组是燃气轮机、发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式);共同组成的循环系统，它是将燃气轮机作功后排出的高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，送人蒸汽轮机发电，或者将部分发电作功后的乏汽用于供热。常见形式有燃气轮机、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、蒸汽轮机各分别与发电机组合的多轴联合循环。主要用于发电和热电联产，燃气轮机联合循环机组具有以下独特的优点：发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯二个循环，原理和结构先进，热耗小，所以，联合循环发电效率高达60，而燃煤电厂(0.75600);MW机组发电效率仅2042。环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM。燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(1025);PPM。运行方式灵活：燃煤电厂，仅只能作为基本负荷运行，不能作为调峰电厂运行。燃机电厂，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行；燃机为双燃料(油和天燃气);时，还可以对天然气进行调峰。消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的13，所以用水量一般为燃煤火电的13，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。此外，甲烷(CH4);中的氢和空气中的氧燃烧还原成二氧化碳和水，每燃烧1m3天然气理论可回收约1.53kg水，每公斤可回收2.2kg水，足以满足电厂自身的用水。占地面积少：由于没有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系统，电厂占地大大节省，占地仅为燃煤火电厂的1030，节约了大量的土地资源，这对地少人多的中国非常重要。建设周期短：燃气轮机系统发电的建设周期为810个月，联合循环系统发电的建设周期为1620个月，而燃煤火电厂需要2436个月，回收快。(2);天然气在燃气轮机联合循环发电机组的应用天然气是被世界公认的清洁的能源，2000年我国天然气产量已经超过250亿m3。利用天然气发电对于环境保护具有极大的优越性，其主要表现在以下几个方面：占地面积小，一般可为燃煤电厂的54。耗水量小，一般仅为燃煤电厂的13。不需要为环保而追加新的投资。不会引起水电建设造成的施工废水、弃碴的排放、料厂的占地、森林植被的受淹及移民等引发环境保护问题。同火电厂相比，污染物的排放量低。世界上利用天然气发电普遍采用燃气蒸汽联合循环电厂的形式，尤其是以天然气作为燃料的燃气蒸汽联合循环发电技术更为世界众多国家所重视。天然气电站运行灵活，机组启动快，启动成功率高，即可带基荷又可用于调峰，且宜于接近负荷中心。另外，燃气轮机发电机组电厂可在25(30);100出力下可靠运行，利于提高电网的经济运行水平，燃天然气电站的可用率较高，约为9095，高于燃煤电厂。可大大改善煤电机组的运行工况，以及降低煤耗，对于提高电网的运行质量、解决其运行存在的矛盾，不失为一有利的选择。同时天然气燃烧过程中，所产生的影响人类呼吸系统健康的氮化物、一氧化碳、可吸人悬浮微粒极少，几乎不产生导致酸雨的二氧化硫，而产生导致地球温室效应的二氧化碳的排放为煤的40左右，燃烧之后也没有废渣、废水。天然气有转换效率高，环境代价低，投资省和建设周期短等优势，积极开发利用天然气资源已成为全世界能源工业的主要潮流，目前全世界发达国家，燃气轮机电厂与燃煤电厂总安装容量已接近1:1，并大有超过趋势，我国政府也积极鼓励发展燃气轮机联合循环热电联供、推动燃气轮机电厂的发展。我国电工业结构调整透析时间：2007-09-06 09:44:32 来源：电力论坛电力工业是国民经济的基础产业和重要的公用事业。20世纪80年代以来，特别是近年来随着城市化和工业化的推进，我国正经历着一个以电能替代非电能源和不断扩大用电范围的过程，在终端能源消费结构中电的比例不断提高，经济社会发展对电力的依赖程度越来越高。从规模上看，我国已经成为世界电力生产与消费大国，年发电量位居世界第二位。我国正处于工业化和城市化并行发展阶段，电力需求在未来较长时期仍有大幅度增长空间，发电和输电领域仍需要很大投资。优化电力工业布局和结构，减轻电力发展对资源环境的依赖，是我国电力工业当前和今后一个时期必须给予重视的一个战略问题。一、 布局和结构的现状及存在的问题截至2004年底，我国发电装机容量为44070万千瓦，其中火电、水电、核电分别为32490万千瓦（73.72%）、10826万千瓦（24.57%）、684万千瓦（1.55%）。发电量为21870亿千瓦时，其中火电、水电、核电分别为18073亿千瓦时(82.64%);、3280亿千瓦时(15.00%);、501亿千瓦时(2.29%);。其中，工业消耗的电力约占3/4。我国电源结构以火电为主，水电、核电、风电、太阳能发电所占比重较少，电煤资源与运输之间的矛盾越来越突出，电力工业布局和结构存在的问题集中表现在以下几点。 第一， 规划和市场两种手段在优化电力工业布局和结构方面发挥的作用不够充分。 从资源禀赋看，我国电源布局将形成北部以火电为主、西南部以水电为主、东南部以核电和天然气发电为主的格局，每个区域均伴有适量的新能源发电。随着区域电力市场的形成、发电侧竞争和开放大用户选择权，发电企业将加快以大代小（以大机组替代小机组）的步伐，市场竞争带来的压力将在优化电源布局和电源结构方面起基础作用。电力作为沉没成本较高的长期投资，在优化电源布局和电源结构方面还必须借助规划的力量。投资体制改革以后，规划在电力工业布局和结构优化中的作用越来越重要，国家应该尽早制定电力工业布局和结构调整规划，把电力项目是否列入规划作为核准的必备条件之一。 第二， 电网在节约发电资源和实现资源优化配置方面的作用有待加强。 我国地域辽阔，一次能源分布和需求负荷极不平衡。我国的煤炭资源虽然储藏量丰富，但主要集中在西北部和华北北部，而负荷主要集中在东部沿海地区，负荷高的地方如华东地区基本没有煤。我国适宜建水电的地方大部分在西南地区。应该通过电网建设调整布局使电力资源得到最大优化也非常重要。因此，西电东送和大型电站群的电力输送将是我国电力工业长期面临的问题，远距离大容量输电和受端高密度受电是必然趋势。目前，我国电网的主网架大部分是以500千伏电压等级为主，线损率达7.71%，输配电煤耗为25克/KWH。随着西电东送规模、电网负荷密度的不断扩大，土地资源开始成为电网建设的重要制约因素。这些都要求我国根据一次能源分布和负荷预测，大力调整东部沿海地区的电源结构，优化电网布局，以降低输电损失，提高输电效率。 第三， 优先利用水电资源的政策不够明确。 我国的水电占装机容量的25%和发电量的15%，与世界发达国家相比还有很大差距。我国水能资源丰富，近7亿千瓦的蕴藏量，5亿千瓦多的技术可开发量，4亿多千瓦的经济可开发量，现在仅开发了1亿千瓦。在电力相对过剩时期，水电、火电间的矛盾十分尖锐。目前的政策，优先利用水电资源无法得到保证，部分水电资源被浪费。 第四， 可再生能源发电的政策不够完善。 我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。大力推广应用太阳能、风能，提高新能源在能源结构中的比重，是可持续发展的必然选择。我国陆地上可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦，海上可开发利用的风能资源总量为陆地上的2-3倍，可利用风能资源总量约为10亿千瓦。目前，中国正在制定有关政策，计划到2020年，可再生能源在全部能源供应中的比例达到10%，其中风电装机容量将由目前的56万千瓦提高至2000万千瓦。在目前的经济技术条件下，可再生能源成本比常规热电（主要是燃烧煤炭）技术成本高，只有通过政府补贴和优惠的电价措施，可再生能源发电才能与煤电竞争。2003年的电价改革方案明确提出可再生能源发电不参与市场竞争，允许可再生能源电量优先上网。但是，由于政策不完善，电力部门没有把新能源发电视为我国可再生能源的一个重要方面军。 第五， 电力工业混合所有制经济发展比较缓慢。 中共中央关于完善社会主义市场经济体制若干问题的决定指出：要适应经济市场化不断发展的趋势，进一步增强公有制经济的活力，大力发展国有资本、集体资本和非公有资本等参股的混合所有制经济，实现投资主体多元化，使股份制成为公有制的主要实现形式。从20世纪80年代开始，电力工业推行集资办电，吸引了大量非中央政府的投资主体进行投资，形成了一批独立发电厂商，改变了中央独占发电市场的格局，改善了投资来源单一、投资不足的问题，推动了电力工业的快速发展。虽然电力工业投资出现了外资、民营资本、股份制等其他资本种类，但仍然以国有资本为主体，非国有资本难以进入。多元投资主体兴办输电和配电网特别是超高压电网尚未突破，非国有资本以参股、控股的方式进入输电、配电等垄断领域的渠道不畅。二、 进一步优化布局调整结构的建议第一， 统筹考虑各地区、各类电源的布局规划。 根据我国水力、煤炭、天然气、风力等一次能源资源分布和沿海地区利用国际资源的条件，结合区域经济发展和电力需求增长态势，做好全国和区域相结合的电力工业规划和布局，把各省（区）、市的电力工业纳入全国的统一规划和布局。重点开发西南水电基地，山西、陕西和内蒙古西部煤电基地，以及西北水火电基地等，形成通过北、中、南三大通道长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区送电的格局，促进地区经济协调发展。 第二， 加快西部和西南部水电基地建设，减轻电力对煤炭的依赖。 积极推进水电流域梯级综合开发，全面开