轮机发展 年瑞士公司制成世界上第台工业燃气轮机。燃气轮机的问世，是工业进程 中的次动力革命。轻型燃气轮机含微型燃气轮机，下同的发展最早还是得益于军工需 求。首先因为它重量轻体积小功率大可靠性高，作为飞机的动力源得到了迅速的发展。 其后，以燃气轮机作为原动机的发电装置，首先在美国得到应用。如美国索拉公司及 公司等生产的燃气轮机发电机组。 早期的燃气轮机耗油气率较高，机组的经济性较差。随着技术的发展，燃气轮机的 结构发生了很大变化。年代初，出现了不用减速齿轮而由燃气轮机直接带动高速交流发 电机的燃气轮机发电机组，大大简化了结构，机组的尺寸大大减小，重量大大减轻，成本也 降低很多。与此同时，采用空气轴承代替滚动轴承，由于空气轴承不需要润滑系统，导致机 组零件大幅度地减少，制造成本也进步降低。高效紧凑型回流换热器以及新型材料的研究 和应用提高了机组的热效率。新技术的引入导致了燃气轮机的研究蓬勃发展。 在当前全球范围内能源紧缺能源结构调整以及环保要求的严峻形势下，燃气轮机受到 了前所未有的重视和关注。早在年月，美国能源部就专门召开轻型燃气轮 机技术高峰会议，讨论有关轻型燃气轮机技术研发及与政 策和市场相关的问题，为制订轻型燃气轮机研发计划提供思路和建议。 美国副主席在年度燃气轮机工业回顾中指出轻型燃气轮机在未 来的电力工业中的地位犹如微机在计算机工业中的地位，由此可见其重要性。美国 日本德国以及俄罗斯许多公司都在积极从事轻微型燃机装备的开发和制造，并进行广泛 应用。目前轻型燃气轮机在天然气可到达城市的厂矿企业办公楼宾馆商场医院学 校等较分散而有定规模的建筑群中逐步推广使用，其品种多在千瓦。 国外新研制的微型燃气轮机其设备大小犹如台电冰箱可以使用各种油气作燃料 在发电时产生的废热还能够被再利用,构成热电冷联供系统,从而提高能源综合利用效率 废气排出少,对环境污染程度轻微适合于企业医院学校乃至家庭等分散使用。 图国外新研制的轻型燃气轮机 我国轻型燃气轮机工业的现状 我国轻型燃气轮机工业主要集中在航空系统，多年来航空发动机工业已经建成了 个制造厂和个研究设计所，拥有万职工的航空发动机产业。研制生产了多个型号的 航空发动机，万多台。七十年代开始，厂厂厂等在航空发动机基础上改型 生产了等型号的工业燃气轮机，并用于油田石化邮 电等部门。 年国家计委经委批准在航空部成立中国轻型燃气轮机开发中心，统归口轻 型燃气轮机的规划研制生产成套和引进工作。年国家计委经委批准航空部与美 国普惠公司合作开发燃气轮机，功率，效率，是世界上同功率等级中效 率最高的。我国负责制造低压压气机动力涡轮燃烧室机匣成套件等零部件，约占整 机工作量的。年代，国家决定引进乌克兰的舰用燃气轮机，由厂负责 燃气发生器国产化，哈汽厂制造动力透平，所负责成套。 由于近年来组织不力，缺乏投入，我国的燃气轮机工业可以说至今未形成严格意义 上的产业。我国燃气轮机技术的现状可以归结为起步不晚，进展缓慢，基础尚可，力量分 散，面对机遇，亟待突破。 为此从年起我国在经过充分论证的基础上，启动了包括重型微型燃气轮机的国 家高科技计划，开始对重型和微型燃气轮机进行分类立项研究。 重型燃机参研单位沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司主体承担单位中 国航空工业沈阳发动机设计研究所清华大学中国科学院工程热物理研究所上海交通大 学中国燃气涡轮研究院中国船舶重工业集团公司第研究所上海汽轮机厂有限公司 沈阳重型机器有限责任公司沈阳鼓风机股份有限公司哈尔滨汽轮机有限责任公司。 微型燃机参研单位哈尔滨东安发动机集团有限公司主体承担单位中科院工 程热物理所西安交通大学。 我国现有的燃域。 燃气轮机就近利用能源。微型燃气轮机可方便地利用些较难收集的分散能源，例 如油田中些油井的伴生气，农村的生物质能沼气，煤矿瓦斯气焦炉气等，这样不仅充分 利用了能源，而且能向这些偏远地区供电。 特种电源主要是军事装备用电源，例如坦克自行火炮等用的电源，用燃气轮机 发电机组显著优于柴油机发电机组。 燃料电池燃气轮机联合系统将燃料电池与燃气轮机联合在起组成的系统，亦称 燃料电池联合循环。这将对汽车动力领域产生积极影响。 应用实例 美国现有校园热电厂座，几乎每所有定规模的大学都有座热电厂，个别学校 有还拥有两个热电厂。这些学校的热电厂大多是以天然气和号柴油作为燃料，采用燃气轮 机联合循环热电联产技术，主要解决校园的采暖制冷生活热水供应和部分电力供应，同 时为学校提供了教学科研环境。有所热电厂装机容量超过，如威斯康星大学热 电厂的装机容量达到，生产的电力不仅满足学校，还将剩余电力出售给公共电网赢 利。 现对麻省理工学院和罗德格斯大学的热电厂的情况简略介绍如下 麻省理工学院热电厂 麻省理工学院燃气轮机热电厂地处波士顿市中心，是在燃油热力厂基础上改造建设成 的。采用台工业燃气轮机，功率，简单循环发电效率，燃耗 转速,转分，压缩比，排气量吨时，排烟温度。机组 采用了低氮氧化物燃烧嘴，排放量。热电厂实际发电净出力，供电 效率为。电厂使用天然气和号柴油两种燃料。热电厂采用了前置循环热电联产方式， 没有安装用于发电蒸汽轮机。 与燃气轮机配套的是台装有补燃设备和可调变速水泵的余热锅炉，每小时生产 ,磅蒸汽，约合吨。启动补燃系统余热锅炉最大出力为,磅，约合吨 。余热锅炉供热能力为，热电联合循环总热效率为。与之配套的还有三台蒸汽 锅炉，其中,磅油气炉两台磅油气炉台，作为事故备用和调峰锅炉。 麻省理工学院热电厂冬季主要以蒸汽向校园供暖，将蒸汽通过管道输送到各个热力交还 交换站置换热水采暖。夏季利用余热锅炉蒸汽推动蒸汽涡轮机压缩氟立昂制冷生产冷 水，通过冷水管道对全校进行集中制冷。厂内共有台制冷机，制冷能力为。 的排放量为。 天然气平均价格为美元百万，折合元人民币立方米。热电厂年运行, 小时以上，发电量为亿，全校年耗电量为亿。生产电力的成本为美分 ，如果减去蒸汽成本，实际成本为美分，而从电网购入电能的成本为美分。 蒸汽价格为美元千磅，折合元吨。年生产万吨蒸汽，用于采暖，另 用于制冷。冷水价格为美分吨，供冷水量为万吨。 麻省理工学院热电厂管理费用包括工资和备件等费用为万美元年，检修费用 平均万美元年。 罗德格斯大学的热电厂 大学燃气轮机热电厂是从个燃油热力厂基础上改造的，采用三台 公司的轻型燃气轮机，功率，简单循环发电效率，燃 耗转速,转分，排气量吨时，排烟温度。机组采用了 低氮氧化物燃烧嘴，排放量。热电厂实际发电净出力，供电效率为, 热电联产效率，补燃后的效率以上。电厂使用管道天然气和号柴油两种燃料。 燃气轮机热电厂采用前置循环热电联产，冬季主要以蒸汽向校园供暖，将蒸汽 通过管道输送到各个热交还交换站置换热水采暖。夏季利用余热锅炉蒸汽推动蒸汽涡轮机压 缩氟立昂制冷生产冷水，通过冷水管道对全校进行集中制冷。 燃气轮机产业概况 世纪之交，世界动力市场发展的个显著特点是，燃气轮机及其联合循环装置比例不断 增长，已成为世界主要动力设备。从年以后世界年订货量都超过万， 年度突破亿，创历史最高记录。据统计，近年内世界新增的发电设备中，燃气轮 机及其联合循环约占。年年期间，美国新增长的发电设备装机容量为 亿，其中燃气轮机占,年后美国燃气轮机年产量已超过汽轮机的年产量。 图世界发电用燃气轮机订货趋势 燃气轮机及其联合循环装置比例不断增长,已成为世界主要动力设备。如图四订货趋势 图所示,从年到年的多年来,非航空燃气轮机订货台数增加了倍以上,总 功率容量则增加了将近倍。 我国燃汽轮机产业相对其他发达国家有很大差距。目前我国正在进行清洁煤利用如煤 气化技术和高效的能源动力转换系统热效率达的研究。但无论是清洁煤利用或是高 效的能源动力转换系统都是以先进燃气轮机为核心。不从现在起作长期规划,不持之以恒地 投入,我国的清洁煤技术势必将总要处在引进状态。 可以说,我国燃汽轮机行业面临的机遇是,我国有个潜在的庞大的燃气轮机市场但挑战 却是,我们目前尚无能力在类型品种规格等方面满足市场要求。为迎接这种机遇和挑战, 战略思想应该是技术引进合作生产与自主开发相结合以合作生产方式挤占市场,以自主 开发实现持续发展的战略。 十五期间，技术引进和合作生产的目标是形成的年生产能力,和国 际大公司合作美国的,德国的西门子,瑞士的,使产品水平能达到国际年代末或 年代初的水平。自主开发的总目标是掌握先进燃气轮机开发与制造技术,从根本上建立 我国燃气轮机产业。我国航空部门可以重点自主开发级的机组,用于天然气管线输 送青藏高原大功率机车和分布式热电冷联供。原机械部制造厂可联合国内优势科研单 位,从自主开发先进燃气轮机起步,掌握母型机,使之先广泛用于国内市场,再由 此发展出功率等级系列产品,远期为以上。 二研制燃气轮机的目的意义 最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大 多数，亚洲平均也已达，世界市场上曾出现燃气轮机供不应求的局面。目前，美英 俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化，现代化的坦克应用燃气轮机为动力，输气输 油管线增压和海上采油平台动力也普遍应用了轻型燃气轮机。先进的轻型燃气轮机简单循环 热效率可达。简单循环热效燃气轮机是种高技术的动力机械，在定程度上反映了 个国家的综合国力和工业化水平。即便如此，目前世界上也只有少数几个工业发达的国家 有能力研制开发燃气轮机设备。 燃气轮机是关系到国防能源交通环保等国计民生，有巨大发展前景的高技术产品， 目录 轻型燃气轮机研制可行性调研报告, 项目概述 燃气轮机的基本原理 燃气轮机的分类 轻型燃气轮机的起源及发展 燃气轮机技术优势及应用前景 燃气轮机产业概况 二研制燃气轮机的目的意义 国外相关技术发展过程 国家燃气轮机的相关发展计划 国际及国家能源战略安全需要 轻型燃机的市场分布及用户群 燃气轮机的经济性考量 调研目的及意义 三技术发展现状及趋势 透平涡轮设计及制造技术 压气机部件的设计制造及试验 高温合金材料研制 高速无油支承技术 多燃料燃烧室技术 回热器设计制造和试验技术 电力电子逆变技术 高速永磁发电机技术 系统集成及控制技术 国内相关燃气轮机技术成果 四燃气轮机生产厂家及产品技术特点 概述 索拉公司 阿尔斯通公司 公司