基本介紹
- 中文名：燃氣輪機循環
- 套用領域：工業
循環過程,原理,燃氣輪機聯合循環發電的優點,循環指標,閉式循環,發展展望,
循環過程
圖為燃氣輪機的簡單循環。燃氣輪機自大氣吸入空氣，在壓氣機（即壓縮機）中壓縮。壓縮後的氣體進入燃氣輪機燃燒室，在此加入燃料燃燒加熱。加熱後的高溫燃氣進入燃氣透平（以下簡稱透平）膨脹作功。膨脹後的燃氣排向大氣。透平排氣溫度還相當高（約400～550℃），而壓氣機吸入的空氣是大氣溫度，相當於在大氣中進行了冷卻。上述四個過程都是連續地進行的。透平膨脹功扣去壓氣機消耗的壓縮功之後的淨功，作為燃氣輪機的輸出功。 燃氣輪機循環。
燃氣輪機循環
燃氣輪機循環原理
燃氣輪機聯合循環發電是由燃氣輪機直接驅動一台發電機，並將燃機排出的高溫煙氣，送入餘熱鍋爐，利用煙氣的熱量，在餘熱鍋爐中生產出高溫高壓的蒸汽，再去驅動汽輪發電機組，形成燃氣－蒸汽聯合循環。聯合循環是把兩個使用不同工質的獨立的動力循環，通過能量交換聯合在一起的循環。燃氣聯合循環發電機組，可以是單軸的，即燃機—汽機—發電機在同一個軸繫上，發電機由燃機與汽機共同驅動。也可以是多軸的，即燃機與汽機分別驅動各自的發電機，其軸系不相連線。在這種機組中，還可以有不同的配置。目前常見的是二拖一方式，即是2台燃氣輪機，均配有自己的發電機，它們的煙氣分別排入各自的餘熱鍋爐。2台餘熱鍋爐的高溫蒸汽並列後，送入1台汽輪發電機組。整套聯合循環機組將由2台燃氣輪機、2台餘熱鍋爐、1台汽輪機與3台發電機組成。目前從國外捆綁招標引進的基本上均為單軸的聯合循環機組，但現在國內也有二拖一的大型聯合循環機組，已在安裝、運行。
燃氣輪機聯合循環發電的優點
1、發電效率高：由於燃氣輪機利用了布朗和朗肯兩個循環，原理和結構先進，熱耗小，所以，聯合循環發電效率高達60%，而燃煤電廠(0.75～600)MW機組發電效率僅20%～42%。
2、環境保護好：燃煤電廠鍋爐排放灰塵很多，二氧化硫多，氮氧化物為200PPM。燃機電廠餘熱鍋爐排放無灰塵，二氧化硫極少，氮氧化物為(10～25)PPM。
3、運行方式靈活：燃煤電廠，僅只能作為基本負荷運行，不能作為調峰電廠運行。燃機電廠，不僅能作為基本負荷運行，還可以作為調峰電廠運行；燃機為雙燃料(油和天燃氣)時，還可以對天然氣進行調峰。
4、消耗水量少：燃氣一蒸汽聯合循環電廠的蒸汽輪機僅占總容量的1/3，所以用水量一般為燃煤火電的1/3，由於凝汽負壓部分的發電量在全系統中十分有限，國際上已廣泛採用空氣冷卻方式，用水量近乎為零。此外，甲烷中的氫和空氣中的氧燃燒還原成二氧化碳和水，每燃燒一立方米天然氣理論可回收約1.53kg水，每公斤可回收2.2kg水，足以滿足電廠自身的用水。
5、占地面積少：由於沒有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系統，電廠占地大大節省，占地僅為燃煤火電廠的10%～30%，節約了大量的土地資源，這對地少人多的中國非常重要。
6、建設周期短：燃氣輪機系統發電的建設周期為8～10個月，聯合循環系統發電的建設周期為16～20個月，而燃煤火電廠需要24～36個月，回收快。
循環指標
燃氣輪機輸出功與加熱過程消耗的熱量之比稱為循環效率η，它是評價循環的首要指標。每千克氣體工質的輸出功L稱為比功。L是影響燃氣輪機尺寸的重要因素，也是循環的一項指標。
閉式循環
工質循環使用，由透平排出的工質，不再在大氣中作等效冷卻，而是經冷卻器冷卻後重新被壓氣機吸入，再次參加循環過程。壓縮後的氣體工質在氣體鍋爐（或加熱器）中被加熱。閉式循環中，工質可用空氣或其他氣體。閉式循環的主要缺點是包括氣體鍋爐在內的換熱器尺寸大、成本高和溫度低等，因而套用不多。若採用氣冷反應堆作為加熱氣體工質的熱源，就組成了核動力閉式循環裝置，其效率可高於採用汽輪機的核動力裝置。
發展展望
1、燃氣輪機及其聯合循環是一種先進的發電技術，在電力生產行業中的地位日益提高，開發大容量的高效率的燃氣輪機及其聯合循環是一個必然的趨勢，它既能節省世界上日趨緊張的能源資源，又能保護環境。燃氣輪機及其聯合循環的發電機組必將成為世界電力工業中的一個重要組成部分，並隨著能源結構的變化和清潔煤利用技術的發展，它的作用也將日益重要。若干年內，我國大型發電用燃氣輪機還需依賴進口，但聯合循環的蒸汽系統完全可以國產化。聯合循環蒸汽系統的價格占總價格的一半以上，系統設備的國產化意義重大，這是我國目前迫切需要解決的問題。
2、熱電聯產是國民經濟持續發展的動力支柱之一，它對於節能、減排二氧化碳，改善周邊環境質量有著重大的現實意義。為了加快我國燃氣－餘熱蒸汽發電機組的規模建設，建議各級相關主管部門切實做好地區、地域經濟、能源和環保關聯的熱電聯產規劃，控制巨觀能耗指標。
3、我國的熱電聯產裝備市場占有份額小，還處在初級階段，必須大力培育，在未來應該有步驟地改造老工業區，建設熱電聯產甚至熱電冷聯產的工業園區。
4、通過設備引進，全面了解國外先進的機組性能設計、結構設計、工藝性能、質量檢查、項目驗收等環節的內涵，確實制訂出我國自己的技術設計規範，為實現技術創新和科學生產管理打下堅實的基礎。加快裝備產業化步伐，為市場提供節能低耗的動力裝備。
