電站燃?xì)廨啓C(jī)總體概況

電站燃?xì)廨啓C(jī)總體概況燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)介燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理燃?xì)廨啓C(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，它主要是由壓氣機(jī)、燃燒室和透平這三大部件組成的。圖1-1中給出了簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理圖。1-壓氣機(jī)2-燃燒室3-透平4-軸承5-負(fù)荷圖1-1簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理圖結(jié)合圖1-1可以初步看出：在燃?xì)廨啓C(jī)正常工作時(shí)，壓氣機(jī)從外界大氣中吸入空氣，把它壓縮到一定的壓力(溫度也隨著升高)，然后送到燃燒室中與噴入的燃料相混合，并燃燒成為高溫的燃?xì)?。這股高溫高壓的燃?xì)饩哂凶鞴Φ哪芰Γ?dāng)它流經(jīng)透平時(shí)，就會(huì)膨脹作功，推動(dòng)透平帶著壓氣機(jī)一起作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣，就能把燃料中的化學(xué)能，部分地轉(zhuǎn)化成為機(jī)械功。在透平中經(jīng)過膨脹作功后的燃?xì)?，其溫度和壓力都降低了，它可以直接排向大氣；也可以引入廢熱鍋爐回收部分余熱后，再排入大氣。通常，燃?xì)庠谕钙街兴鞯臋C(jī)械功，大約有2/3左右被用來(lái)帶動(dòng)壓氣機(jī)，消耗在空氣的壓縮耗功上；而所剩的那部分功，則通過機(jī)組的輸出軸，去帶動(dòng)外界的各種負(fù)荷。只要在機(jī)組啟動(dòng)成功后，連續(xù)不斷地向燃燒室噴入燃料，并維持正常燃燒，那么上述這些過程，即壓氣機(jī)的吸氣和壓縮過程、燃燒室中燃料的燃燒過程、透平中燃?xì)獾呐蛎涀鞴^程，以及高溫排氣在大氣中的自然放熱過程，就會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去。與此同時(shí)，燃料中的化學(xué)能也將部分地、連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化成為機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展簡(jiǎn)介人們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的向往以久，例如公元690年左右我國(guó)張遂曾用燃?xì)饧?dòng)銅輪；公元959年前后，我國(guó)已有走馬燈的創(chuàng)造；1550年達(dá)·芬奇(LeonardodaVinci)也曾設(shè)計(jì)過利用壁爐煙道中的煙氣來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪等。至于有意識(shí)地根據(jù)熱力循環(huán)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)的活動(dòng)，約在十八世紀(jì)末年才開始。1900年前后，司徒爾茲(F·Stolze)、拉馬爾(C·Lamale)和阿爾芒哥(R·Armengaud)等人分別試驗(yàn)了一些燃?xì)廨啓C(jī)，可是都不能發(fā)出功率，未獲成功。燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)是蒸汽輪機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)兩大工業(yè)發(fā)展而來(lái)的。燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)壓氣機(jī)的要求比通用的透平壓氣機(jī)高，對(duì)燃燒室的要求比鍋爐高，對(duì)透平的要求比蒸汽輪機(jī)高，因此三十年代以前雖經(jīng)試驗(yàn)，但仍未獲得實(shí)用。第二個(gè)階段是從燃?xì)廨啓C(jī)初步試驗(yàn)成功，發(fā)展到制造出有工業(yè)價(jià)值的裝置，前后花了約40年時(shí)間。在這個(gè)階段中，工業(yè)較先進(jìn)的歐洲開始在冶煉工藝和空氣動(dòng)力知識(shí)方面有了提高，而具備了生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)的條件。1907年左右，法國(guó)渦輪機(jī)協(xié)會(huì)制造的燃?xì)廨啓C(jī)獲得了3%的效率。同時(shí)，霍爾茲瓦斯(H·Holzwarth)設(shè)計(jì)了50馬力等容燃燒式燃?xì)廨啓C(jī)，它是第一臺(tái)在工業(yè)上長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。到1939年，BBC公司制成了第一臺(tái)功率較大的發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)，這臺(tái)4000kW裝置的效率達(dá)到18%。同年Heinkel工廠的第一臺(tái)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)試飛成功。1940年BBC又制成了第一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)車，功率為2200馬力，效率達(dá)16%。第三階段是生產(chǎn)了第一代工業(yè)上實(shí)用的燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并積累了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在這個(gè)階段中，燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)和科學(xué)系統(tǒng)開始形成。在40年代后期，航空上渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于比活塞式輕小、功率大，所以得到迅速發(fā)展，在軍用飛機(jī)方面已達(dá)到了廣泛的程度。第四階段中，工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)在上述許多機(jī)組的設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上研制出來(lái)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在航空工業(yè)基本上取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，并且大量的航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)被這些工廠用到運(yùn)輸式及固定式燃?xì)廨啓C(jī)上去。它非但對(duì)陸海用燃?xì)廨啓C(jī)的改革和發(fā)展起了決定性引導(dǎo)作用，而且對(duì)蒸汽輪機(jī)和透平式壓氣機(jī)工業(yè)也起了帶動(dòng)作用。這些輕型結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)在同根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的重型結(jié)構(gòu)燃?xì)廨啓C(jī)的競(jìng)爭(zhēng)過程中，到50年代后期，占了優(yōu)勢(shì)。同一時(shí)期，自1950年Rover公司第一輛燃?xì)廨啓C(jī)汽車行駛后，小功率燃?xì)廨啓C(jī)獲得了很大發(fā)展。由于小功率裝置的技術(shù)周期比較短，較成熟的小功率燃?xì)廨啓C(jī)也在這個(gè)階段的后半期制造出來(lái)。60年代，輕型結(jié)構(gòu)燃?xì)廨啓C(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性經(jīng)受了考驗(yàn)，并被眾所公認(rèn)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)被成批地改裝成陸海用裝置，單機(jī)功率已達(dá)10萬(wàn)kW，在這種情況下，蘇美英三國(guó)決策更新海軍，使艦艇燃?xì)廨啓C(jī)化。1965年美國(guó)又遇到東北電網(wǎng)大停電事故，損失慘重，因此各國(guó)電業(yè)界決定添建大批燃?xì)廨啓C(jī)峰載應(yīng)急發(fā)電機(jī)組。再加上輸氣、輸油管線的建設(shè)以及中小功率燃?xì)廨啓C(jī)的推廣，故在60年代這十年中，陸海用燃?xì)廨啓C(jī)功率總?cè)萘棵驮鲋?3倍，其中大都以發(fā)展簡(jiǎn)單循環(huán)單軸、分軸機(jī)型為主。1970年，全世界陸海用燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到了9500萬(wàn)馬力，其中4500萬(wàn)馬力用于發(fā)電，800萬(wàn)馬力用于艦船。70年代，指標(biāo)更高的新一代燃?xì)廨啓C(jī)問世，實(shí)現(xiàn)了用電子計(jì)算機(jī)監(jiān)視的遙控全自動(dòng)化。透平進(jìn)氣溫度近400℃，壓比近30:1，開式簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)效率高達(dá)36%，回?zé)崾叫矢哌_(dá)38%，單機(jī)功率達(dá)11萬(wàn)kW，多臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器組裝，各配或合配一臺(tái)動(dòng)力透平，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)時(shí)，功率可達(dá)16~35萬(wàn)馬力。進(jìn)入80年代，由于燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)功率和熱效率都有很大程度的提高，特別是燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)漸趨成熟，再加上世界范圍內(nèi)天然氣資源的進(jìn)一步開發(fā)，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位就發(fā)生了明顯的變化，它們不僅可以用作緊急備用電源和尖峰負(fù)荷機(jī)組，而且還能攜帶基本負(fù)荷和中間負(fù)荷。燃?xì)廨啓C(jī)的類型燃?xì)廨啓C(jī)的類型很多，可以有不同的分類方法。(1)按循環(huán)方式1)開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，指實(shí)施開口熱力循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)。因燃?xì)廨啓C(jī)是以從大氣中吸入的空氣作為工質(zhì)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入燃燒室，并與燃料混合燃燒形成燃?xì)?，燃?xì)庠跍u輪中膨脹作功后又排入大氣，故名。與閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需配置加熱器和預(yù)冷器等設(shè)備，整臺(tái)機(jī)組重量輕、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)；但對(duì)燃料品種的適應(yīng)性差，通常均需燃用價(jià)昂的液體燃料和氣體燃料，提高單機(jī)功率受到較大的限制，且機(jī)組有效效率較低。目前所使用的大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)基本上都采用各種不同型式的開口循環(huán)。2)閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，指實(shí)施閉口熱力循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)。其特點(diǎn)是：工質(zhì)(一般是空氣)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，并不參與燃料的燃燒過程，而是在加熱器(表面式換熱器)內(nèi)接受燃?xì)獾拈g接加熱；工質(zhì)在渦輪中膨脹作功后并不排入大氣，而是被送入預(yù)冷器(另一表面式換熱器)內(nèi)接受冷卻水的冷卻，使其溫度降低至壓縮機(jī)原來(lái)的進(jìn)口溫度，然后再進(jìn)入壓縮機(jī)，如此循環(huán)不已。就工質(zhì)所經(jīng)歷的過程而言是在完成一個(gè)閉口循環(huán)。整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)備大為復(fù)雜。這種燃?xì)廨啓C(jī)目前還只有少數(shù)試驗(yàn)性的機(jī)組，尚未廣泛應(yīng)用。3)簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，指依次進(jìn)行單級(jí)壓縮(指壓縮過程無(wú)中間冷卻)、定壓(或近似定壓)加熱、單級(jí)膨脹(指膨脹過程無(wú)中間再熱)和定壓放熱諸過程的燃?xì)廨啓C(jī)。其熱力循環(huán)是燃?xì)廨啓C(jī)中最簡(jiǎn)單的。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、重量輕、尺寸小和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；但熱效率和比功較低。為改進(jìn)其性能，需提高渦輪進(jìn)口燃?xì)獬鯗睾秃侠淼剡x取壓縮機(jī)的增壓性能以及結(jié)構(gòu)形式。它是目前應(yīng)用最廣泛的燃?xì)廨啓C(jī)類型，常用于移動(dòng)式電站、應(yīng)急備用電站、大容量電力網(wǎng)的調(diào)峰機(jī)組、艦船和運(yùn)輸式動(dòng)力裝置、油田及海上鉆井平臺(tái)動(dòng)力設(shè)備以及某些小功率輕型動(dòng)力裝置。4)復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，泛指采用“回?zé)帷?、“間冷”和“再熱”等措施的燃?xì)廨啓C(jī)?？赡軆H采用其中任何一種措施，也可能同時(shí)采用其中的幾種措施?；?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)利用熱交換器(亦稱“回?zé)崞鳌?回收渦輪排氣中的一部分余熱，來(lái)加熱進(jìn)入燃燒室之前的工質(zhì)(這一過程稱為“回?zé)帷?的燃?xì)廨啓C(jī)。采用回?zé)岽胧┛商岣呷細(xì)廨啓C(jī)效率，降低燃料消耗量，例如簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的有效效率可因此而提高20~30%左右。但采用回?zé)岷?，燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)大為復(fù)雜，整機(jī)重量和尺寸也隨之顯著增大。再熱循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)采用由單級(jí)壓縮、定壓加熱、在多級(jí)膨脹過程中再次加熱和定壓放熱諸過程組成循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)。由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，大大削弱了燃?xì)廨啓C(jī)的基本優(yōu)點(diǎn)，致使其應(yīng)用范圍深受限制。間冷循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)全稱“在壓縮過程中帶有中間冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)”。采用由帶有中間冷卻(通常為一次或兩次)的絕熱壓縮、定壓加熱、絕熱膨脹和定壓放熱諸過程組成循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)。其壓縮過程采用中間冷卻的目的在于減少壓縮功消耗，以提高機(jī)組的比功輸出。(2)按軸數(shù)分1-壓氣機(jī)1-壓氣機(jī)2-燃燒室3-高壓透平4-低壓透平5-齒輪箱圖1-2分軸燃?xì)廨啓C(jī)的示意圖2)雙軸燃?xì)廨啓C(jī)指帶有兩根轉(zhuǎn)軸的燃?xì)廨啓C(jī)。其渦輪包括不同軸的高壓渦輪和低壓渦輪，高壓渦輪專門用來(lái)帶動(dòng)壓縮機(jī)，低壓渦輪則對(duì)外承擔(dān)負(fù)荷(見圖1-2)。其中，壓縮機(jī)、燃燒室和高壓渦輪所組成的部分稱為“燃?xì)獍l(fā)生器”，它不輸出功率，僅向低壓渦輪提供一定壓力和溫度的燃?xì)?；低壓渦輪則依靠燃?xì)庠谄渲信蛎涀鞴?，?duì)外輸出有效功率，因此亦稱“動(dòng)力渦輪”。雙軸燃?xì)廨啓C(jī)具有以下特點(diǎn)：(1)可改善燃?xì)廨啓C(jī)在低負(fù)荷工況下的性能，使壓縮機(jī)不易發(fā)生喘振；(2)燃?xì)獍l(fā)生器與工作機(jī)械之間無(wú)機(jī)械聯(lián)系，高壓渦輪和壓縮機(jī)可選用較高的轉(zhuǎn)速以減小整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的尺寸；(3)起動(dòng)時(shí)只需帶動(dòng)燃?xì)獍l(fā)生器，可降低起動(dòng)機(jī)功率；(4)在動(dòng)力渦輪低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可產(chǎn)生較大的扭矩，故能適應(yīng)牽引式負(fù)荷的要求；(5)在甩負(fù)荷時(shí)，動(dòng)力渦輪容易超速，故應(yīng)采取一定的保護(hù)措施。雙軸燃?xì)廨啓C(jī)能適應(yīng)各種不同類型的負(fù)荷，可用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)、螺旋槳、各種泵和壓縮機(jī)等。3)三軸燃?xì)廨啓C(jī)指帶有三根轉(zhuǎn)軸的燃?xì)廨啓C(jī)。其渦輪包括不同軸的高壓渦輪、中壓渦輪和低壓渦輪，壓縮機(jī)包括不同軸的低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)，低壓渦輪對(duì)外輸出有效功率。其中，由高、低壓壓縮機(jī)，燃燒室及高、低壓渦輪所組成的部分稱為“雙軸燃?xì)獍l(fā)生器”，它不輸出功率，僅向低壓渦輪提供一定壓力和溫度的燃?xì)?；低壓渦輪則依靠燃?xì)庠谄渲信蛎涀鞴Γ瑢?duì)外輸出有效功率，因此亦稱“動(dòng)力渦輪”。隨著燃?xì)獬鯗氐奶岣?，這樣才能提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。壓縮機(jī)采用上訴傳動(dòng)方式的目的在變工況時(shí)不至于發(fā)生喘振。三軸燃?xì)廨啓C(jī)是目前高參數(shù)(高燃?xì)獬鯗?、高增壓?，大、中功率燃?xì)廨啓C(jī)所廣泛采用的型式，它能較好地滿足各種不同類型負(fù)荷的要求。(3)按用途分1)航空燃?xì)廨啓C(jī)用于飛機(jī)的燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)，也稱燃?xì)鉁u輪式航空發(fā)動(dòng)機(jī)。按結(jié)構(gòu)和工作性能的不同，有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)等多種形式。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)利用由尾噴管噴出的高速氣流所產(chǎn)生的反作用力來(lái)推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。由進(jìn)氣道、壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管等組成，主要有普通渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、雙軸式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和加力式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)三種，用于跨音速和超音速飛機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)也稱：雙路式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)外函噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，裝有能提高經(jīng)過進(jìn)氣管道吸入的風(fēng)扇，將增加壓力后的空氣流分出一部分，使在外函噴管中膨脹加速，借以獲得推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的部分推力，另一部分空氣則進(jìn)入內(nèi)函，經(jīng)壓縮機(jī)、燃燒室、渦輪和內(nèi)函噴管后噴出產(chǎn)生另一部分推力。按其風(fēng)扇、壓縮機(jī)和渦輪的匹配方式有單軸式、雙軸式、三軸式。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于高亞音速客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)等。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。利用燃?xì)鉁u輪帶動(dòng)螺旋槳產(chǎn)生的推力，以及燃?xì)庠谖矅姽軆?nèi)膨脹加速產(chǎn)生的推力(占較次要的地位)的共同作用以推動(dòng)飛機(jī)向前飛行。按壓縮機(jī)與渦輪的匹配方式，也有單軸與雙軸兩種，用于亞音速(馬赫數(shù)小于0.8)飛行時(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是以動(dòng)力軸往外輸出功率，工作原理與雙軸燃?xì)廨啓C(jī)相同，主要用于驅(qū)動(dòng)直升飛機(jī)的螺旋槳。2)船用燃?xì)廨啓C(jī)亦稱“艦船用燃?xì)廨啓C(jī)”。用來(lái)驅(qū)動(dòng)船舶推進(jìn)裝置(螺旋槳)的燃?xì)廨啓C(jī)。船用燃?xì)廨啓C(jī)基本上采用航空燃?xì)廨啓C(jī)改型，其基本型式為雙軸或三軸簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，并且還在研制蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)船用燃?xì)廨啓C(jī)。3)陸用運(yùn)輸式燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)稱“運(yùn)輸式燃?xì)廨啓C(jī)”。賴以驅(qū)動(dòng)陸用交通運(yùn)輸機(jī)械的一種燃?xì)廨啓C(jī)?；緲?gòu)造、工作原里與普通簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)異。所采用的基本機(jī)型為單軸(采用電力傳動(dòng))或雙軸簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。目前僅被用作機(jī)車或汽車的動(dòng)力裝置；但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它將具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前途。4)電站燃?xì)廨啓C(jī)。賴以驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種燃?xì)廨啓C(jī)。其基本構(gòu)造和工作原理與普通移動(dòng)式燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)異，但燃?xì)獬鯀?shù)較高，單機(jī)功率大，油耗率稍低，熱力系統(tǒng)和所采用的循環(huán)大多較復(fù)雜。5)生產(chǎn)流程燃?xì)廨啓C(jī)全稱“工業(yè)生產(chǎn)流程節(jié)能型燃?xì)廨啓C(jī)”。指利用工業(yè)生產(chǎn)流程中所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w作為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)，也指利用工業(yè)生產(chǎn)流程中所產(chǎn)生的具有一定壓力的氣體在渦輪中膨脹作功的機(jī)組。6)原子能氣輪機(jī)以鈾或钚原子核在反應(yīng)堆內(nèi)借裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱能作為熱源來(lái)加熱工質(zhì)(氣體)的旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)。有單回路和雙回路兩種類型。單回路式總是采用閉式循環(huán)，工質(zhì)(氦、氮等氣體)經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，導(dǎo)入回?zé)崞骱头磻?yīng)堆吸收熱量，然后進(jìn)入渦輪膨脹作功，再經(jīng)過回?zé)崞骱皖A(yù)冷器冷卻至原來(lái)壓縮機(jī)的進(jìn)口溫度。如此循環(huán)不已。由于工質(zhì)兼作反應(yīng)堆冷卻劑(即載熱劑)，在選擇工質(zhì)時(shí)應(yīng)保證反應(yīng)堆工作的可靠性和機(jī)組在核輻射作用下的安全性。雙回路式的工質(zhì)需通過熱交換器從反應(yīng)堆的一回路獲取熱量，常用氦、氮等氣體或液態(tài)金屬鈉和鉀等作為一回路的冷卻劑。單回路原子能氣輪機(jī)比較簡(jiǎn)單，重量輕，尺寸小，效率也較高；雙回路原子能氣輪機(jī)在技術(shù)上較為安全。原子能氣輪機(jī)目前尚處于研制階段，根據(jù)分析，它在交通運(yùn)輸裝置(特別是艦船)上的性能將優(yōu)于目前所使用的原子能汽輪機(jī)。世界電站燃?xì)廨啓C(jī)的快速發(fā)展世界電站燃?xì)廨啓C(jī)的快速發(fā)展是與電力工業(yè)中燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的快速發(fā)展分不開的。電力工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的發(fā)達(dá)程度。自1979年我國(guó)執(zhí)行改革開放政策以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)一直持續(xù)發(fā)展，人民的生活水平明顯改善。但就一次能源消費(fèi)總量和發(fā)電量而言，都無(wú)法滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需要，甚至已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此，把優(yōu)先發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)，其中包括電力工業(yè)，必將成為我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)。就世界電力工業(yè)發(fā)展的歷程來(lái)看，以往，人們主要是依靠燃煤的蒸汽輪機(jī)電站來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電目標(biāo)的。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，人們一直環(huán)繞著以下兩大問題進(jìn)行著卓越的工作，即：①不斷的提高燃煤電站的單機(jī)容量和供電效率；②解決日益嚴(yán)重的因燃煤而造成的污染問題，以滿足環(huán)境保護(hù)的要求。顯然，改善燃煤蒸汽輪機(jī)電站供電效率的主要方向是：提高蒸汽的初參數(shù)并改進(jìn)其熱力循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也就是說，使主蒸汽的參數(shù)向亞臨界、超臨界、甚至超超臨界的方向發(fā)展，同時(shí)采用多級(jí)的再熱循環(huán)系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)方案。目前，亞臨界參數(shù)電站的供電效率為38%~41.9%左右，超臨界參數(shù)電站的供電效率為40%~44.5%左右，而超超臨界參數(shù)電站，即使達(dá)到表1-1所示的高參數(shù)條件，供電效率也只能實(shí)現(xiàn)表中所示的水平。表1-1超超臨界參數(shù)蒸汽輪機(jī)電站供電效率的預(yù)估值蒸汽壓力/溫度供電效率30.0Mpa/600℃/620℃45.2%①31.5Mpa/620℃/620℃45.6%①35.0Mpa/700℃/720℃47.7%①表中的供電效率都是在蒸汽參數(shù)為27.0Mpa/585℃/600℃時(shí)，供電效率已達(dá)到44.5%高水平的基礎(chǔ)上估算的。顯然，要實(shí)現(xiàn)超超臨界參數(shù)的效率水平，尚需進(jìn)行大量的科學(xué)研究，它決非是指日可待的，困難不少。在解決因燃煤而帶來(lái)的污染問題方面，人們首先致力于解決粉塵的排放問題，進(jìn)而向解決NOx和SOx的方向發(fā)展。目前，粉塵的排放問題基本上已獲得比較滿意的解決；NOx的問題已能在鍋爐中改用“低NOx燃燒器”的方法得以控制。但是，無(wú)論是在“燃燒前”“燃燒中”或是“燃燒后”處理SOx的排放問題，都是很花錢的，許多方案都還在研究之中。目前，世界上在解決SOx的排放問題上用得最普遍的方法是采用尾氣脫硫裝置(FGD)。以前這種裝置的費(fèi)用很高，它大約要占全電站總投資費(fèi)用的20%~25%。運(yùn)行費(fèi)用也很昂貴，例如：我國(guó)四川珞璜2×360MW機(jī)組的FGD的年運(yùn)行費(fèi)用就高達(dá)4000萬(wàn)人民幣，而且，F(xiàn)GD的使用還將使電站的供電效率下降1個(gè)百分點(diǎn)左右?，F(xiàn)在，F(xiàn)GD裝置的投資費(fèi)用已降低到350元/KW左右，國(guó)內(nèi)已在迅速推廣。燃汽輪機(jī)是從本世紀(jì)50年代開始逐漸登上發(fā)電工業(yè)舞臺(tái)的。但是由于當(dāng)時(shí)機(jī)組的單機(jī)容量小，而熱效率又比較低，因而在電力系統(tǒng)中只能作為緊急備用電源和調(diào)峰機(jī)組使用。60年代時(shí)歐美的大電網(wǎng)都曾發(fā)生過電網(wǎng)瞬時(shí)解列的大事故，這些事故促使人們加深了對(duì)電網(wǎng)中必須配備一定數(shù)量的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的認(rèn)識(shí)，因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)具有快速“黑起動(dòng)”的特性，它能保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可恢復(fù)性。歐美國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明：從安全和調(diào)峰的目的出發(fā)，在電網(wǎng)中安裝功率份額為8%~12%的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組是合適的。然而，從80年代以后，由于燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)功率和熱效率都有很大程度的提高，特別是燃?xì)?蒸氣聯(lián)合循環(huán)漸趨成熟，再加上世界范圍內(nèi)天然氣資源的進(jìn)一步開發(fā)，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位就發(fā)生了明顯的變化，它們不僅可以用作緊急備用電源和尖峰負(fù)荷機(jī)組，而且還能攜帶基本負(fù)荷和中間負(fù)荷。表1-2和表1-3中給出了目前已經(jīng)生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的性能參數(shù)。由此可見，燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)功率則已超過200MW，熱效率已達(dá)39%以上；而聯(lián)合循環(huán)的單機(jī)功率已達(dá)到400MW，供電效率則已超過60%，顯然，從熱力性能的角度看，它們完全可以承擔(dān)基本負(fù)荷，而且比超超臨界參數(shù)的燃煤輪機(jī)電站優(yōu)越得多。表1-2某些典型的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的性能參數(shù)公司名稱機(jī)組型號(hào)ISO基本功率/MW壓比燃?xì)獬鯗?℃供電效率(%)單位售價(jià)/(美元/KW)GE發(fā)電站PG9231(EC)169.014.234.93183PG9231(FA)226.515.0128835.66188ABBGT13E2164.315.0126035.71210GT26240.030.037.79204Siemens(KWU)V64.3A70.016.6131036.81319V84.3A170.016.6131038.00V94.3A240.016.6131038.00198西屋501G235.219.2142739.00180701F236.715.6134936.77187GE船用與工業(yè)LM6000-PA41.229.6116039.78296R-R公司Trent51.1935.041.57304普惠FT825.4220.3112138.13362三菱701F237.416142736.5富士V94.3A24016.638.0總的來(lái)說，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)具有以下一些優(yōu)點(diǎn)，即：①供電效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過燃煤的蒸汽輪機(jī)電站；②在國(guó)外，交鑰匙工程的比費(fèi)用大約為500~600美元/kW，它要比帶有FGD的燃煤蒸汽輪機(jī)電站(1100~1400美元/kW)低很多；③建設(shè)周期短，可以按“分階段建設(shè)方針”建廠，資金利用最有效；④用地用水都比較少；⑤運(yùn)行高度自動(dòng)化，每天都能起停；⑥運(yùn)行的可用率高達(dá)85%~95%；⑦便于快速“黑起動(dòng)”；⑧由于采用天然氣或液體燃料，污染排放問題解決得很徹底，一般來(lái)說，無(wú)飛塵，SOx和NOx都很少，特別是在燃燒天然氣時(shí)，還可以大大地減少CO2的排放量，如表1-4所示。當(dāng)然，解決污染問題的功勞應(yīng)歸于所用的潔凈燃料的特性。表1-3某些聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的性能參數(shù)公司名稱機(jī)組型號(hào)ISO基本功率/MW供電效率(%)所配燃?xì)廨啓C(jī)的情況單位售價(jià)/(美元/KW)GE發(fā)電S-109EC259.653.51臺(tái)MS9001ECS-109FA348.554.81臺(tái)MS9001FA255S-209FA700.855.12臺(tái)MS9001FA238ABBKA13E2-1241.652.51臺(tái)13E2，雙壓蒸汽輪機(jī)KA13E2-1244.253.01臺(tái)13E2，三壓蒸汽輪機(jī)282KA13E2-2490.853.32臺(tái)13E2，三壓蒸汽輪機(jī)KA13E2-3737.353.43臺(tái)13E2，三壓蒸汽輪機(jī)255KA13E2-4983.553.54臺(tái)13E2，三壓蒸汽輪機(jī)KA26-1①361.556.91臺(tái)GT26262KA26-2①725.957.12臺(tái)GT26Siemens/KWUGUD1.94.2235.051.91臺(tái)V94.2255GUD1S.94.3A354.057.21臺(tái)V94.3A西屋1×1501F250.554.81臺(tái)501F1×1501G①248.858.01臺(tái)501G2×1501G①697.658.02臺(tái)501G①該機(jī)組尚在研制中。表1-4燃用不同燃料時(shí)熱力發(fā)電廠的CO2的排放情況項(xiàng)目燃料種類所需燃料的含C量燃燒后產(chǎn)生的CO2量發(fā)電時(shí)CO2的排放量kg/GJ相對(duì)值kg/GJ相對(duì)值發(fā)電效率(%)Kg/(MW·h)相對(duì)值木材褐煤煙煤重油原油天然氣27.326.224.520.019.013.8112%108%100%82%78%56%1009690747051112%108%100%82%78%56%35373945①39394050②1030935829718753716507405124%113%100%87%91%87%61%49%遠(yuǎn)期采用超超臨界參數(shù)的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組時(shí)。采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電時(shí)。綜上所述可以看出：在燃燒天然氣或液體燃燒的前提下，無(wú)論在供電效率、比投資費(fèi)用、發(fā)電成本、污染排放量以及運(yùn)行維護(hù)的可靠性方面，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式都要比有FGD的燃煤蒸汽電站優(yōu)越，因而它越來(lái)越受到人們的青睞。在世界的發(fā)電容量中其所占的份額是明顯地快速增長(zhǎng)的。事實(shí)也正是如此：自70年代的能源危機(jī)以來(lái)，美國(guó)和西歐的一些政府都開始鼓勵(lì)電力工業(yè)使用天然氣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1990年底，全世界已經(jīng)投入運(yùn)行的燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的總功率為14019MW，1991年到1996年之間，投入運(yùn)行的這種新機(jī)組容量的總和不會(huì)低于27400MW。而燒油和燒天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的裝機(jī)容量則已高達(dá)4億kW。又據(jù)報(bào)導(dǎo)：自1987年開始，美國(guó)發(fā)電用燃?xì)鈾C(jī)的年總功率數(shù)已經(jīng)超過了發(fā)電用蒸汽輪機(jī)的年生產(chǎn)總功率數(shù)。目前，全世界每年增加的發(fā)電容量中，有35%~36%系采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，而美國(guó)則為48%。這正是世界電力工業(yè)中大量使用燒油和燒天然氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的實(shí)證。應(yīng)該說；這也正是世界發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一次重大的歷史性轉(zhuǎn)折，它預(yù)示著今后燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)的美好發(fā)展前景。然而，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)畢竟是以燒天然氣或液體燃料為前提的，它是否也能燃用常規(guī)的固體燃料—煤呢？為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想，從70年代開始人們就致力于研究開發(fā)燃煤的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的各種方案，其中有一個(gè)所謂的“整體煤氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)”方案(簡(jiǎn)稱IGCC)。它的設(shè)計(jì)思想是：使煤在高壓、高強(qiáng)度、高效率的氣化爐中氣化成為中熱值煤氣或低熱值煤氣，進(jìn)而通過洗滌和脫硫過程，把煤氣中的微塵、硫化物、堿金屬等雜質(zhì)清除干凈，最后，把潔凈的人造煤氣輸送到燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)中去燃燒作功。顯然，這種方案的供電效率一定會(huì)比燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)者低一些，因?yàn)樵谌嗽烀簹獾闹苽溥^程中必然要損失一部分熱能，同時(shí)還會(huì)增大電站的廠用電消耗。但是，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，IGCC的供電效率預(yù)計(jì)在2010年前可以提高到50%~52%，即：遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于超超臨界參數(shù)的燃煤蒸汽輪機(jī)電站尚未實(shí)現(xiàn)的效率指標(biāo)。其污染排放量則是各種潔凈煤發(fā)電技術(shù)中最低者之一，它只有美國(guó)NSPS標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限排放量的10%~30%，完全能夠滿足下一實(shí)際日益嚴(yán)格的環(huán)保質(zhì)量的要求。目前，IGCC的單機(jī)容量已經(jīng)做到300MW等級(jí)，可以適應(yīng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的需要，運(yùn)行可用率則與常規(guī)的燃煤蒸汽輪機(jī)電站相仿。主要缺陷是比投資費(fèi)尚比較高，預(yù)計(jì)到2010年左右有可能下降到1000美元/kW的水平，到時(shí)才能大規(guī)模地進(jìn)入市場(chǎng)。通過以上的綜述和分析，不難看清：在今后世界電力工業(yè)的發(fā)展歷程中，不論是燒天然氣、液體燃料還是固體燃料—煤，開發(fā)大容量的高效率的燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)是一個(gè)必然的趨勢(shì)，它既能節(jié)省世界上日趨緊張的能源資源，又能保護(hù)環(huán)境。燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電機(jī)組必將成為世界電力工業(yè)中的一個(gè)重要組成部分，它的作用也將日益增升。因而可以毫不夸張的說：在世界范圍的電力工業(yè)中，燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)正在異軍突起。我國(guó)電站燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展前景燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)已經(jīng)成為世界電力工業(yè)的一個(gè)重要組成部分，并將獲得飛速發(fā)展。顯然，這一現(xiàn)實(shí)是以燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的日益成熟以及天然氣和石油資源的廣泛應(yīng)用為前提的。表1-5中給出了1994年世界主要國(guó)家中一次能源消費(fèi)的構(gòu)成情況。由此可見，多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的一次能源消費(fèi)中，以石油和天然氣為主則是一個(gè)顯著的特點(diǎn)，這正是世界范圍內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，我國(guó)卻是一個(gè)在一次能源的消費(fèi)中以煤為主的國(guó)家，如表1-5所示，1994年煤炭占75%，石油占17.4%，天然氣僅占1.9%。也就是說，在目前我國(guó)是否也存在一個(gè)急需發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的形勢(shì)呢？而且我國(guó)是否具備向燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)提供足夠的天然氣或液體燃料的條件呢？我國(guó)的電力工業(yè)急需燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實(shí)是肯定的，2000年以來(lái)，廣東新建了4座百萬(wàn)級(jí)的燃天然氣的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠，9E聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組30多套。目前，還有多座大型燃天然氣的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠在計(jì)劃建設(shè)中，燃用天然氣的分布式能源站也將會(huì)得到發(fā)展。表1-51994年世界主要國(guó)家中一次能源消費(fèi)的構(gòu)成項(xiàng)目國(guó)別總消費(fèi)Mtce①石油(%)天然氣(%)煤炭(%)核電(%)水電(%)美國(guó)中國(guó)俄羅斯日本德國(guó)法國(guó)加拿大英國(guó)印度意大利世界總計(jì)2898.001227.37949.43683.57476.00331.43317.86311.14303.43214.4311319.7139.817.424.556.240.639.035.737.731.861.540.126.31.950.411.318.311.928.528.27.427.223.024.375.019.617.128.96.111.223.257.38.527.28.60.43.814.711.740.012.510.60.607.21.05.32.31.30.53.012.00.32.82.72.5萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。環(huán)境保護(hù)政策的制訂也為促進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)在我國(guó)的使用提供了機(jī)會(huì)。目前，因煤炭的燃燒而造成的嚴(yán)重污染已經(jīng)引起我國(guó)各界的關(guān)注。1995年8月29日我國(guó)政府公布了新修訂的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，1996年3月7日則發(fā)布了《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》。在有天然氣資源的條件下，以燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)來(lái)改造燃煤電站不僅是節(jié)約能源，更是改造中心城市環(huán)境污染最簡(jiǎn)捷的途徑。例如：自陜甘寧地區(qū)的天然氣進(jìn)京以來(lái)，在北京地區(qū)合理地使用燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)來(lái)改造燃煤舊電站的工作，其部分原因也寄予此。那么，我國(guó)能有這么多的液體燃料或天然氣供這些燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)使用嗎？當(dāng)然，我國(guó)液體燃料和天然氣的供應(yīng)形勢(shì)是相當(dāng)緊張的，例如；1995年我國(guó)天然氣的總開采量只有170億m3左右，并不充裕。但是，這幾年來(lái)隨著改革開放形勢(shì)的發(fā)展以及我國(guó)油氣田資源的勘察，天然氣資源的開發(fā)前景已有一定程度的改觀。例如：據(jù)公開報(bào)導(dǎo)得知：①我國(guó)已與俄羅斯簽訂了兩國(guó)政府關(guān)于共同建設(shè)天然氣管道的協(xié)定。該協(xié)定實(shí)施后，每年將有200~250億m3的天然氣從西伯利亞輸往我國(guó)。此外，我國(guó)還擬從土庫(kù)曼斯坦等中亞國(guó)家獲取250億m3/年的天然氣；②南海崖城13-1氣田投產(chǎn)，每年開采量為34億m3。其中27億m3/年供香港Blackpoint的2400MW的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站使用；③我國(guó)南海共有4個(gè)油氣田(包括崖城)，總儲(chǔ)氣量預(yù)計(jì)達(dá)30000億m3；④在新疆發(fā)現(xiàn)9個(gè)油氣田，其中天然氣的儲(chǔ)量不少于2000億m3；⑤青海某油田發(fā)現(xiàn)大量天然氣，估計(jì)儲(chǔ)量為77億m3；⑥渤海灣發(fā)現(xiàn)大氣田，可供天津穩(wěn)定使用20年；⑦東海發(fā)現(xiàn)較大的油氣田，2000年前可穩(wěn)定地供應(yīng)天然氣80億m3，原油1000萬(wàn)t；⑧陜甘寧油氣田開始建設(shè)，總儲(chǔ)量大約為30000億m3；⑨塔里木油田中埋藏著大約100億t石油和80000億m3的天然氣；⑩我國(guó)南沙群島含天然氣儲(chǔ)量80000~100000億m3；⑾我國(guó)將增加液化石油氣的使用量，1998年的需要量會(huì)增至526萬(wàn)t/年；⑿外商擬在我國(guó)南方沿海地區(qū)合資興建液化天然氣碼頭和儲(chǔ)倉(cāng)，深圳液化天然氣接收站項(xiàng)目已開工建設(shè)，一期接收量為370萬(wàn)噸，二期為200萬(wàn)噸。。從以上公開的資料中可以看出：今后幾年內(nèi)我國(guó)天然氣資源的供應(yīng)情況將有一定程度的改善，它有三個(gè)方面的供應(yīng)渠道，即：①以天然氣輸氣管道的形式，從前蘇聯(lián)地區(qū)進(jìn)口天然氣，其年進(jìn)口量將超過1995年我國(guó)自產(chǎn)的天然氣的總數(shù)量；②從國(guó)外進(jìn)口液化天然氣，其引進(jìn)的速度在不斷加快，而其中的70%左右將用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電；③由沿海一帶新開發(fā)的油氣田向鄰近的工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)供應(yīng)天然氣。此外，我國(guó)西北地區(qū)天然氣的資源很豐富，開發(fā)工作正在啟動(dòng)。當(dāng)然，這些天然氣首先該用來(lái)作為化工工業(yè)的原料氣以及民用能源(因?yàn)樗亲钋鍧嵉娜剂希山枰跃徑獬鞘形廴締栴})，即使如此，倘若按天然氣量的1/10來(lái)考慮供燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組使用，那么，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)功率數(shù)的需求就相當(dāng)可觀了。《國(guó)家能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要2004~2020年》草案指出：解決我國(guó)能源問題要切實(shí)抓好8方面的工作，其中第二方面的工作就是大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。如果到2020年，我國(guó)的一次能源構(gòu)成中有10%是天然氣，則一年超過2億噸。利用天然氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站將會(huì)得到比較廣泛的使用。聯(lián)合循環(huán)用燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展如前所述，到目前為止，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)已在世界電力工業(yè)中獲得了很大發(fā)展，它的單機(jī)功率已超過300MW，供電效率已達(dá)到56%以上，它的發(fā)展勢(shì)頭仍很強(qiáng)勁，發(fā)展?jié)摿θ晕锤F盡。總的來(lái)說，對(duì)于燃燒天然氣和液體燃料的機(jī)組來(lái)說，今后燃?xì)廨啓C(jī)將沿著進(jìn)一步提高它的單機(jī)容量和供電效率的方向發(fā)展。本節(jié)就以上問題進(jìn)行研討和論述，以便對(duì)聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展前景有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。眾所周知，聯(lián)合循環(huán)是以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的，因而它的發(fā)展必然以燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展為前提。為了把燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的性能提高到一個(gè)新的水平，國(guó)際上正在制定一系列計(jì)劃以加速燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，其中有代表性計(jì)劃是美國(guó)制定的ATS計(jì)劃和CAGT計(jì)劃。ATS的研究和開發(fā)計(jì)劃于1992年到2000年之間實(shí)施。計(jì)劃的總設(shè)想如下：(1)目標(biāo)：①把發(fā)電用聯(lián)合循環(huán)的供電效率提高到60%以上。計(jì)劃分兩步來(lái)實(shí)施，即：在2000年前，維持燃?xì)獬鯗豻3=1288℃左右，依靠改造聯(lián)合循環(huán)的系統(tǒng)來(lái)使供電效率達(dá)到58%；此后，把t3提高到1427℃，以最終實(shí)現(xiàn)供電效率大于或等于60%的要求；②使供電價(jià)格降低10%；③把工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的效率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上相對(duì)提高15%；④把NOx的排放量比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)減少10%，即達(dá)到5*10-6(體積分?jǐn)?shù))的水平，把CO、CxHy的排放量控制在20*10-6(體積分?jǐn)?shù))以下；⑤把上述技術(shù)用于燃煤的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)(IGCC)；⑥要求以天然氣為燃料，分別在一臺(tái)發(fā)電機(jī)組上和一臺(tái)工業(yè)用機(jī)組上做示范試驗(yàn)；⑦使上述成果于2002年進(jìn)入市場(chǎng)。(2)技術(shù)措施：①在改造系統(tǒng)方面考慮采用壓氣機(jī)的中間冷卻方法：采用多轉(zhuǎn)子壓縮系統(tǒng)，以提高其壓縮比，使循環(huán)設(shè)計(jì)達(dá)到最佳效率點(diǎn)；采用高流量的燃?xì)馔钙皆O(shè)計(jì)，以增大機(jī)組的功率；研究濕空氣透平(HAT循環(huán))；②采用冷卻燃?xì)馔钙酵鞑糠值男路椒ǎ渲邪ú捎锰沾刹牧系娜~片和先進(jìn)的噴涂技術(shù)。要建立一臺(tái)3~6MW的用陶瓷葉片的燃?xì)廨啓C(jī)，運(yùn)行1000h。(3)在燃煤技術(shù)方面：考慮試驗(yàn)以上五種方案，即：IGCC、PFBC-CC，第二代PFBC-CC，采用高溫陶瓷管的外燃式聯(lián)合循環(huán)(EFCC)，以及直接在燃?xì)廨啓C(jī)中燃用水煤漿(Allison公司曾在一臺(tái)4MW的燃?xì)廨啓C(jī)上運(yùn)行過一段時(shí)間)。(4)最終得益的估計(jì)：①比現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的效率提高15%，比現(xiàn)有工業(yè)用能系統(tǒng)的平均效率提高50%，從而使CO2的排放量大大降低；②大大地減少NOx、CO和CxHy的排放量；③為燃煤的IGCC提供技術(shù)；④在2006-2010年之間預(yù)期獲利20億美元。(5)市場(chǎng)估計(jì)：預(yù)期在2000~2010年期間每年要用新的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)更新舊電廠10000MW，新增發(fā)電容量10000MW。CAGT計(jì)劃是針對(duì)航空改型機(jī)組的研究和開發(fā)工作而擬訂的。它想在壓氣機(jī)之間采用中間冷卻器、在透平之間采用再熱燃燒室，并在燃燒室中噴注蒸汽，以實(shí)現(xiàn)程氏循環(huán)或濕空氣透平(HAT)循環(huán)等措施，來(lái)提高機(jī)組的熱效率和比功。預(yù)期到2002年時(shí)，能夠把燒天然氣的簡(jiǎn)單循環(huán)機(jī)組的供電效率提高到45%~47%，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供電效率提高到60%~62%。研究中選擇推力高達(dá)266717~444528N(27216~45360kgf)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象，以便提高機(jī)組的功率，滿足發(fā)電設(shè)備的要求。以航空發(fā)動(dòng)機(jī)改型為對(duì)象的好處在于：可以選用高壓比的雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)，并盡可能地提高透平前的燃?xì)鉁囟萾3。目前，t3=1343℃的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)正式運(yùn)行；t3=1480℃的發(fā)動(dòng)機(jī)正在制造；t3=1590℃的發(fā)動(dòng)機(jī)則正在開發(fā)之中。美國(guó)GE公司是燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)制造業(yè)的先驅(qū)。幾年前，它已經(jīng)推出了燃?xì)獬鯗豻3=1288℃的FA型燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率達(dá)到250.4MW，供電效率為36.49%；聯(lián)合循環(huán)的單機(jī)功率為376.2MW，供電效率為56.3%。配合ATS計(jì)劃的執(zhí)行，最近，正在研制兩種燃?xì)廨啓C(jī)新型號(hào)，即9G和9H，以適應(yīng)21世紀(jì)初發(fā)展的需要。9FA、9G和9H這三種燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的性能對(duì)比，如表1-6所示。表1-69331FA、9G和9H機(jī)組的性能對(duì)比型號(hào)項(xiàng)目9331FA9G9H燃?xì)獬鯗?℃空氣流量/kg·s-1壓縮比比功/[MW/(kg·s-1)]簡(jiǎn)單循環(huán)的功率/MW供電效率(%)聯(lián)合效率的凈功率/MW供電效率(%)Nox的排放量(體積分?jǐn)?shù)15%O2含量)(10-6)1288602150.58226.536348.554.8251430685230.6128239.542058251430685230.70-4806025由表1-6知，9H型機(jī)組的性能要比9332FA型有相當(dāng)程度的改進(jìn)，效率提高了，單機(jī)的功率也增大了，而且機(jī)組更加緊湊了，有利于減少比投資費(fèi)。相對(duì)于9331FA型機(jī)組，9H型機(jī)組有以下幾方面改進(jìn)，即：(1)提高壓氣機(jī)的壓縮比。整個(gè)壓氣機(jī)是從航空發(fā)動(dòng)機(jī)CF680C2的壓氣機(jī)?；糯?倍而得到的，其壓縮比增至23，壓縮效率也有所提高。(2)把燃?xì)鉁囟忍岣叩?430℃的高水平。(3)燃?xì)廨啓C(jī)的第一級(jí)和第二級(jí)靜葉是用封閉式的蒸汽冷卻的，如圖1-3所示。冷卻用蒸汽是從蒸汽輪機(jī)高壓缸的排汽中抽取的。當(dāng)蒸汽冷卻葉片后，并不摻入到燃?xì)饬鞯乐腥?，而是循環(huán)回流到蒸汽輪機(jī)中壓缸的入口，進(jìn)到蒸汽輪機(jī)中去繼續(xù)作功，如圖1-4所示。a)開式空氣冷卻葉片b)封閉式蒸汽冷卻葉片圖1-3開式空氣冷卻葉片和封閉式蒸汽冷卻葉片回路之對(duì)比采用封閉式蒸汽冷卻的優(yōu)點(diǎn)是：可以減少因葉片冷卻而導(dǎo)致的燃?xì)鉁囟认陆档某潭取＠纾涸?FA型燃?xì)廨啓C(jī)中，冷卻空氣在以氣膜冷卻方式冷卻葉片后，是從靜葉的出氣口混到高溫燃?xì)庵腥サ?，這將導(dǎo)致燃?xì)鉁囟认陆?55℃。當(dāng)在9H中改用冷卻效果很好的蒸汽來(lái)冷卻葉片時(shí)，在獲得同樣冷卻效果的前提下，蒸汽并不摻混到燃?xì)庵腥ィ浣Y(jié)果是因冷卻而導(dǎo)致的燃?xì)鉁囟戎陆抵挥?4℃。它的作用就相當(dāng)于提高了燃?xì)獾淖鞴囟?，有利于改善燃?xì)廨啓C(jī)的效率。圖1-4蒸汽冷卻系統(tǒng)與蒸汽輪機(jī)的配合關(guān)系(4)采用干式低NOx的燃燒室來(lái)控制排氣中的NOx含量，而不再像一般燒天然氣的燃燒室中那樣，需要噴入一定數(shù)量的蒸汽，來(lái)幫助控制NOx排放量。這樣，就能減少燃?xì)廨啓C(jī)排氣中的水蒸氣含量，也有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率。(5)當(dāng)用9H型燃?xì)廨啓C(jī)組合聯(lián)合循環(huán)時(shí)，采用有再熱的三壓式蒸汽循環(huán)系統(tǒng)。蒸汽的初參數(shù)提高到亞臨界參數(shù)的水平，即16.5MPa/565℃/3.44MPa/565℃/0.28MPa/277℃。這也有利于提高聯(lián)合循環(huán)的效率。從表1-7中已知：9G的燃?xì)獬鯗嘏c9H是相同的，但是由于它仍然采用9FA機(jī)組中那樣的空氣冷卻靜葉的方案，致使燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的效率都要比9H者略低2個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)然，9H機(jī)組只能在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中使用，而不能按簡(jiǎn)單循環(huán)方式運(yùn)行，否則，燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件因無(wú)蒸汽冷卻而無(wú)法正常工作。美國(guó)西屋公司開發(fā)的501G機(jī)組，與501F機(jī)組的性能對(duì)比如表1-7所示。對(duì)比表1-7和表1-8可知：501G機(jī)組是與GE公司的9G機(jī)組(但轉(zhuǎn)速為3000r/min)相當(dāng)?shù)?。相?duì)于501F機(jī)組來(lái)說，501G機(jī)組之所以能夠提高性能是由于采取了以下一些措施的緣故，即：壓氣機(jī)改用日本三菱公司(MHI)MF221壓氣機(jī)的模擬放大件，使其壓縮比由15提高到19.2，它采用了先進(jìn)的壓氣機(jī)葉型和噴涂技術(shù)，來(lái)減少壓氣機(jī)的間隙，以求改善壓氣機(jī)效率。燃燒室和過渡段不再采用常規(guī)的空氣冷卻方案，而改用蒸汽冷卻方案，如圖1-5所示。在501F機(jī)組中由于燃燒室和過渡段采用常規(guī)的空氣冷卻方案，冷卻空氣量大約為壓氣機(jī)進(jìn)氣量的10%~20%，這將使透平第一級(jí)導(dǎo)葉的入口溫度降為1350℃，導(dǎo)葉的出口溫度控制為1288℃。當(dāng)改用蒸汽冷卻方案后，冷卻空氣量將降為0，這樣，就可以使透平第一級(jí)導(dǎo)葉的入口溫度提高到1500℃，而導(dǎo)葉的出口溫度被控制為1427℃。這將有利于提高機(jī)組的性能。透平葉型引進(jìn)英國(guó)Rolls-Royce公司的技術(shù)，透平級(jí)數(shù)改成四級(jí)，把501G機(jī)組的功率增大到300MW。透平的葉片數(shù)將減少15%，又由于航空透平葉片的冷卻設(shè)計(jì)性能良好，由此，可以減少透平部件冷卻空