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伴隨著石油、天然氣、煤炭等一次性能源節(jié)節(jié)攀升的高價位和日益緊張的供應形勢，能源問題已突破人們的心理底線，節(jié)能、高效已經(jīng)成為一項尤為突出的亟待解決的課題。在火力發(fā)電行業(yè)，內(nèi)燃渦輪發(fā)電機以其高效率、高轉化率、大功率、高節(jié)能的優(yōu)點，已被越來越多的能源專家、政府決策者和火力發(fā)電企業(yè)所認可。隨著對火電發(fā)電效率提高和環(huán)保的呼聲日益高漲，相信接下來的火力發(fā)電設備，將以高效的內(nèi)燃發(fā)電機為主。

火力發(fā)電設備新趨勢

——燃氣渦輪發(fā)電機

撰草稿張金輝肖繼平

伴隨著石油、天然氣、煤炭等一次性能源節(jié)節(jié)攀升的高價位和日益緊張的供應形勢，能源問題已突破人們的心理底線，節(jié)能、高效已經(jīng)成為一項尤為突出的亟待解決的課題。在火力發(fā)電行業(yè)，內(nèi)燃渦輪發(fā)電機以其高效率、高轉化率、大功率、高節(jié)能的優(yōu)點，已被越來越多的能源專家、政府決策者和火力發(fā)電企業(yè)所認可。隨著對火電發(fā)電效率提高和環(huán)保的呼聲日益高漲，相信接下來的火力發(fā)電設備，將以高效的內(nèi)燃發(fā)電機為主。

火力發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統(tǒng)（以汽輪發(fā)電機、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機械能到電能的轉變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟運行。當氣體從高壓空間流向低壓空間時，壓強差越大，流動的速度也越大。蒸汽輪機的工作原理是：利用噴嘴使水管式鍋爐的過熱管送來的過熱蒸汽，從噴嘴噴出時，體積開始急劇地膨脹。同時壓強降低，速度增大，這樣的蒸汽具有很大的動能。也就是說蒸汽的內(nèi)能在噴嘴中轉變?yōu)檎羝膭幽堋．斦羝麌娚涞饺~片上時，它的動能又轉變?yōu)闄C軸旋轉的機械能。蒸汽輪機長期以來以煤炭為燃料，即使達到亞臨界、超臨界狀態(tài)的發(fā)電狀態(tài)，效率也僅達到34%左右，煤炭的利用率已達到了極限。隨著人們對能源危機的共識和對節(jié)能環(huán)保的越來越重視。眾多國家決策者和企業(yè)領導人也逐漸把高效、節(jié)能、環(huán)保提高到國家和企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略上。蒸汽輪機已漸漸變的與時代主題相違。在中國，眾多的火力蒸汽輪機高耗能、高污染，已成為阻礙國家戰(zhàn)略發(fā)展的障礙。2007年，我國原煤產(chǎn)量為25.23億噸，其中用于火力發(fā)電的電煤是12.82億噸，電煤占當年原煤產(chǎn)量的51%。火電廠所排出的粉塵、二氧化硫、二氧化碳等氣體從此也可略窺一斑，而發(fā)電效率每提高1%所帶來的經(jīng)濟與環(huán)境效益也是十分可觀的。因此，越來越多的能源專家、環(huán)保人士以及政府決策者和高瞻遠矚的企業(yè)家都期待占發(fā)電比重巨大的火力發(fā)電企業(yè)能夠改觀現(xiàn)今的發(fā)電模式。而火力發(fā)電企業(yè)也急需一種高效、環(huán)保、節(jié)能的發(fā)電機來取代現(xiàn)有的設備，以企提高企業(yè)經(jīng)濟效益、符合時展的要求。燃氣渦輪發(fā)電機似乎就是專為此而應運而生的。

燃氣輪機的基本原理與蒸汽輪機很相似，不同處在于工質(zhì)不是蒸汽而是燃料燃燒后的煙氣。燃氣輪機屬于內(nèi)燃機，所以也叫內(nèi)燃氣輪機。構造有四大部分：空氣壓縮機，燃燒室，葉輪系統(tǒng)及回熱裝置。燃氣輪機的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉；加熱后的高溫燃氣的作功能力顯著提高，因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初溫，并相應提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31；工業(yè)和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃。常規(guī)燃氣渦輪發(fā)電機是大型發(fā)電設備的典型代表，能提供從1至數(shù)兆瓦的電力，可以滿足幾乎一切包括辦公大樓、醫(yī)院、學校、商店的建筑物的用電需求。渦輪發(fā)電機出來的廢氣是吸收式制冷機的理想熱源，被用來制冷、采暖和提供衛(wèi)生熱水。同燃煤電廠的廢氣相比，其廢氣的雜質(zhì)、含硫量均很低，其次最為顯著的是其含氧量較高，可達15％以上，可以作為直燃機的助燃空氣，進行第二次燃燒。燃氣輪機具有啟動迅速,操作簡便等特點,并設有自動保護系統(tǒng),可實現(xiàn)無人值守,是節(jié)能,環(huán)保型動力設備。1立方米天然氣可發(fā)電力3千瓦時,1立方米煤層氣或煉化尾氣可發(fā)電力2.7千瓦時,經(jīng)濟效益非常顯著。

目前國內(nèi)外開發(fā)的燃氣發(fā)動機多是在汽油機或柴油機基礎上研制開發(fā)的,較大的燃氣發(fā)動機基本上都是從柴油機改制過來的,轉速為1000～1500r/min,采用電火花點火方式。國內(nèi)在燃氣輪機的研發(fā)方面，相較下洛陽豫燃煤氣設備有限公司已具備相當實力。著名煤氣設備專家、著名工程師陶予敏老師，自1996年開始就帶領著一批科研人員從事燃氣輪機的設備研究、實驗。2002年陶予敏老師又帶領洛陽豫燃煤氣設備有限公司的科研人員組成以水煤氣為燃料的燃氣渦輪發(fā)電機的研發(fā)團隊。歷經(jīng)數(shù)載奮斗、攻關，克服重重困難，終于在投入大量實驗資金，試制了數(shù)十套設備后，掌握了燃氣輪機在轉速，設備調(diào)速，設備噪音處理以及設備大型化等方面的關鍵技術，獲得了巨大的成功?，F(xiàn)該設備因后期資金嚴重不足，設備制造暫告一段落，但升級改造的理論研究仍在進行中。2007年度諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者埃里克•馬斯金(EricS.Maskin)在第五屆SNAI－ASU企業(yè)家高層論壇做主旨演講時語出驚人地稱“認為油價并不夠高?！笔聦嵣嫌蛢r的確是一漲再漲。2008年紐約市場7月14日油價收于每桶145.18美元。倫敦國際石油交易所8月份交貨的北海布倫特原油收于每桶143.92美元。僅2008年1—6月份國際煤炭價格就上漲了48%，而國內(nèi)煤炭現(xiàn)有儲量以現(xiàn)今每年年產(chǎn)25億噸原煤（注：此為2007年年產(chǎn)量，估計2008年將達到29億噸）計算至多也只夠用80年。黨的十七大明確提出了充分認識加快建設節(jié)約型社會的極端重要性和緊迫性，增強憂患意識和危機意識，增強歷史責任感和使命感。如果陶予敏老師領導的洛陽煤氣設備有限公司所研發(fā)的燃氣渦輪發(fā)電機能夠在國內(nèi)的火力發(fā)電行業(yè)得到推廣的話，將會給整個火力發(fā)電行業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟注入新的活力。

當今能源新形勢下，水煤氣作一種高能、易得、相對較為廉價的清潔能源，具有很大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間。由于石油，天然氣具有國家安全戰(zhàn)略意義，世界各國政府也都將確保獲得穩(wěn)定石油來源作為重要政策目標，甚至不惜采用軍事手段（如美國發(fā)動的海灣戰(zhàn)爭以及對伊拉克等產(chǎn)油國的侵略等等）達到這一目標。目前，世界上許多地區(qū)成為熱點都與大國爭奪石油資源有關，如中東地區(qū)、里海地區(qū)和南中國海地區(qū)。中國雖然是一個能源大國，但能源危機已迫在眉睫。試想一下，如果國內(nèi)像陶老師領導的洛陽豫燃煤氣設備有限公司科研團隊所研發(fā)的燃氣渦輪發(fā)電機之類產(chǎn)品，得到進一步發(fā)展，進而在火電行業(yè)或整個國內(nèi)推廣，將會給行業(yè)和國家?guī)矶嗝纯捎^的經(jīng)濟和戰(zhàn)略效益啊。節(jié)能、環(huán)保、能源安全已是時代主題。節(jié)約能源，提高國家能源多樣化、高效化，是一個愛國志士愛國的表現(xiàn)。誠然，國內(nèi)還有許多像洛陽豫燃煤氣設備公司陶予敏老師一樣，為祖國分憂，愿出自己一份力的有志之士。我們期待著祖國變得更加的強大、富強。