唐爱国
中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 湖南长沙 410000
摘要：燃气轮机是由高速旋转叶轮构成的，将燃料燃烧产生的热能直接转换成机械功对外输出的回转式动力机械。现代的燃气轮机由压气机燃烧室和涡轮组成，压气机和涡轮均为高速旋转的叶轮机械，是气流能量与机械功之间相互转换的关键部件。
关键词：燃气轮机与汽轮机；对比研究；未来发展
引言
燃气轮机与汽轮机是两种最为常见的热力涡轮机械，它们在工业生产中发挥了重要作用。二者工作原理相类似，但在技术特点、结构等方面也存在差异。汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在空气和燃气的主要流程中，只有压气机、燃烧室和燃气透平这三大部件组成的燃气轮机循环，通称为简单循环。
1燃气轮机与汽轮机的对比研究
1.1技术特点
1.1.1燃气轮机技术特点
1）质量轻、体积小
燃气轮机发电厂的金属消耗量约为同功率汽轮机的1/3～1/5，因此基建投资省，建设周期短。
2）燃料适应性强，对环境污染小
除能燃用天然气、蒸馏油等优质燃料外，还能燃用渣油、原油、中低比能的煤气等廉价燃料。同一台燃气轮机可以燃用液体或气体等几种燃料，系统及相关辅助设备无需作大幅度调整，甚至可以在运行中实现不同燃料间的相互切换。现代燃气轮机的排气比较干净，烟尘、CO、SO2、NOx和未燃碳氢化合物（UHC）的排放一般都能满足严格的环保标准。
3）启动快、自动化程度高
燃气轮机从冷态启动、加速，直至带上满负荷，一般只需3～15min。现代燃气轮机可通过微机进行控制，通过程序设定以实现启动或停机，同时进行集中控制或遥控，运行维修便捷，甚至可实现无人运行。
4）可以综合利用余热，大幅提高能源利用率
现代燃气轮机的排气温度一般为450～600℃，加之排气流量较大，蕴含着大量适于综合利用的优质能源。如加装余热锅炉，组成燃气-蒸汽联合循环，则其总功率可增加1/3～1/2，同时也可以实现热电联供或热电冷三联供，使能源利用率提高到80%以上。
1.1.2汽轮机技术特点
（1）较高的转速。汽轮机在实际应用过程中，其转速可达18000r/min，单级的可达33000r/min。虽然体积较小，但其单机功率可达十几万千瓦，这是内燃机、电机等其他动力机械所无法比拟的。同时，汽轮机可与被驱动机械直接联接，无需采用齿轮增速机构。不仅如此，汽轮机还可以平稳、灵敏地与这些被驱动机械（如压缩机、鼓风机、泵等）以相互协调地实现变速运行，同时适应生产流程工况条件变化的需要。
（2）就经济性方面而言，汽轮机提供了热电联产及废热综合利用的方式，从而达到了充分节能的目的。
因为汽轮机在生产流程中得到了合理配置，不仅可充分利用余热，而且可以在向生产流程系统提供蒸汽的同时，降低蒸汽中的汽化潜热损失，从而以较高的热转换效率对蒸汽进行充分利用。
（3）所具有的其他特性。汽轮机的起动扭矩较大，起动升速平稳，磨损量小，连续运行时间长，有完善的自动调节和保护系统。此外，汽轮机更易满足防爆、防火的要求，在电源发生事故时，因为有一定的蒸汽储备不会像电机一样突然停止运行，使系统运行的安全性得到了进一步保障。
1.2运行
汽轮机中的蒸汽由锅炉供给，故，启动时将锅炉产生的蒸汽导入汽轮机后即能旋转加速，不像燃气轮机那样需专门的启动装置。但是，由于汽轮机的工质为水蒸汽，输送蒸汽的管道较长，辅助设备较多，汽轮机的零部件如汽缸等设计得较为厚重，使汽轮机的启动操作较为复杂，需时长。例如，汽轮机冲转（开始旋转）前要对蒸汽管道进行暖管，减少管道、汽缸的热应力和防止低温使蒸汽在其中凝结成水流进入汽轮机中形成水击现象，其次是要开启抽气器使凝汽器中建立一定的真空，这些都需要时间。同时汽轮机冲转后的暖机时间也很长，其启动时间通常会以数小时来计算。例如，冷态启动至额定转速的时间，100MW高压汽轮机需要时长约3h，300MW亚临界再热汽轮机需要10h以上。从并网发电升负荷至额定功率的时间也很长，上述100MW的需要4h，300MW的需要30h以上。再考虑到锅炉点火启动的时间，整个蒸汽动力装置的启动时间是相当长的。而燃气轮机启动需时仅数分钟至0.5h，并网发电至满负荷的时间也较短，可见燃气轮机启动快的优点突出。
2燃气轮机与汽轮机的未来发展
自1939年燃气轮机实际使用以来，简单循环机组效率得以显著提升，其进展巨大，这与燃气初温的提高至当今水平密不可分。例如，在20世纪60年代涡轮应用冷却叶片后，燃气初温提高出现跳跃，之后提高速度加快，相应地机组效率的提高速度也明显加快。近年来，燃气初温超过1500℃的航空发动机已投运，燃气初温达到1700℃的涡轮研制工作已展开。因此，简单循环机组效率达到并超过45%已指日可待。机组效率的提高还与过去年代中压气机和涡轮的效率的提高有关。例如，目前已对燃气轮机的涡轮部分进行了改进，提高了涡轮效率，在略为提高空气流量和燃气初温的情况下，机组功率从41.0MW提高到44.6MW，效率从40.0%提高到42.6%。显然，随着技术的进展，今后压气机和涡轮效率将继续提高。就目前压气机、涡轮和机组效率所处的水平，压气机效率或涡轮效率若提高1%，则机组效率相应能提高0.6%或1.0%，影响较大。此外，从联合循环方面来看，部分效率达60%的联合循环机组已投入运营，这标志着热机的热能利用水平提高到一个新的高度。显然，随着燃气轮机技术的进展，在这之后联合循环的效率将进一步提高。另外，燃煤的联合循环，主要是其中的整体煤气化联合循环（IGCC），它不仅效率高，且污染排放很低，这正是人们追求的目标。现已有多座IGCC电站投入商业示范运行，标志着IGCC技术已趋于成熟。目前主要的问题是IGCC电站造价比燃煤的蒸汽电站高不少。但根据发展预测，再过数年以后，IGCC电站的造价将与燃煤蒸汽电站相当，而效率将明显高于燃煤蒸汽电站，从而可建立大量燃煤的联合循环电站，扩大燃气轮机所燃用的燃料范围。燃气轮机和联合循环性能不仅已达到相当高的水平，且还处于较快的提高时期，其优点将越来越显著。我国已具备了研制和生产燃气轮机的能力。当前国民经济高速发展，各方面对燃气轮机的需求十分迫切，应充分利用上述各种条件，重点发展我国的燃气轮机制造业，缩小与国外先进水平的差距，使之能满足国民经济发展的需要。
结语
在发展燃气轮机的工作中，不论是引进技术还是自行研制，都应坚持高起点，使生产的燃气轮机性能先进，即达到高效率、长寿命和较高的可靠性等。自行研制的需考虑具体的情况，不能盲目追求高指标，当前首先应是在可能的条件下提高要求，今后再继续改进提高；其次要选择合适的功率档次以适应国情；第三是重型燃气轮机与航机改型燃气轮机同时发展。未来，燃气轮机将在国民工业建设及经济发展进程中继续发挥重要作用。
参考文献
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[2]姜军鹏.石油平台小型透平发电机并网仿真平台研究[D].天津大学,2009.