燃氣輪機發(fā)電動力裝置及應(yīng)用分析

王成明

摘? 要：持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)是社會穩(wěn)定發(fā)展的前提之一，機械設(shè)備的發(fā)電機組如果出現(xiàn)故障無法進行電力供應(yīng)的時候，就需要使用到燃氣輪機發(fā)電動力裝置進行短時間內(nèi)的電力供應(yīng)，保證機械設(shè)備的正常運行。本文對燃氣輪機發(fā)電動力裝置的工作原理及應(yīng)用進行了分析，希望為相關(guān)企業(yè)提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;發(fā)電動力裝置;工作原理;應(yīng)用

引言：

燃氣輪機作為20世紀(jì)最重要的機械發(fā)明之一，在各個領(lǐng)域中都獲得了良好的應(yīng)用，尤其是在發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用，在一定程度上滿足了應(yīng)急電源的運行要求。燃氣輪機發(fā)電動力裝置經(jīng)過多年的研發(fā)與應(yīng)用，其中融合了多種現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，應(yīng)用效率與質(zhì)量都得到了很大的提升，并且應(yīng)用簡單、維護容易、自動適應(yīng)性強，可以應(yīng)用在多種環(huán)境下。

一、燃氣輪機發(fā)電動力裝置

現(xiàn)如今，燃氣輪機發(fā)電動力裝置已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在我國的各個電廠中，發(fā)電技術(shù)相對成熟，但是其在應(yīng)用過程中所面臨的維護問題并不樂觀，主要原因是天然氣的潔凈程度沒有得到很好的控制，使得燃氣輪機發(fā)電動力裝置在長期運行過程中會在壓氣室內(nèi)積聚大量的雜質(zhì)，對裝置金屬殼體或者其它組件造成腐蝕等[1]。燃氣輪機發(fā)電動力裝置是一種以高溫氣體為工質(zhì)，按照等壓力加熱循環(huán)工作流程，將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能與電能的機械裝置，在發(fā)電領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用效果。

二、燃氣輪機發(fā)電動力裝置工作原理

燃氣輪機發(fā)電動力裝置通常由燃氣輪機與發(fā)電機兩個主要機械裝置組成，具有多種工作形式，包括簡單循環(huán)發(fā)電、前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、整體化循環(huán)發(fā)電等，不同的發(fā)電形式具有不同的特點，但是工作原理基本相同。燃氣輪機發(fā)電動力裝置的工作原理是利用壓縮機將從大氣中獲得的空氣進行壓縮，使得壓縮后的空氣直接進入燃燒室與燃料混合在一起進行燃燒，形成高溫燃氣，緊接著流入燃氣透平中進行膨脹做功，帶動透平葉輪與壓氣機葉輪同步旋轉(zhuǎn)，將燃料的化學(xué)能先轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為電能，最終實現(xiàn)發(fā)電目標(biāo)[2]。高溫燃氣的做功能力很高，使得燃氣透平在帶動壓氣機葉輪旋轉(zhuǎn)的同時，還會有剩余的功可以作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

三、燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用

（一）燃氣輪機發(fā)電動力裝置實際應(yīng)用

燃氣輪機作為一種比較先進的發(fā)電動力裝置，與活塞式內(nèi)燃機和蒸汽動力裝置相比，其具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點。燃氣輪發(fā)電動力裝置的單位功率質(zhì)量通常在2-5kg/kw，可以適用于多個領(lǐng)域。當(dāng)燃氣輪機發(fā)電動力裝置應(yīng)用在車輛、船舶以及航天器上時，不但可以節(jié)省空間，而且可以減輕總體重量，進而可以安裝功率更大的燃氣輪機，提高行駛速度。功率超過10兆瓦的燃氣輪機多數(shù)用于發(fā)電，30-40兆瓦以上的燃氣輪機幾乎全部用于發(fā)電，并且其可以在無外界電源的情況下迅速啟動，機動性能特別好。燃氣輪機發(fā)電動力裝置在電力供應(yīng)領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要是在電網(wǎng)中利用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用電源，進而保證電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運行。另外，因為燃氣輪機質(zhì)量輕、體積小，使得其在汽車電站、列車電站以及移動電站中的應(yīng)用也十分廣泛，應(yīng)用效果良好。

（二）燃氣輪機發(fā)電動力裝置應(yīng)用過程中的保護

雖然說燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用范圍很廣，應(yīng)用效果也比較突出，但是其整體的應(yīng)用效率并不高，特別是在部分負荷下效率下降快，空載時的燃料消耗量比較高。同時，燃氣輪機發(fā)電動力裝置在應(yīng)用過程中會受到多種外界因素的影響而出現(xiàn)運行故障，需要做好運行保護，提高其運行效率與質(zhì)量，保證其安全運行。燃氣輪機發(fā)電動力裝置的運行保護分為兩個部分，一個部分是燃氣輪機，需要做好燃氣潔凈度的控制工作，提高其潔凈度，減少燃氣輪機燃燒室內(nèi)的雜質(zhì)殘留，提高其運行效率。另一部分是發(fā)電機的保護，主要有以下幾個保護方面，第一，縱聯(lián)差動保護，主要是為了在發(fā)電機發(fā)生短路故障時給予其一定的保護，避免其出現(xiàn)大的損害[3]。第二，橫聯(lián)差動保護，就是利用相隔式短路保護對短路故障下的發(fā)電機進行保護，防止因為安裝一相定子繞組存在2個或者更多分聯(lián)情況時，發(fā)電機會出現(xiàn)2個或者3個中性點，導(dǎo)致短路問題發(fā)生。第三，對發(fā)電機的定子繞組進行單相接地保護。第四，對發(fā)電機進行過負荷保護，避免出現(xiàn)實際運行時間超過其能夠承受的最長時間。除此之外，燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用保護內(nèi)容還有很多，因為篇幅問題不做一一介紹。

（三）燃氣輪機發(fā)電動力裝置應(yīng)用前景展望

目前，燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用范圍很廣，并且取得了不錯的應(yīng)用效果，技術(shù)應(yīng)用也趨于成熟，但是仍然存在一定應(yīng)用問題沒有得到有效解決，制約了燃氣輪機發(fā)電動力裝置的進一步創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用。為此，燃氣輪機發(fā)電動力裝置在未來的應(yīng)用發(fā)展過程中，要從提高工作效率、創(chuàng)新裝置制備材料以及融合更多先進科學(xué)技術(shù)等三個方面入手，進一步提高燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用效率與質(zhì)量。首先，要想提高燃氣輪機發(fā)電動力裝置的工作效率，其核心內(nèi)容就是提高燃氣初始溫度，即改進燃氣透平葉片的冷卻技術(shù)，并使用更好的耐高溫材料，例如，使用高溫陶瓷材料制作燃燒透平葉片或者燃燒室的火焰筒等零件，可以實現(xiàn)不用空氣冷卻提高燃氣初始溫度的目標(biāo)，主要材料有氮化硅和碳化硅等，可以在1360℃以上的高溫環(huán)境下工作[4]。其次，要提高空氣壓縮比，研發(fā)并制作更加先進的壓氣機，提高燃氣輪機發(fā)電動力裝置中各個零部件的工作效率。最后，要不斷創(chuàng)新燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用技術(shù)，合理利用核能并發(fā)展燃煤技術(shù)等，利用高溫氣冷反應(yīng)堆作為加熱器，并將反應(yīng)堆冷卻劑當(dāng)做壓氣機與透平的工質(zhì)。

四、結(jié)論

總之，燃氣輪機發(fā)電動力裝置的應(yīng)用在很多領(lǐng)域中都起到了重要的作用，尤其是在電力供應(yīng)中，是維持我國電力使用與持續(xù)發(fā)展的重要裝置，可以將其作為備用電源，保障電力供應(yīng)穩(wěn)定、安全。

參考文獻

[1]? 謝哲.現(xiàn)階段我國微型燃氣輪機發(fā)展與應(yīng)用推廣[J].微計算機信息，2018，（008）：160-161.

[2]? 王旭.毛磊.燃氣輪機作為動力裝置的發(fā)展與應(yīng)用[J].數(shù)字化用戶，2017，（037）：89.

[3]? 李長青.燃氣輪機發(fā)電動力裝置及應(yīng)用[J].化工管理，2018（22）：141-142.

[4]? 伍賽特.微型燃氣輪機技術(shù)特點研究及其應(yīng)用于分布式發(fā)電領(lǐng)域的前景展望[J].通信電源技術(shù)，2019（6）：12.