燃氣輪機發電動力裝置及應用分析

王成明

摘? 要：持續穩定的電力供應是社會穩定發展的前提之一，機械設備的發電機組如果出現故障無法進行電力供應的時候，就需要使用到燃氣輪機發電動力裝置進行短時間內的電力供應，保證機械設備的正常運行。本文對燃氣輪機發電動力裝置的工作原理及應用進行了分析，希望為相關企業提供一些幫助。

關鍵詞：燃氣輪機;發電動力裝置;工作原理;應用

引言：

燃氣輪機作為20世紀最重要的機械發明之一，在各個領域中都獲得了良好的應用，尤其是在發電領域中的應用，在一定程度上滿足了應急電源的運行要求。燃氣輪機發電動力裝置經過多年的研發與應用，其中融合了多種現代化的科學技術，應用效率與質量都得到了很大的提升，并且應用簡單、維護容易、自動適應性強，可以應用在多種環境下。

一、燃氣輪機發電動力裝置

現如今，燃氣輪機發電動力裝置已經被廣泛應用在我國的各個電廠中，發電技術相對成熟，但是其在應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，使得燃氣輪機發電動力裝置在長期運行過程中會在壓氣室內積聚大量的雜質，對裝置金屬殼體或者其它組件造成腐蝕等[1]。燃氣輪機發電動力裝置是一種以高溫氣體為工質，按照等壓力加熱循環工作流程，將燃料中的化學能轉化為機械能與電能的機械裝置，在發電領域有著很好的應用效果。

二、燃氣輪機發電動力裝置工作原理

燃氣輪機發電動力裝置通常由燃氣輪機與發電機兩個主要機械裝置組成，具有多種工作形式，包括簡單循環發電、前置循環熱電聯產發電、聯合循環發電、整體化循環發電等，不同的發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，將燃料的化學能先轉化為機械能，再轉化為電能，最終實現發電目標[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。燃氣輪機結構示意圖如圖1所示。

三、燃氣輪機發電動力裝置的應用

（一）燃氣輪機發電動力裝置實際應用

燃氣輪機作為一種比較先進的發電動力裝置，與活塞式內燃機和蒸汽動力裝置相比，其具有體積小、質量輕的優點。燃氣輪發電動力裝置的單位功率質量通常在2-5kg/kw，可以適用于多個領域。當燃氣輪機發電動力裝置應用在車輛、船舶以及航天器上時，不但可以節省空間，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用于發電，30-40兆瓦以上的燃氣輪機幾乎全部用于發電，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。燃氣輪機發電動力裝置在電力供應領域中的應用，主要是在電網中利用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用電源，進而保證電網穩定、安全運行。另外，因為燃氣輪機質量輕、體積小，使得其在汽車電站、列車電站以及移動電站中的應用也十分廣泛，應用效果良好。

（二）燃氣輪機發電動力裝置應用過程中的保護

雖然說燃氣輪機發電動力裝置的應用范圍很廣，應用效果也比較突出，但是其整體的應用效率并不高，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，燃氣輪機發電動力裝置在應用過程中會受到多種外界因素的影響而出現運行故障，需要做好運行保護，提高其運行效率與質量，保證其安全運行。燃氣輪機發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的雜質殘留，提高其運行效率。另一部分是發電機的保護，主要有以下幾個保護方面，第一，縱聯差動保護，主要是為了在發電機發生短路故障時給予其一定的保護，避免其出現大的損害[3]。第二，橫聯差動保護，就是利用相隔式短路保護對短路故障下的發電機進行保護，防止因為安裝一相定子繞組存在2個或者更多分聯情況時，發電機會出現2個或者3個中性點，導致短路問題發生。第三，對發電機的定子繞組進行單相接地保護。第四，對發電機進行過負荷保護，避免出現實際運行時間超過其能夠承受的最長時間。除此之外，燃氣輪機發電動力裝置的應用保護內容還有很多，因為篇幅問題不做一一介紹。

（三）燃氣輪機發電動力裝置應用前景展望

目前，燃氣輪機發電動力裝置的應用范圍很廣，并且取得了不錯的應用效果，技術應用也趨于成熟，但是仍然存在一定應用問題沒有得到有效解決，制約了燃氣輪機發電動力裝置的進一步創新發展與應用。為此，燃氣輪機發電動力裝置在未來的應用發展過程中，要從提高工作效率、創新裝置制備材料以及融合更多先進科學技術等三個方面入手，進一步提高燃氣輪機發電動力裝置的應用效率與質量。首先，要想提高燃氣輪機發電動力裝置的工作效率，其核心內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，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，可以實現不用空氣冷卻提高燃氣初始溫度的目標，主要材料有氮化硅和碳化硅等，可以在1360℃以上的高溫環境下工作[4]。其次，要提高空氣壓縮比，研發并制作更加先進的壓氣機，提高燃氣輪機發電動力裝置中各個零部件的工作效率。最后，要不斷創新燃氣輪機發電動力裝置的應用技術，合理利用核能并發展燃煤技術等，利用高溫氣冷反應堆作為加熱器，并將反應堆冷卻劑當做壓氣機與透平的工質。

四、結論

總之，燃氣輪機發電動力裝置的應用在很多領域中都起到了重要的作用，尤其是在電力供應中，是維持我國電力使用與持續發展的重要裝置，可以將其作為備用電源，保障電力供應穩定、安全。

參考文獻

[1]? 謝哲.現階段我國微型燃氣輪機發展與應用推廣[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展與應用[J].數字化用戶，2017，（037）：89.

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

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