燃氣渦輪發(fā)電機發(fā)展史

中國在公元十二世紀的南宋高宗年間就已有走馬燈的記載，它是渦輪機(透平)的雛形。15世紀末，意大利人列奧納多·達芬奇設(shè)計出煙氣轉(zhuǎn)動裝置，其原理與走馬燈相同。至17世紀中葉，透平原理在歐洲得到了較多應(yīng)用。

1791年，英國人巴伯首次描述了燃氣輪機的工作過程；1872年，德國人施托爾策設(shè)計了一臺燃氣輪機，并于1900～1904年進行了試驗，但因始終未能脫開起動機獨立運行而失敗；1905年，法國人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺能輸出功的燃氣輪機，但效率太低，因而未獲得實用。

1920年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃氣輪機，其效率為13%、功率為370千瓦，按等容加熱循環(huán)工作，但因等容加熱循環(huán)以斷續(xù)爆燃的方式加熱，存在許多重大缺點而被人們放棄。

隨著空氣動力學的發(fā)展，人們掌握了壓氣機葉片中氣體擴壓流動的特點，解決了設(shè)計高效率軸流式壓氣機的問題，因而在30年代中期出現(xiàn)了效率達85%的軸流式壓氣機。與此同時，透平效率也有了提高。在高溫材料方面，出現(xiàn)了能承受600℃以上高溫的鉻鎳合金鋼等耐熱鋼，因而能采用較高的燃氣初溫，于是等壓加熱循環(huán)的燃氣輪機終于得到成功的應(yīng)用。

1939年，在瑞士制成了四兆瓦發(fā)電用燃氣輪機，效率達18%。同年，在德國制造的噴氣式飛機試飛成功，從此燃氣輪機進入了實用階段，并開始迅速發(fā)展。

隨著高溫材料的不斷進展，以及透平采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，燃氣初溫逐步提高，使燃氣輪機效率不斷提高。單機功率也不斷增大，在70年代中期出現(xiàn)了數(shù)種100兆瓦級的燃氣輪機，最高能達到130兆瓦。

與此同時，燃氣輪機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。1941年瑞士制造的第一輛燃氣輪機機車通過了試驗；1947年，英國制造的第一艘裝備燃氣輪機的艦艇下水，它以1.86兆瓦的燃氣輪機作加力動力；1950年，英國制成第一輛燃氣輪機汽車。此后，燃氣輪機在更多的部門中獲得應(yīng)用。

在燃氣輪機獲得廣泛應(yīng)用的同時，還出現(xiàn)了燃氣輪機與其他熱機相結(jié)合的復(fù)合裝置。最早出現(xiàn)的是與活塞式內(nèi)燃機相結(jié)合的裝置；50～60年代，出現(xiàn)了以自由活塞發(fā)氣機與燃氣輪機組成的自由活塞燃氣輪機裝置，但由于笨重和系統(tǒng)較復(fù)雜，到70年代就停止了生產(chǎn)。此外，還發(fā)展了柴油機燃氣輪機復(fù)合裝置；另有一類利用燃氣輪機排氣熱量供熱(或蒸汽)的全能量系統(tǒng)，可有效地節(jié)約能源，已用于多種工業(yè)生產(chǎn)中。

目前，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)已普及我國各大熱電廠。但是，燃氣輪機在使用過程中必須面對的維護問題并不樂觀。由于天然氣的潔凈程度未必得到有效控制，天然氣中的雜質(zhì)很容易在壓氣室積聚，甚至腐蝕基體金屬。很多時候使用廠家在引入燃氣輪機燃燒前必須經(jīng)過過濾工序。盡管經(jīng)過過濾，壓氣室依然存在雜質(zhì)積聚和基體金屬腐蝕的現(xiàn)象。因此，燃氣輪機必須定期清洗。否則，燃氣輪機的效率會逐漸降低，同時影響使用壽命。然而，傳統(tǒng)的高壓氣體和高壓水沖洗效果并不顯著。在很長一段時間里，這種情況是無可奈何的。然而，最近世界化學品供應(yīng)商巨頭CHEMETALL研發(fā)出針對燃氣輪機的壓氣機清洗劑可以在不腐蝕基體金屬不拆卸的前提下進行有效清洗。據(jù)說，國外的電廠有部分已經(jīng)使用，而且效果顯著。

燃氣渦輪發(fā)電機的基礎(chǔ)知識 ：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。因為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。 燃氣渦輪發(fā)電機通常被用作在夏季電力尖峰時的調(diào)峰。然而，由于夏季氣溫很高，導致了燃氣輪機的出力嚴重不足，效率降低。因此，溴化鋰制冷機通過利用渦輪發(fā)電機的排氣制冷來冷卻渦輪發(fā)電機的進氣，則可以大大提高渦輪發(fā)電機的出力和效率。目前已被證明是非常有效的節(jié)能方式。 渦輪發(fā)電機通常由透平、變速箱、發(fā)電機、進氣增壓器、排氣系統(tǒng)組成。 渦輪發(fā)電機系統(tǒng)按其流程的不同，分為：聯(lián)合循環(huán)、簡單循環(huán)和前置循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)通常由余熱鍋爐回收燃氣輪機的排氣產(chǎn)生蒸汽，再驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電，或直接提供蒸汽，是新建電廠的常見流程。 溴化鋰吸收式制冷機可以通過回收燃氣輪機或余熱鍋爐的排氣余熱或余熱鍋爐的中、低壓蒸汽進行制冷，實現(xiàn)冷熱電聯(lián)合循環(huán)。

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(zhuǎn)；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(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。

燃氣輪機的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環(huán)；此外，還有回熱循環(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃氣輪機的工質(zhì)來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃氣輪機與其他熱機相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。

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(yīng)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℃。

《鐵道科學技術(shù)名詞》第一版。 2100433B 解讀詞條背后的知識

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1903年，GE公司成功開發(fā)了當時世界上功率最大的5000千瓦蒸汽渦輪發(fā)電機，該發(fā)電機安裝在位于芝加哥愛迪生大道的發(fā)電站，用于取代活塞式往復(fù)發(fā)動機發(fā)電裝置。GE公司開發(fā)的蒸汽渦輪發(fā)電機與原先的活塞式往復(fù)發(fā)電裝置相比，體積僅是其1/10，重量是其1/8，發(fā)電成本是其1/3，GE公司在馬薩諸塞州東北部的林恩工廠設(shè)立了蒸汽渦輪研究部， 開始了蒸汽渦輪技術(shù)和產(chǎn)品的研究開發(fā)與工程應(yīng)用業(yè)務(wù)。從此，GE公司的蒸汽渦輪發(fā)電機占領(lǐng)了全美國的發(fā)電市場。

整個系統(tǒng)只有一個轉(zhuǎn)動部件（渦輪機、發(fā)電機、循環(huán)泵是同軸的），無金屬摩擦，無需潤滑；發(fā)電機無電刷，轉(zhuǎn)子無繞組；燃燒器是防風的，風速為180Km/h也能正常工作。

這種發(fā)電機的優(yōu)點是工作可靠，平均無故障間隔時間（MTBF）為20000小時；維護簡單，使用壽命長（20年）；其缺點是耗油量大，啟動時間長（約為20-30min）。

燃料可選用汽油、柴油、酒精或天然氣。