燃气轮机发电动力装置及应用分析获奖科研报告

燃气轮机发电动力装置及应用分析获奖科研报告摘

要：持续稳定的电力供应是社会稳定发展的前提之一，机械设备的发电机组如果出现故障无法进行电力供应的时候，就需要使用到燃气轮机发电动力装置进行短时间内的电力供应，保证机械设备的正常运行。本文对燃气轮机发电动力装置的工作原理及应用进行了分析，希望为相关企业提供一些帮助。

关键词：燃气轮机;发电动力装置;工作原理;应用

引言：

燃气轮机作为20世纪最重要的机械发明之一，在各个领域中都获得了良好的应用，尤其是在发电领域中的应用，在一定程度上满足了应急电源的运行要求。燃气轮机发电动力装置经过多年的研发与应用，其中融合了多种现代化的科学技术，应用效率与质量都得到了很大的提升，并且应用简单、维护容易、自动适应性强，可以应用在多种环境下。

一、燃气轮机发电动力装置

现如今，燃气轮机发电动力装置已经被广泛应用在我国的各个电厂中，发电技术相对成熟，但是其在应用过程中所面临的维护问题并不乐观，主要原因是天然气的洁净程度没有得到很好的控制，使得燃气轮机发电动力装置在长期运行过程中会在压气室内积聚大量的杂质，对装置金属壳体或者其它组件造成腐蚀等[1]。燃气轮机发电动力装置是一种以高温气体为工质，按照等压力加热循环工作流程，将燃料中的化学能转化为机械能与电能的机械装置，在发电领域有着很好的应用效果。

二、燃气轮机发电动力装置工作原理

燃气轮机发电动力装置通常由燃气轮机与发电机两个主要机械装置组成，具有多种工作形式，包括简单循环发电、前置循环热电联产发电、联合循环发电、整体化循环发电等，不同的发电形式具有不同的特点，但是工作原理基本相同。燃气轮机发电动力装置的工作原理是利用压缩机将从大气中获得的空气进行压缩，使得压缩后的空气直接进入燃烧室与燃料混合在一起进行燃烧，形成高温燃气，紧接着流入燃气透平中进行膨胀做功，带动透平叶轮与压气机叶轮同步旋转，将燃料的化学能先转化为机械能，再转化为电能，最终实现发电目标[2]。高温燃气的做功能力很高，使得燃气透平在带动压气机叶轮旋转的同时，还会有剩余的功可以作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机结构示意图如图1所示。

三、燃气轮机发电动力装置的应用

（一）燃气轮机发电动力装置实际应用

燃气轮机作为一种比较先进的发电动力装置，与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比，其具有体积小、质量轻的优点。燃气轮发电动力装置的单位功率质量通常在2-5kg/kw，可以适用于多个领域。当燃气轮机发电动力装置应用在车辆、船舶以及航天器上时，不但可以节省空间，而且可以减轻总体重量，进而可以安装功率更大的燃气轮机，提高行驶速度。功率超过10兆瓦的燃气轮机多数用于发电，30-40兆瓦以上的燃气轮机几乎全部用于发电，并且其可以在无外界电源的情况下迅速启动，机动性能特别好。燃气轮机发电动力装置在电力供应领域中的应用，主要是在电网中利用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，进而保证电网稳定、安全运行。另外，因为燃气轮机质量轻、体积小，使得其在汽车电站、列车电站以及移动电站中的应用也十分广泛，应用效果良好。

（二）燃气轮机发电动力装置应用过程中的保护

虽然说燃气轮机发电动力装置的应用范围很广，应用效果也比较突出，但是其整体的应用效率并不高，特别是在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量比较高。同时，燃气轮机发电动力装置在应用过程中会受到多种外界因素的影响而出现运行故障，需要做好运行保护，提高其运行效率与质量，保证其安全运行。燃气轮机发电动力装置的运行保护分为两个部分，一个部分是燃气轮机，需要做好燃气洁净度的控制工作，提高其洁净度，减少燃气轮机燃烧室内的杂质残留，提高其运行效率。另一部分是发电机的保护，主要有以下几个保护方面，第一，纵联差动保护，主要是为了在发电机发生短路故障时给予其一定的保护，避免其出现大的损害[3]。第二，横联差动保护，就是利用相隔式短路保护对短路故障下的发电机进行保护，防止因为安装一相定子绕组存在2个或者更多分联情况时，发电机会出现2个或者3个中性点，导致短路问题发生。第三，对发电机的定子绕组进行单相接地保护。第四，对发电机进行过负荷保护，避免出现实际运行时间超过其能够承受的最长时间。除此之外，燃气轮机发电动力装置的应用保护内容还有很多，因为篇幅问题不做一一介绍。

（三）燃气轮机发电动力装置应用前景展望

目前，燃气轮机发电动力装置的应用范围很广，并且取得了不错的应用效果，技术应用也趋于成熟，但是仍然存在一定应用问题没有得到有效解决，制约了燃气轮机发电动力装置的进一步创新发展与应用。为此，燃气轮机发电动力装置在未来的应用发展过程中，要从提高工作效率、創新装置制备材料以及融合更多先进科学技术等三个方面入手，进一步提高燃气轮机发电动力装置的应用效率与质量。首先，要想提高燃气轮机发电动力装置的工作效率，其核心内容就是提高燃气初始温度，即改进燃气透平叶片的冷却技术，并使用更好的耐高温材料，例如，使用高温陶瓷材料制作燃烧透平叶片或者燃烧室的火焰筒等零件，可以实现不用空气冷却提高燃气初始温度的目标，主要材料有氮化硅和碳化硅等，可以在1360℃以上的高温环境下工作[4]。其次，要提高空气压缩比，研发并制作更加先进的压气机，提高燃气轮机发电动力装置中各个零部件的工作效率。最后，要不断创新燃气轮机发电动力装置的应用技术，合理利用核能并发展燃煤技术等，利用高温气冷反应堆作为加热器，并将反应堆冷