隨著社會生產(chǎn)力水平的不斷提高和經(jīng)濟的迅速增長，對于能源的需求也在快速增長。目前，世界火電站汽輪機長期占統(tǒng)治地位的局面已開始動搖，“大型電站以聯(lián)合機組為主，中、小型機組以熱電并供居多”已是許多工業(yè)發(fā)達國家電站發(fā)展的主要格局。燃氣輪機具有極強的適配性，能夠作為多種發(fā)電模式，以成為當(dāng)今世界發(fā)電的主要形式之一，由于該裝置，特別是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置具有效率高、機動性好，不僅可以作為電網(wǎng)的調(diào)峰機組，且更多地用于電網(wǎng)的基本負荷發(fā)電，又能滿足日益嚴格的環(huán)保要求，其地位將得到鞏固和加強。
我國自改革開放以來，隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差的日趨增大，燃氣輪機發(fā)電得到重視和發(fā)展。近幾年已相繼興建了一批具有80年代國際先進水平的機組，在緩解電力緊缺的同時，有效地發(fā)揮了其增強電網(wǎng)調(diào)峰能力的作用?？缛?1世紀，隨著科技發(fā)展、能源政策的調(diào)整，如何高效、潔凈利用化石能源已成為電力領(lǐng)
域的突出問題。燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電越來越受到國家有關(guān)方面的重視，必將得到進一步的快速發(fā)展。
2 國際燃氣輪機發(fā)電技術(shù)
燃氣輪機是從20世紀50年代開始逐漸登上發(fā)電工業(yè)舞臺的，由于當(dāng)時機組的單機容量小、熱效率低而在電力系統(tǒng)中只能作為緊急備用電源和調(diào)峰機組。60年代加深了對電網(wǎng)中必須配備一定數(shù)量的燃氣輪發(fā)電機組的認識，從安全和調(diào)峰的目的出發(fā)，燃氣輪發(fā)電機組在電網(wǎng)中的比例達到8％～12％。從80年代以后由于燃氣輪機的功率和熱效率均得到很大程度的提高，特別是燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機型成熟，再加上世界范圍內(nèi)天然氣資源進一步開發(fā)，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了明顯變化，它們不僅僅可以用作緊急備用電源和調(diào)峰負荷機組，還能帶基本負荷和中間負荷。美國在1990～2000年期間新增長的發(fā)電容量為1．13億kW，其中燃氣輪機電站和蒸汽輪機電站的容量分別為44％，第一次出現(xiàn)了朗肯循環(huán)和布萊頓循環(huán)平分秋色的局面，在德國前者則占2／3左右，由此可見在世界范圍內(nèi)燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)已成為火電發(fā)展的主要方向。
近幾年來，世界燃氣輪機工業(yè)取得相當(dāng)?shù)某删秃惋w速的發(fā)展，幾家著名的公司GE、ABB、Siemens、西屋等均與航空發(fā)動機設(shè)計、研究、制造廠彼此聯(lián)營，保證及時地把航空發(fā)動機領(lǐng)域內(nèi)的先進技術(shù)用來武裝重型燃氣輪機，以確保技術(shù)的先進性。如壓氣機已采用“可控擴壓”的概念進行設(shè)計，把單軸壓氣機的壓縮比提高到了24～30的水平，透平葉片采用了航空機組的先進冷卻結(jié)構(gòu)和定向結(jié)晶制造工藝，使透平前的燃氣溫度提高到了1300℃的水平，由此明顯地提高了機組的輸出功率和熱效率。如GE公司的9FA、Siemens的V94．3A等典型機組的燃機單循環(huán)功率為266MW，燃氣初溫為1270～1300℃，壓縮比為16，凈熱效率達38％，由此組成的聯(lián)合循環(huán)機組單機功率為380 MW，供電效率已達56～58％。在本世紀初葉，世界上又將會出現(xiàn)新一代的先進燃氣輪機，這種技術(shù)被稱為“G技術(shù)”，專門用于50HZ和60HZ發(fā)電用燃氣輪機發(fā)電裝置，此類機組的燃氣初溫將提高到1427℃左右，相應(yīng)地進一步提高輸出功率和熱效率，單機功率和凈熱效率將分別達到480 MW和60％的高水平。
為了降低燃氣輪機的排放污染，采用往燃燒室中注蒸汽或水，在排氣導(dǎo)管中裝設(shè)選擇性催化還原裝置，以及采用干式低NOX排放燃燒室等措施。在工業(yè)化的歐洲及世界其它地區(qū)，日趨嚴格的NOX和CO2排放的規(guī)定，迫使燃機制造商在一些燒天然氣和油的機組中，開發(fā)干式低NOX燃燒室裝置，其效果已達到NOX排放低于10 ppm水平。
從20世紀70年代出現(xiàn)石油危機后，工業(yè)發(fā)達國家都在大力進行燃氣輪機燃煤的研究工作，燃煤聯(lián)合循環(huán)種類有：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)（PFBC—CC和AF－BC—CC）、外燃式燃煤聯(lián)合循環(huán)（IFC）、直接燒煤粉聯(lián)合循環(huán)、整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（ICFC—CC）及磁流體發(fā)電聯(lián)合循環(huán)（MHD—CC）
等形式。目前，IGCC和PFBC—CC在世界范圍內(nèi)已開始進入實用商業(yè)化階段，世界上幾乎所有主要石油煤炭公司和動力制造廠商都加入開發(fā)行列，將燃煤聯(lián)合循環(huán)技術(shù)不斷發(fā)展。
至今，大型燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)機組交鑰匙工程的比投資費用分別為＄200～300／kW和＄500～600／kW，而600 MW的燃煤超臨界參數(shù)機組的造價為＄1100／kW。因此，燃機電站的比投資費用遠低于燃煤電站。
3 我國燃氣輪機發(fā)電技術(shù)
3．1我國燃氣輪機發(fā)展概況
我國的燃氣輪機發(fā)電事業(yè)始于1959年，當(dāng)時從瑞士BCC公司引進兩套6200 kW的單循環(huán)燃氣輪機列車發(fā)電機組，燃料為大慶原油。20世紀60年代，燃氣輪機發(fā)電站的建設(shè)及其設(shè)備的制造生產(chǎn)初具規(guī)模，總裝機容量達到6萬kW，最大單機容量為45000 kW。上汽廠、南汽廠、哈汽廠、東汽廠等制造廠曾先后設(shè)計生產(chǎn)過燃氣輪機組，這些機組的技術(shù)性能都不高，燃氣初溫一般在600～700℃左右，熱效率為16～25％，所建電站基本上是單循環(huán)機組。客觀地講國家在當(dāng)時也投入了不少力量，開辟和啟動了燃氣輪機發(fā)電領(lǐng)域，取得了一些研究成果。但由于燃料政策及政治、經(jīng)濟方面的原因，使興起不久的這項事業(yè)在20世紀60年代末陷入停滯不前的狀況。后來，于1972年和1976年分別從英國JB公司和日本日立公司引進了10套MS5000系列、PG5301型單機功率在21700～23000 kW單循環(huán)機組，從而使我國燃氣輪發(fā)電機組總裝機容量達到30萬kW左右。由于種種原因，我國燃機制造業(yè)在20世紀70年代開始萎縮，大部分制造廠停止生產(chǎn)，只保留南京汽輪電機廠為我國唯一生產(chǎn)燃氣輪機的制造廠家。目前，該廠與美國GE公司合作，已能批量生產(chǎn)MS6001系列燃機。
改革開放以后，燃氣輪機發(fā)電事業(yè)也隨著國家經(jīng)濟而飛速發(fā)展，從70年代到90年代，全國燃氣輪機電廠由20余座發(fā)展到80余座，機組臺數(shù)從20余臺（套）增加到140多臺（套），裝機總?cè)萘繌?0萬kW增加到近800萬kW，尤以沿海經(jīng)濟發(fā)展最快的地區(qū)最為迅速，如廣東、福建、上海、浙江、海南、江蘇等地。另外，石油化工部門在大慶、勝利、中原及新疆地區(qū)的油田和化工廠共建有燃機電廠30余座，裝機60多套，總?cè)萘砍^100萬kW。近年來，武漢、重慶、合肥、成都等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)也隨著電力市場的需求，逐步穩(wěn)定地興建了一批燃機電站。盡管如此，燃機總裝機容量在電網(wǎng)中的比例僅2．3％左右，遠低于發(fā)達國家的水平。
3．2我國燃氣輪機發(fā)電技術(shù)水平
我國于80年代以前所建的燃機電站基本上是簡單循環(huán)機組，其經(jīng)濟技術(shù)性能較差，油耗在330 g／kW·h以上，熱效率在26％左右。80年代以后興建的一批燃機電站，燃機單機容量大多為36 MW和100 MW等級，燃料多為輕柴油、原油或重油。近幾年著重發(fā)展了PG9E型的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，其中浙江鎮(zhèn)海、龍灣的兩套300 MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為國內(nèi)最大的機組之一，其燃機技術(shù)具有80年代國際先進水平，燃氣初溫為1094℃，單循環(huán)熱效率達32．6％左右，聯(lián)合循環(huán)熱效率達47．3％左右。由于我國的優(yōu)質(zhì)資源相當(dāng)缺少，價格相對較高，為降低發(fā)電成本，著重發(fā)展燃重油燃機，但燃重油燃機的發(fā)電技術(shù)難度很大。深圳南山熱電股份公司于90年代初開始在MS6001系列燃機上進行燃用重油試驗，通過多次摸索，長期燃用重油連續(xù)發(fā)電獲得了成功，取得了可貴的運行經(jīng)驗和較好的經(jīng)濟效益，目前，上海閘北、浙江鎮(zhèn)海和龍灣燃機電廠都逐步掌握并提高了PG9E型燃機用重油運行的經(jīng)驗，不斷提高了機組運行的安全可靠性能。燃氣輪發(fā)電機組在我國發(fā)電行業(yè)中得到鞏固和發(fā)展的方向是：（1）大容量機組；（2）燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)；（3）燃重油或天然氣；（4）投AGC功能。然而，目前燃重油燃機的發(fā)電技術(shù)尚不完全成熟，燃重油對機組的負面影響有待進一步研究。另外，燃機單循環(huán)運行的啟停速度非?？欤?lián)合循環(huán)運行的啟停特性還需優(yōu)化，以更好地適應(yīng)電網(wǎng)大幅度頻繁調(diào)峰的需要。
3．3我國燃氣輪機發(fā)電的前景
隨著國家能源政策的調(diào)整和環(huán)境保護的增強，將大幅度開發(fā)和利用天然氣資源并用于電力領(lǐng)域。國家電力公司天然氣辦公室研究意見是在華東、廣東、福建等地建設(shè)一批進口油氣、效率高、污染小、調(diào)峰性能好的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站，天然氣發(fā)電計劃于2000年左右啟動，2010年燃氣電站規(guī)模達到2000萬kW。同時IGCC技術(shù)已列入國家八五、九八重大攻關(guān)項目，將從國外引進一套300 MW等級的示范電廠，以加快推廣應(yīng)用步伐。1997年，華北電力設(shè)計院、西安熱工研究院與荷蘭Shell公司共同完成300 MW和400 MW級干法加料IGCC項目設(shè)計的初步可行性研究。同時，正擬從國外引進2～4座100 MW等級的PFBC—CC，以此作為我國在新世紀內(nèi)發(fā)展這兩種潔凈煤發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)。
另外，為降低燃機電廠成本，將聯(lián)合循環(huán)技術(shù)對現(xiàn)有中小型電廠進行技術(shù)改造、增容、增效又是一條重要途徑?？梢?，燃氣輪機發(fā)電在我國電網(wǎng)中的地位和作用將十分重要，前景光明。
4 我省燃氣輪機發(fā)電狀況
隨著我省經(jīng)濟的快速發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差的日趨增大，我省于90年代初著手規(guī)劃燃氣輪機發(fā)電站，1994年正式簽定了第一套引進型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組合同，建于鎮(zhèn)海電廠擴建端，規(guī)模為2臺GE公司9E型燃氣輪機組和1臺100 MW及ALSHTOM公司汽輪機組，總?cè)萘繛?00 MW，燃料為180cst重油。工程于1996年開工，1997年兩臺燃氣輪機組單循環(huán)投產(chǎn)，1999年整套聯(lián)合循環(huán)機組投AGC功能進入商業(yè)運行。同時，龍灣也興建了一套雷同于鎮(zhèn)海的300MW聯(lián)合循環(huán)機組，也于1999年整套機組投入商業(yè)運行，不同的是機組燃料為原油。金華、瑞安、余姚、紹興等也建成了燃機為MS6000系列的聯(lián)合循環(huán)機組，燃料為輕油，這些燃氣輪機組有的從法國ALSHTOM引進，有的為國產(chǎn)南汽廠產(chǎn)品，都具有高度的自動化水平?？梢?，我省燃氣輪機發(fā)電事業(yè)發(fā)展非常迅速，至今裝機總?cè)萘恳呀咏?00萬kW，它們在緩解我省電力供應(yīng)緊張的同時，有效地增強了電網(wǎng)的調(diào)峰能力。另外，從有關(guān)權(quán)威部門獲悉，我省正在規(guī)劃半山電廠Ⅱ期機組的技術(shù)改造項目，經(jīng)過對多種方案論證，“300MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組”方案具有許多明顯的有利優(yōu)勢而受到高度重視，目前正在抓緊論證。隨著國家西氣東送工程的實施和東海油氣田的開發(fā)，我省沿海地區(qū)擬建2400 MW天然氣燃機電站也正在進行可行性研究中。這樣我省燃氣輪機發(fā)電規(guī)模將更加壯大，裝機比重將越來越大，技術(shù)將更為先進和新型。可以說，不久的將來我省將會成為燃氣輪機發(fā)電大省。
隨著我省鎮(zhèn)海、龍灣、金華等燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的相繼投產(chǎn)，電網(wǎng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)有了新的變化，燃氣輪機發(fā)電領(lǐng)域在我省是起步較遲，但起點很高，300 MW燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組尚屬國內(nèi)最大的聯(lián)合循環(huán)機組，其建設(shè)規(guī)模、技術(shù)水平均處于國內(nèi)前茅，某些方面已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
但是，這些機組均剛從基建轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，尤其是燃重油或原油的機組是由燃輕油機組的改型研制的，一些關(guān)鍵技術(shù)性能仍不夠成熟。鎮(zhèn)海、龍灣的4臺機組在啟動試運行階段出現(xiàn)了許多問題，如重／輕油系統(tǒng)切換不穩(wěn)定、啟動FSR值不合理、主燃油泵機械密封損壞、流量分配器卡澀、油處理裝置出力不足、輔助齒輪箱主聯(lián)軸器斷裂等時常困擾著機組的正常運行，甚至威脅著機組的安全運行，通過試驗、分析、改進，絕大部分問題都得到較好解決，大大地提高了機組的技術(shù)性能和運行水平。然而，燃油系統(tǒng)設(shè)備故障仍時有出現(xiàn)，部分機組仍存在煙囪冒黑煙的現(xiàn)象。因此，這些機組的設(shè)備性能、運行技術(shù)、檢修工藝和聯(lián)合循環(huán)機組的調(diào)峰特性及其經(jīng)濟指標等方面有待
于進一步深入研究。另外，自去年上半年以來油價尤其是輕柴油價格急劇上漲以及原油供應(yīng)緊張的狀況使得龍灣、金華燃機的運行成本居高不下，或原油得不到足夠保證，形勢嚴峻。對此，為統(tǒng)一油品供應(yīng)管理、發(fā)揮系統(tǒng)規(guī)模效應(yīng)，提出了鎮(zhèn)海、龍灣、金華三廠統(tǒng)一燃用重油的方案，并通過了省公司組織的技術(shù)論證，隨之機組一系列設(shè)備與系統(tǒng)的技術(shù)改造工作將全面展開。
綜上所述，在新的形勢下，我省電力行業(yè)應(yīng)積極開展新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用工作。通過幾個燃機電廠的建設(shè)，培養(yǎng)和鍛煉一支具有相當(dāng)素質(zhì)的燃氣輪機發(fā)電領(lǐng)域的管理和技術(shù)隊伍。以此為基礎(chǔ)，通過多種渠道、多種形式加強與國內(nèi)外燃機制造商、燃機電站、科研單位和高等院校、協(xié)會的技術(shù)合作與交流，經(jīng)常開展省內(nèi)燃機電廠的技術(shù)協(xié)作和學(xué)術(shù)交流工作，充分發(fā)揮我省燃機發(fā)電的技術(shù)力量，消化吸收先進的技術(shù)資料，深入剖析機組運行中出現(xiàn)的技術(shù)難題，列專題攻關(guān)，以進一步提高我省燃氣輪機發(fā)電技術(shù)水平。
