[科普中国]-燃气轮机循环

由绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压冷却 4个过程组成的燃气轮机热力循环。也曾有过等容加热循环的燃气轮机，但没有得到推广应用。

循环过程图为燃气轮机的简单循环。燃气轮机自大气吸入空气，在压气机（即压缩机）中压缩。压缩后的气体进入燃气轮机燃烧室，在此加入燃料燃烧加热。加热后的高温燃气进入燃气透平（以下简称透平）膨胀作功。膨胀后的燃气排向大气。透平排气温度还相当高（约400～550℃），而压气机吸入的空气是大气温度，相当于在大气中进行了冷却。上述四个过程都是连续地进行的。透平膨胀功扣去压气机消耗的压缩功之后的净功，作为燃气轮机的输出功。 燃气轮机循环。

原理燃气轮机联合循环发电是由燃气轮机直接驱动一台发电机，并将燃机排出的高温烟气，送入余热锅炉，利用烟气的热量，在余热锅炉中生产出高温高压的蒸汽，再去驱动汽轮发电机组，形成燃气－蒸汽联合循环。联合循环是把两个使用不同工质的独立的动力循环，通过能量交换联合在一起的循环。燃气联合循环发电机组，可以是单轴的，即燃机—汽机—发电机在同一个轴系上，发电机由燃机与汽机共同驱动。也可以是多轴的，即燃机与汽机分别驱动各自的发电机，其轴系不相连接。在这种机组中，还可以有不同的配置。目前常见的是二拖一方式，即是2台燃气轮机，均配有自己的发电机，它们的烟气分别排入各自的余热锅炉。2台余热锅炉的高温蒸汽并列后，送入1台汽轮发电机组。整套联合循环机组将由2台燃气轮机、2台余热锅炉、1台汽轮机与3台发电机组成。目前从国外捆绑招标引进的基本上均为单轴的联合循环机组，但现在国内也有二拖一的大型联合循环机组，已在安装、运行。1

燃气轮机联合循环发电的优点1、发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯两个循环，原理和结构先进，热耗小，所以，联合循环发电效率高达60%，而燃煤电厂(0.75～600)MW机组发电效率仅20%～42%。

2、环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM。燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(10～25)PPM。

3、运行方式灵活：燃煤电厂，仅只能作为基本负荷运行，不能作为调峰电厂运行。燃机电厂，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行；燃机为双燃料(油和天燃气)时，还可以对天然气进行调峰。

4、消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1/3，所以用水量一般为燃煤火电的1/3，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。此外，甲烷中的氢和空气中的氧燃烧还原成二氧化碳和水，每燃烧一立方米天然气理论可回收约1.53kg水，每公斤可回收2.2kg水，足以满足电厂自身的用水。

5、占地面积少：由于没有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系统，电厂占地大大节省，占地仅为燃煤火电厂的10%～30%，节约了大量的土地资源，这对地少人多的中国非常重要。

6、建设周期短：燃气轮机系统发电的建设周期为8～10个月，联合循环系统发电的建设周期为16～20个月，而燃煤火电厂需要24～36个月，回收快。1

循环指标燃气轮机输出功与加热过程消耗的热量之比称为循环效率η，它是评价循环的首要指标。每千克气体工质的输出功L称为比功。L是影响燃气轮机尺寸的重要因素，也是循环的一项指标。

闭式循环工质循环使用，由透平排出的工质，不再在大气中作等效冷却，而是经冷却器冷却后重新被压气机吸入，再次参加循环过程。压缩后的气体工质在气体锅炉（或加热器）中被加热。闭式循环中，工质可用空气或其他气体。闭式循环的主要缺点是包括气体锅炉在内的换热器尺寸大、成本高和温度低等，因而应用不多。若采用气冷反应堆作为加热气体工质的热源，就组成了核动力闭式循环装置，其效率可高于采用汽轮机的核动力装置。2

发展展望1、燃气轮机及其联合循环是一种先进的发电技术，在电力生产行业中的地位日益提高，开发大容量的高效率的燃气轮机及其联合循环是一个必然的趋势，它既能节省世界上日趋紧张的能源资源，又能保护环境。燃气轮机及其联合循环的发电机组必将成为世界电力工业中的一个重要组成部分，并随着能源结构的变化和清洁煤利用技术的发展，它的作用也将日益重要。若干年内，我国大型发电用燃气轮机还需依赖进口，但联合循环的蒸汽系统完全可以国产化。联合循环蒸汽系统的价格占总价格的一半以上，系统设备的国产化意义重大，这是我国目前迫切需要解决的问题。

2、热电联产是国民经济持续发展的动力支柱之一，它对于节能、减排二氧化碳，改善周边环境质量有着重大的现实意义。为了加快我国燃气－余热蒸汽发电机组的规模建设，建议各级相关主管部门切实做好地区、地域经济、能源和环保关联的热电联产规划，控制宏观能耗指标。

3、我国的热电联产装备市场占有份额小，还处在初级阶段，必须大力培育，在未来应该有步骤地改造老工业区，建设热电联产甚至热电冷联产的工业园区。

4、通过设备引进，全面了解国外先进的机组性能设计、结构设计、工艺性能、质量检查、项目验收等环节的内涵，确实制订出我国自己的技术设计规范，为实现技术创新和科学生产管理打下坚实的基础。加快装备产业化步伐，为市场提供节能低耗的动力装备。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学