燃气发电设备与技术发展探讨

摘 要：针对天然气发电现状与发展前景，结合燃气发电现存主要问题与矛盾，对加快燃气设备与技术发展进行论述。

关键词：燃气发电；燃气设备；燃气发电技术

天然气是化石能源中最洁净的燃料，在燃烧性能、热值、运输等各方面都是最优质的燃料。燃氣发电既有利于高品位能量的转换，又能充分利用较低品位的能量，具有能源综合利用和最高效率的优点。在集中式天然气发电方面，未来随着天然气勘探开发和海外引进步伐的加快，天然气在我国一次能源消费结构中的比例将逐步提高。作为天然气消费的重要组成部分，在我国适时适度加大发展天然气发电的力度，有利于优化电源结构，实现能源的清洁高效利用。据《2015-2020年中国天然气发电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》显示，截至2011年底，我国天然气发电装机容量达到3265万千瓦，占全国总装机的3.09%，发电量1048亿千瓦时，占全国总发电量的2.22%，发电用气占全国天然气消费量的15%左右。截至2012年底，我国天然气发电装机容量约4500万千瓦，同比增长约38%，约占中国总装机容量的4%。截至2013年底，我国天然气发装机容量已达4668万千瓦，发电量1143亿千瓦时。我国在天然气应用和天然气发电上与世界工业发达国家相比有巨大差距，努力推动我国天然气发电的任务是紧迫的，有很大发展空间。

1.燃气发电现存主要问题与矛盾

1.1燃气发电核心技术未完全掌握，制约燃气发电产业发展

目前，国内制造企业与国外企业合作中在关键技术方面存在壁垒，对燃气发电核心技术还不完全掌握，燃机设计制造中燃烧器、透平叶片等热部件完全依靠进口，发展存在瓶颈。国内制造企业虽然能够制造、组装燃气发电机组，但在整机设计、热部件材料制造以及冷却和隔热涂层等关键技术方面尚未实现实质性突破，燃机燃烧器、透平叶片等热部件仍完全依靠进口。整机检修维护依赖原厂商，维修费用昂贵。受设备设计制造核心技术不掌握的制约，国内对整机检修维护核心技术掌握不深、不透，机组检修维护、改造升级、部件更换等都依赖原厂商，主要部件发生故障需返厂检修，检修维护费用昂贵。机组运行中燃烧参数不能自主调整，运行安全存在隐患。燃烧调整为原厂商的核心技术，必须由原厂商进行。燃机发电企业没有掌握整机燃烧调整的标准和参数，运行人员不能通过燃烧自动调整确保机组在燃烧脉动最小和在排放最佳点运行，不利于有效控制安全状况和开展异常诊断、分析。

1.2燃气发电设备设计制造质量存在问题，影响机组运行可靠性

近年来，国内燃气发电机组存在设计制造质量问题，压气机、燃烧器及热通道部件、发电机、燃气系统等故障多发，尤以F 级机组较为突出。压气机存在质量缺陷，运行中发生叶片断裂等事故。部分机型压气机由其原机型模化设计而成，缺少必要的试验校核等后续工作，不能适应频繁启停、变工况运行，出现压气机叶片断裂等事故；部分机型压气机转子由于拉杆螺栓与轮盘结合面设计不合理导致三级轮盘出现裂纹。燃烧器及热通道部件存在质量缺陷，实际运行时间缩短。国内引进机组存在燃烧器及热通道部件质量缺陷，实际运行时间普遍达不到原厂家设计值，需提前修理或报废。发电机存在质量缺陷，多次返厂检修。部分E 级燃机发电机和F级国产化燃机发电机存在制造、装配质量问题，发电机返厂检修频繁。

1.3燃气发电并网运行存在薄弱环节，影响安全生产

机组在非安全区域运行，增加停机概率。部分燃气发电企业和调度机构对机组非安全区域不掌握，运行方式安排不合理，机组运行负荷没有远离燃烧模式切换点，极易造成机组强迫停运和燃烧室部件损坏。二次系统安全防护管理不完善，存在安全漏洞。部分企业二次系统安全防护管理工作不到位，存在问题整改不及时、不彻底，安全防护策略不符合规定，安全防护装置不符合要求。分布式和非常规天然气发电还需要不断总结提高。分布式天然气发电以及非常规天然气发电还处于起步示范阶段，关键零部件制造、系统集成还不够成熟，有关组织设计、施工安装、运行维护和安全管理等工作需要不断总结、分析。燃机专业技术力量不足，不能适应燃机产业快速发展需要。目前，我国燃气发电专业技术人才短缺，且流动性大，尤其是掌握燃机运行维护经验的专业技术力量储备不足，专业技术力量不满足燃机快速发展需要，给电厂安全生产带来隐患。

2加快燃气设备与技术发展

2.1燃气设备发展

燃气发电有两种主流设备，一种是燃气轮机，一种是燃气内燃机。燃气轮机适合大功率发电系统，一般电站容量在10兆瓦以上，单机功率大于5兆瓦。燃气内燃机适合中小发电系统，容量多在10兆瓦以下，单机功率小于2兆瓦。现在，燃气内燃机技术发展很快，国内对燃气内燃机核心技术的掌握和核心部件生产能力的突破，迫使进口燃气内燃机价格下跌了50%以上，同时进口设备配件费用也大幅降低。在燃气内燃机领域，‘洋品牌的垄断局面已不复存在。

在中小燃气发电设备方面，国产品牌其实已具有相当实力。进入21世纪以来，以胜动集团为代表的国内厂家依托原有的柴油内燃机生产、研发基础，迅速推出一批燃气内燃机产品。比如在低热值、变浓度、高含氢等燃气领域，胜动集团实现了与国外同步研究，使得“胜动”机组对这类燃气的适应性超过了进口机组，不仅在国内广泛应用，还批量进入东南亚、东欧和南美地区。近年来，欧美和日韩的企业也开始前来采购我国低热值燃气内燃机到本国使用。尽管目前国产燃气内燃机综合性价比优于进口产品，但在自动化管理技术、发电效率以及整机技术水平方面，全面赶超进口机组尚需时日。何况国内基础工业薄弱，核心材料和热处理技术、高精度加工能力等与发达国家存在较大差距。

2.2燃气技术发展

作为一种典型的军民两用技术，我国早在上世纪80年代以前，在消化吸收前苏联技术的基础上已经能够自主设计、试验和制造燃气轮机，开发出了200千瓦～25000千瓦多种型号，但在重型燃气轮机方面，到目前为止，核心技术仍掌握在英美德日等发达国家手中。从我国重型燃气轮机目前情况来看，首先要认真学习和消化吸收引进的E/F级天然气燃气轮机制造技术，同时加强燃气轮机基础核心技术的研究开发。从燃气轮机部件的角度分析，当代燃气轮机主要关键技术包含多级轴流压气机、高效清洁燃烧室、多级轴流冷却透平、二次空气系统、镍基超级合金叶片材料与制造等。在未来相当长的时期内，我国燃气轮机研究重点应围绕两个方面展开：一是用于IGCC发电的煤气化燃气轮机核心技术的研究开发；二是燃烧室与透平等热端部件关键问题。这是燃气轮机的核心技术和难点，也是我国自主研发燃气轮机技术的重中之重。

随着经济的腾飞、资源的开发和技术能力的不断提高，对关键设备核心技术的研发和掌握，迟早会被提上日程，何况重型燃气轮机可以说集当代科学技术之大成，早已被公认为发电设备制造业“皇冠上的明珠”。中国电力企业联合会发布《“十三五”天然气发电需求预测》，报告指出，到2020年，我国天然气发电装机规模将达1亿千瓦左右，占总发电装机4.71%。在巨大的市场需求和国产化呼声面前，燃气发电设备仍然任重道远。

作者简介：

张小治（1983—），男，陕西宝鸡人，大学本科，学士学位，助理工程师。