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一、背景介绍
世界性的能源危机和环境污染对燃机装置的有效性和合理性提出了更高的要求。热力循环是热机发展的基础。每一次新的循环的提出都带动了动力机械发展的飞跃。有历史意义的,推朗肯(Rankine)循环和布雷敦(Brayton)循环,但都各有优缺点。
为了进一步提高能源转化效率和减少环境污染,近年来新型热力循环展开了广泛的研究,包括Kalinna循环、注蒸汽燃气轮机(STIG)循环、湿空气透平(HAT)循环等都是新型循环的代表,其中HAT(Hu Air Turbine)循环具有高效率、高比功、低污染、低成本及良好的变工况性能等优点,受到国际能源动力工程界的重视,已成为新型热力循环的重要研究方向之一,被誉为21世纪的热力循环。
例如,HAT循环的IGCC的发电效率达到70%以上。特别是HAT还有不少改进的循环动力技术(与电网储能相结合的新型HAT技术),虽然目前还出去开发初期,但是已有的研究成果已非常令人鼓舞,特别是和煤气技术相结合时更显示出它的优越性。
中国是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家,在一次能源生产和消费总量中煤占75%,这就形成了我国的能源利用效率低,实现可持续发展环境问题压力大的问题。为了解决能源利用中遇到的问题,近年来,在热力发电方面,国内外展开了对先进洁净煤技术和先进热力循环的研究。先进洁净煤发电技术主要包括IGCC(煤气化燃气~蒸汽轮机联合循环),PFBC(加压流化床燃气轮机联合循环),EFGT(外燃气轮机)及超临界蒸汽轮机等等。IGCC、PFB及超临界蒸汽轮机都进入示范阶段。它们具体技术特点和存在的问题如下(表1)。
由此,综合比较看,HAT循环是解决目前中国能源工业能源利用效,污染情况严重问题的捷径。其理由如下:
(1)国外燃气轮机已经形成产业,联合循环已经为燃气轮机制造厂家带来很好的商业利益,因此制造厂家不愿意用HAT循环燃气轮机去冲击其现有的产品。而中国尚未形成燃气轮机工业体系,无此问题。
(2)HAT循环燃气轮机的设备成本很低,但开发第件样机需要大量的工作,西方各个厂家多不愿用自己的研究费用开发第一台样机,除非国家整体支持。在中国要发展燃气轮机工业,一定要进行样机开发,因此,可以直接进行HAT循环燃气轮机的开发,一步到位。
(3)HAT循环燃气轮机十分适合小型甚至微型燃气轮机,因此开发费用比开发联合循环要低。
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