燃气轮机的发展历程及应用价值

燃气轮机工业是从蒸汽轮机和航空发动机两大工业发展而来的。燃气轮机对压气机的要求很高，对燃烧室的要求比锅炉高，对透平的要求比蒸汽轮机高，因此20世纪30年代以前虽经试验，但仍没有获得实用。

燃气轮机从初步试验成功，发展到制造出有工业应用价值的装置，前后经历了约40年时间。在这个阶段中，工业发展早且技术领先的欧洲由于在冶炼工艺和空气动力学方面有了很大的提高，而具备了生产燃气轮机的条件。1907年左右，法国涡轮机协会制造的燃气轮机获得了3%的效率，同时，霍尔兹瓦斯（H·Holzwarth）设计了50马力^[1]等容燃烧式燃气轮机，它是第一台应用于工业的长期运转的装置。

到1939年，瑞士布朗勃法瑞（Brown Bover）公司（BBC）^[2]制造了第一台功率较大的发电用燃气轮机，这台4000kW燃气轮机发电装置的效率达到18%。同年，德国享克尔（Heinkel，或译海因克尔）飞机制造厂的涡轮喷气式发动机试车成功。1940年瑞士BBC又制造了第一台燃气轮机机车，功率为2200马力，效率达16%。

随着生产出的第一代工业上实用的燃气轮机和喷气发动机，并积累了运行经验。在这个时期，燃气轮机工业及其科学系统开始形成。20世纪40年代后期，航空用涡轮喷气发动机由于比活塞式发动机轻小、功率大，得到迅速发展，在军用飞机上得到了广泛的应用。喷气发动机在航空工业上基本取代了活塞式发动机，并且其大量的航空结构设计经验被这些工厂应用到运输式及固定式燃气轮机上。它非但对陆海用燃气轮机的改革和发展起到了决定性的引导作用，而且对蒸汽轮机和透平式压气机设计和制造也起到了带动作用。

到20世纪50年代后期，这些轻型结构的燃气轮机在与根据传统设计的重型结构燃气轮机的竞争过程中占了优势。同一时期，自1950年英国罗孚（Rover）汽车公司第一台燃气轮机汽车行驶后，小功率燃气轮机获得了很大发展。由于小功率燃气轮机的技术周期比较短，较成熟的小功率燃气轮机也在这个阶段的后半期制造出来。(www.xing528.com)

20世纪60年代，轻型结构的燃气轮机的经济性和可靠性经受了考验，并被公众认可。喷气式发动机被成批地改装成陆海用装置，单机功率已达10万kW，在这种情况下，苏美英三国决定更新海军，使舰艇动力装置燃气轮机化。而由于1965年美国又遇到了东北电网大停电事故，损失惨重，因此各国电力行业决定增建大批燃气轮机调峰应急发电机组。再加之输油、输气管线建设中加压设备需要动力设备，促进了中小燃气轮机的推广应用。故在20世纪60年代这十年的时间里，陆海用燃气轮机功率总容量猛增了13倍，其中大都以发展简单循环单轴、分轴的燃气轮机机型为主。1970年，全世界陆海用燃气轮机达到了9500万马力，其中4500万马力用于发电，5000万马力用于舰船。

20世纪70年代，性能指标更高的新一代燃气轮机问世，实现了用电子计算机监视、遥控的全自动化的动力装置。透平进气温度近400℃，压缩比近30，开式简单循环燃气轮机效率高达36%，回热式效率高达38%，单机功率达到11万kW，多台喷气发动机的燃气发生器组装后各配或合配一台动力透平而驱动一台发电机时，功率可达16～35万马力。

进入20世纪80年代，由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大程度的提高，特别是燃气-蒸汽联合循环技术渐趋成熟，再加上世界范围的天然气资源的进一步开发，燃气轮机及其联合循环机组在世界电力系统中的地位发生了明显的变化，它们不仅可以用作紧急备用电源和尖峰负荷机组，而且还能携带基本负荷和中间负荷。

自20世纪90年代到现在21世纪20年代，燃气轮机的技术得到不断发展，透平入口温度和机组热效率持续提高，透平入口温度超过1400℃甚至达到1600℃（2011年），单机功率已超过200MW达到470MW（2011年），单机机组热效率已超过35%达到41%（2011年）；而联合循环机组功率已超过350MW最高达到680MW（2011年），热效率已超过55%最高达到61.7%（2011年）。显然，从热力性能及环保性能的角度看，燃气-蒸汽联合循环机组比超超临界参数的燃煤发电机组要优越得多。