功率为几百千瓦的燃气轮机在20世纪40~60年代就已经发展和应用了,但是称为小型燃气轮机,用于发电和驱动。机组的特点是每分钟数万转,用减速齿轮减速后驱动负载;压气机用离心式;透平多用轴流式,也有用向心式的;回热器多用回转式,也有用板式回热器;转子用滚动轴承支撑。美国国家航空与宇航管理局20世纪60年代在涡轮增压器的基础上发展了一种微型燃气轮机发电装置,随后在20世纪70年代开展了在航天飞机上作为辅机电站应用的微型燃气轮机的研究。微燃机发电技术在此以后得到了迅速的发展。但是长期以来这种燃气轮机并没有广泛应用,原因是小功率燃气轮机简单循环的效率比较低,无法与内燃机相比。而且,小功率燃气轮机转速高,通常需要采用齿轮减速器降速后与发电机相连,笨重的减速器和低速发电机把燃气轮机结构轻巧的特点给抵消了。虽然人们认识到可以采用回热循环来提高效率,但是常规回热器的体积与重量比燃气轮机本身还要大,而紧凑式的回热器制造成本很高,所以除个别燃气轮机有带回热器的衍生型外,回热循环的地面应用始终打不开局面。
高速永磁发电机的出现使发电机与压气机之间的连接不再需要减速机构,这使整个机组的重量大大减轻,尺寸大大减小,成本也降低很多。与此同时,采用空气轴承代替滚动轴承,由于空气轴承不需要润滑系统,导致机组零件大幅度地减少,制造成本也进一步降低。为了提高机组的热效率,普遍采用高效紧凑型回热器,其回热效率高达90%,这样可使微型燃气轮机发电机组循环效率达到30%左右。为了进一步提高循环效率,一个行之有效的办法是提高燃烧室出口温度,也就是提高透平入口温度,但是透平人口温度的提高受涡轮材料的限制,使其不能过高。但科学技术的进步已使微型燃气轮机的经济性、污染物排放、可靠性以及使用寿命等指标都大大提高,可以与大型火电机组相比较。目前的先进微型燃气轮机具有尺寸小、重量轻、燃料适应性强、低燃料消耗率、噪声低、振动小、污染排放低、维护费用低廉、不需用水冷却等一系列先进技术特征,可以广泛应用于小型分布式发电系统中。 2100433B