详细分析我国燃气轮机回热器行业现状及发展前景分析

　　　　近年来，微型燃气轮机得到了迅猛的发展，其中回热器的技术进步起了关键性的作用。空气在压缩机中被压缩后进入回热器，在回热器中吸收做功后燃气的部分废气的热量，然后进入燃烧室，与燃料混合燃烧后进入涡轮机，在涡轮机中做功后排除;排除的燃气的温度比较高，进入回热器，加热压缩机出来的空气;从回热器排除的废气(200℃以上)，再经过一个余热回收装置，使系统效率进一步提高。显然，微型燃气轮机回热器的作用，是利用燃气轮机排气中的废热来加热压缩空气，以代替部分燃料，使排气温度降低，从而提高微型燃气轮机的发电效率。现有的微型燃气轮机的发电功率为25～500kW，无回热器时发电效率为17%～20%，有回热器时的发电效率为25%~30%。回热器基本上可分表面式和再生式两类。表面式回热器中又有管壳式、板式、饭翅式及原表面式(新型板式)几种不同的结构。可以用于微型燃气轮机的主要是回转再生式回热器、板翅式回热器及原表面式回热器三种结构。

　　欧洲对间冷回热循环技术的研究始于20世纪40年代，20世纪60年代苏联已对间冷回热进行了比较深入的理论与应用研究。全球燃气轮机目前市场空间在180亿美元左右，未来5年CAGR在3.5%~4%。根据Zion Market Research在2016年的相关统计及和预测，2015年全球燃气轮机市场估计为160亿美元，到2021年全球燃气轮机的市场规模预计达到205亿美元，2016年至2021年之间CAGR约4%。而根据Maximize Market Research的相关统计和预测数据，2016年全球燃气轮机市场规模约173.5亿美元，到2026年全球燃气轮机市场预计将增长到247.5亿美元，2016年到2026年CAGR为3.62%。预计未来5年CAGR在3.5%~4%左右。

　　一、全球燃气轮机回热器行业特点

　　全球燃气轮机回热器行业主要呈现以下特点：生产者众多;产品差异性不大，趋于同质化;没有一个企业能够影响产品的价格，企业永远是价格的接受者而不是价格的制定者;企业的盈利基本上由市场对产品的需求来决定;该行业的进入壁垒并不特别高。

　　二、全球燃气轮机回热器市场规模

　　全球燃气轮机目前市场空间在180亿美元左右，未来5年CAGR在3.5%~4%。根据Zion Market Research在2016年的相关统计及和预测，2015年全球燃气轮机市场估计为160亿美元，到2021年全球燃气轮机的市场规模预计达到205亿美元，2016年至2021年之间CAGR约4%。

　　而根据Maximize Market Research的相关统计和预测数据，2016年全球燃气轮机市场规模约173.5亿美元，到2026年全球燃气轮机市场预计将增长到247.5亿美元，2016年到2026年CAGR为3.62%。

　　综合看，全球燃气轮机市场规模2018年大约在180亿美元左右，预计未来5年CAGR在3.5%~4%左右。根据中研普华产业研究院相关资料统计推算，2018年全球燃气轮机回热器市场规模达到1.44亿美元左右，预计2019年全球燃气轮机回热器市场规模将达到1.5亿美元。

　　图表：2016-2019年全球燃气轮机回热器市场规模(单位：亿美元)

　　

 

　　三、全球燃气轮机回热器技术现状

　　近年来，各国都在开展有关燃气轮机间冷回热循环(ICR)的研究，间冷回热循环与简单循环相比优势明显，间冷回热循环有助于提高燃气轮机在设计工况下的热效率和比功，并且能够改善燃气轮机低工况下的经济性。回热器作为间冷回热(ICR)循环中的一个重要结构，需要采用合理的换热器型式，才能满足燃气轮机动力的需要。

　　间冷回热循环发动机是指在简单循环燃气涡轮发动机基础上，在高、低压压气机之间增加1台间冷器，在排气口增加1台回热器。间冷器能保留布雷顿循环的最大优势，降低高压压气机进口温度，减少高压压气机压缩空气时所做的功。这样既可以达到更高的增压比，提高循环总效率，又可以增大空气流量以增加燃气涡轮功率。由于冷却涡轮的空气量增加，燃气涡轮前温度就可达到更高。

　　回热器用于回收利用内涵道排出的废气热量，将热量传给外涵道的压缩空气，在额外设置的动力涡轮(空气涡轮)中继续消耗废热。空气涡轮通过一根共用轴与主动力涡轮相连，获得额外功率，达到减少燃油消耗的目的。

　　欧洲对间冷回热循环技术的研究始于20世纪40年代，苏联的研究略晚。资料显示，20世纪60年代苏联已对间冷回热进行了比较深入的理论与应用研究。其中，俄罗斯科学研究院、莫斯科动力学院等单位主要从事间冷回热循环理论研究。彼尔姆航空发动机股份公司和萨马拉机械制造设计局股份公司，则将重点放在应用研究上，将间冷回热技术的理论研究成果转移应用到产品中，研制出GTU-18PS、GTU-30PS等采用间冷回热技术的地面燃气轮机。此外，俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM)，还对间冷回热技术在航空发动机上的应用开展了探索研究。

　　俄罗斯间冷回热技术起步虽晚，但开展的研究比较广泛，其理论研究也很深入。莫斯科动力学院对简单循环、间热、回热、间冷回热、间冷间热回热组合等不同循环结构进行了对比研究。同时以燃气轮机为平台，对采用不同间冷回热循环结构的地面燃气轮机的效率和经济性进行了比较分析，并探索了间冷回热循环结构应用的可行性。

　　图表：不同回热结构燃气轮机与简单循环燃气轮机指标对比

　　

 

　　资料来源：公开资料整理

　　采用单一回热结构虽然能提高燃气轮机效率，但这种结构仅适用于压比较低的动力装置，且须采用尺寸较大的回热器，相对优势并不明显，因此只采用单一回热循环不合理。与简单循环燃气轮机相比，采用间热回热结构的燃气轮机经济性可提高5.5%，单位功率提高38.8%。但这种结构中回热器工作温度非常高，涡轮后燃气温度达766℃，远高于一般不带间热的回热燃气轮机涡轮后燃气温度(634℃)。回热器要承受这么高的温度，需采用非常昂贵的材料制造，其可靠工作也尚待验证。因此，采用间热回热结构的燃气轮机的发展前景并不被看好。

　　与简单循环燃气轮机相比，采用间冷回热结构可使燃气轮机效率提高11.1%，单位功率提高31.7%。间冷回热燃气轮机涡轮后燃气温度为523℃，比不带间冷结构燃气轮机的温度低很多，这一温度水平下回热器的工作可靠性更高。此外，间冷回热燃气轮机的最佳压比为20，流道不需要设计太长，整体尺寸可以缩小，进而使回热器结构更加紧凑。综合上述优势，采用间冷回热结构的燃气轮机更具发展前景。

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