水电之家讯：说起燃气轮机，其实大家并不陌生，其与飞机涡轮发动机的渊源一言难尽。除了专门用于发电用的frame级别的燃气轮机以外(如GE的frame 7系列)，几乎所有的燃气轮机都是从飞机涡轮发动机发展演化而来的，所以也统称为Aero-derivative gas turbine。燃气轮机的原理和飞机涡轮发动机几乎一模一样，最主要的区别在于飞机用发动机注重的是推重比，而燃气轮机更注重的是热耗率。
在我国这个产煤大国，绝大部分的电能来自于燃煤的蒸汽轮机。蒸汽轮机虽然动力巨大，但是排放问题和热效率问题一直无法得到很好的解决。由于煤炭本身的燃烧性质，其产生的NOx和SOx以及颗粒物是环境污染的主要来源。然而，以天然气为主要燃料的燃气轮机在颗粒物排放方面就比蒸汽轮机要好很多，只要燃烧充分，天然气几乎不产生颗粒物排放。但是，燃气轮机本身也存在一定的局限性，如前期投入成本过大，NOx排放，以及动力输出不足等。
美国的程大酉教授基于自己多年在NASA的研究成果发明了两项既能提升燃气轮机动力输出又能大大减少NOx和CO排放的技术，一项是Cheng Cycle，也就是程式汽电共生循环，另一项是Cheng Low NOx System(CLN)。这两项技术都获得了美国国家专利，并广泛应用于世界各地安装的燃气轮机上，如意大利，法国，美国，以色列，日本等。到目前为止，共有超过300台燃气轮机改装成了Cheng Cycle或者CLN。
世界上第一台Cheng Cycle燃气轮机，位于美国加州San Jose State University：
位于美国夏威夷Kauai岛的Kapaia发电站也使用了Cheng Cycle：
下面，撸主来带大家了解一下这两项技术的具体细节。
1，Cheng Cycle
首先，我们来说Cheng Cycle。众所周知，燃气轮机排放的尾气温度极高，但是却无法再推动更多一级的涡轮来产生额外动力，在普通的燃气轮机中，这部分的热量被白白地浪费，造成燃气轮机总体热效率不高。而Cheng Cycle是利用这部分高温尾气注入热交换装置，用于加热水蒸汽，当水蒸汽达到一定温度的时候，再重新注入燃气轮机的燃烧室中。
Cheng Cycle示意图：
首先，燃气轮机的总功率与流体总质量和涡前温度成正比。也就是说在涡前温度保持不变的情况下，增加燃气轮机中的流体总质量会增加总功率。Cheng Cycle中将高温蒸汽注入燃烧室的方法就是增加了流体总质量，从而大大地提高了发动机的总功率。
那就会有人问，燃烧的时候注入水蒸汽岂不是会影响火焰燃烧么?这句话既错又不错。先来说没错的地方，如果水蒸汽注入过多或者水蒸汽的温度不够的话，的确会将火焰吹灭或者造成不完全燃烧。上世纪六七十年代，由于飞机发动机推力不够，在起飞阶段将水注入燃烧室可以瞬时增加推力。然而这样的做法会使燃烧室中的火焰不完全燃烧，从而产生大量的黑烟。
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