近20年来，微型燃气轮机发电技术得到了迅速的发展。一般微型燃气轮机采用回热循环，其能源利用率高，运行维护成本低，并且污染排放小。但是在微型燃气轮机运行过程中，为了避免对其组成部件造成损伤，其对燃料的洁净度要求很高，一般采用天然气和液化石油气。进入21世纪，许多国家都把发展可再生能源作为缓解能源供应矛盾、应对气候变化以及实现可持续发展的重要措施，因此可再生能源在世界范围内得到快速发展。可再生能源已经成为实现能源多样化、应对全球气候变化，以及实现可持续发展的重要替代能源。某些可再生能源，例如生物燃料或者其他固体燃料的洁净度不够高，不能在微型燃气轮机回热循环中使用。和直燃式微型燃气轮机相比，外燃式微型燃气轮机循环（Externally Fired micro-Gas Tur-bine Cycle）对燃料的要求并不高，它为可再生能源，例如生物燃料或者其他固体燃料在热电联供系统中的使用提供了一种新的选择。外燃式微型燃气轮机是一种很有前途的、高效的、廉价的、小型的可再生能源利用设备，同时它能够降低温室气体的排放。

外燃式微型燃气轮机循环如图3-44所示。它是由回热式循环发展而来的，其结构与回热循环结构相似。在外燃式微型燃气轮机循环中，燃烧室被高温回热器取代，并在外部增加了一个代用燃料燃烧室，实现了燃气涡轮机的间接加热。在代用燃料燃烧室中，燃料是在外界大气压下进行燃烧的。此循环的显著特点是：实现了燃气涡轮机的间接加热，使燃气不流经涡轮机，避免了燃料中的污垢经过燃烧对涡轮机造成损伤。

外燃式微型燃气轮机循环的热力循环过程如下：1—2空气流经压缩机压缩过程；2—3经压缩的空气进入高温回热器与代用燃料燃烧室排放的高温燃气进行热交换，吸收热量成为高温高压空气；3—4高温高压空气进入涡轮机进行膨胀做功，其压力基本降为外界大气压力；4—5空气与燃料混合，在代用燃料燃烧室中燃烧形成高温燃气；5—6高温燃气在高温回热器中与空气进行热交换，进行放热。

图3-45为外燃式微型燃气轮机循环的T-s图，在热交换中温度差ΔT_H和ΔT_L是非常重要的数据，温度差越小，其热效率和系统的能源利用率越高。但会增加高温回热器的成本、增大其体积。

在间接加热的燃气涡轮机中，任何热量都可以加以利用，太阳能也是其可以利用的热源之一。如图3-46为带有太阳能加热的外燃式微型燃气轮机循环示意图。太阳能收集器直接给空气进行加热，提高涡轮机入口温度。

图3-44 外燃式微型燃气轮机循环

图3-45 外燃式循环T-s图

在参考文献［29］中，Daniele Cocco等人对涡轮机入口温度分别为800K、1000K、1200K的三种外燃式微型燃气轮机循环进行了仿真计算，其计算结果如图3-47所示。在给定压比的情况下，系统的效率和输出功率随涡轮机进口温度的升高而升高；在给定涡轮机进口温度的情况下，存在一定的压比使其系统效率最高，同时也存在一定的压比使其输出功率最高。由此可见，外燃式微型燃气轮机循环的性能与压比、涡轮机入口温度以及燃料的质量有关。一般外燃式微型燃气轮机循环的热效率为25％～33％。(www.daowen.com)

图3-46 带有太阳能加热的外燃式微型燃气轮机循环示意图

图3-47 输出功率及效率与压比的关系曲线

美国航空航天研究公司与热化学能源组织合作共同研究外燃式微型燃气轮机循环。他们已经在航空航天研究公司实验室成功地安装和运行了外燃式循环系统，并对其进行了测试，其结构如图3-48。在此循环中要经过两次热交换，也就是需要两个回热器：第一个是耐高温、成本高的高温回热器；第二个是微型燃气轮机配套的低温回热器。微型燃气轮机原有的燃烧室保留（在图中没有标出），以备在起动和提高涡轮机入口温度时使用。外部代用燃料燃烧室是采耐高温绝热陶瓷燃烧室。从涡轮机排出的空气流分成两部分：一部分直接进入代用燃料燃烧室与燃料混合燃烧；另一部分在代用燃料燃烧室出口处与燃气混合，降低高温回热器的入口温度，以使其不超过其温度上限800℃。涡轮机入口温度一般保持在750℃。

高温回热器是整个循环系统中最核心，成本最高的部件，其运行温度一般比涡轮机入口温度（Turbine Inlet Temperature，TIT）高100～150℃，此外由于其传热系数较低，所以需要有很大的传热面积。高温回热器也是阻碍外燃式微型燃气轮机循环发展的主要因素，其主要存在两个问题：①耐高温材料限制了高温回热器进口温度，影响到了整个循环系统的热效率；②高温回热器成本造价较高，从而增加了整个循环系统的成本，高温回热器的成本占整个循环系统总成本的30％。

图3-48 美国航空航天研究公司实验室外燃式微型燃气轮机循环结构

外燃式微型燃气轮机循环实现了燃气涡轮机的间接加热，使燃料燃烧后生成的燃气不流经涡轮机，避免了燃料中的污垢对设备的损坏。其对燃料的要求不高，可以采用固态，液态或气态生物及垃圾燃料。虽然高温回热器和代用燃料燃烧室会增加整个循环系统的成本，但可以通过采用较为廉价的生物及垃圾燃料来进行补偿。与采用价格较贵的天然气为燃料的回热循环相比，外燃式微型燃气轮机循环还是具有较好的热经济性。现今能源日趋紧张，可再生能源已成为实现能源多样化、应对全球气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。外燃式微型燃气轮机循环为可再生能源在热电联供中的应用提供了一种新的选择，它是一种很有前途的、高效的、廉价的供能方式。高温回热器成为制约外燃式微型燃气轮机循环发展的主要障碍，是由于其成本高，而且要求采用超耐高温金属或陶瓷等特殊材料，以提高其入口承受温度。所以高温回热器的研究对于外燃式微型燃气轮机循环也是至关重要的。