我国工业燃气轮机的现状

我国工业燃气轮机的现状与前景南京汽轮电机（集团）有限责任公司薛福培一、世界工业燃气轮机的发展趋势1、世界工业燃气轮机的发展途径与现状自1939年瑞士BBC公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来，经过60多年的发展，燃气轮机已在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用。由于结构上的分野，工业燃气轮机分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机（包括航机改型燃气轮机）。80年代以后，燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟。由于其热效率高、污染低、工程总投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点，逐步成为继汽轮机后的主要动力装置。为此，美国、欧洲、日本等国政府制定了扶持燃气轮机产业的政策和发展计划，投入大量研究资金，使燃气轮机技术得到了更快的发展。80年代末到90年代中期，重型燃气轮机普遍采用了航空发动机的先进技术，发展了一批大功率高效率的燃气轮机，既具有重型燃气轮机的单轴结构、寿命长等特点，又具有航机的高燃气初温、高压比、高效率的特点，透平进口温度达1300℃以上，简单循环发电效率达36%～38%,单机功率达200MW以上。90年代后期，大型燃气轮机开始应用蒸汽冷却技术，使燃气初温和循环效率进一步提高，单机功率进一步增大。透平进口温度达1400℃以上，简单循环发电效率达37%～39.5%，单机功率达300MW以上。这些大功率高效率的燃气轮机，主要用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组，由一台燃气轮机组成的联合循环最大功率等级接近500MW，供电效率已达55%～58%，最高60%，远高于超临界汽轮发电机组的效率（约40%～45%）。而且，其初始投资、占地面积和耗水量等都比同功率等级的汽轮机电厂少得多，已经成为烧天然气和石油制品的电厂的主要选择方案。由于世界天然气供应充足，价格低廉，所以，最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数，亚洲平均也已达36%，世界市场上已出现了燃气轮机供不应求的局面。目前，美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化，现代化的坦克应用燃气轮机为动力，输气输油管线增压和海上采油平台动力也普遍应用了轻型燃气轮机。先进的轻型燃气轮机简单循环热效率达41.6%。采用间冷—回热循环的燃气轮机在110%～30%工况下，热效率下降很少，可保持在41%。现正在开发功率大于40MW，涡轮前温度为1427℃～1480℃，简单循环热效率达45℃～50℃的轻型燃气轮机。微型燃气轮机作为分布式电源也取得显著进展。近20余年来，洁净燃煤发电技术已取得重要进展，最有希望的两种解决途径为：整体煤气化联合循环（IGCC）和增压流化床联合循环（PFBC），燃气轮机均是其中的关键设备。至今，全世界已投过了10余座各种功率等级的IGCC电厂，还有一批IGCC电厂正在筹建之中，IGCC电厂已开始进入商业化应用阶段。PFBC电站已投运5座，成功地进行了示范运行，正逐步进入商业化运行阶段。世界重型燃气轮机制造业经过60多年的研制、发展和竞争，目前已形成了高度垄断的局面，即以GE、西门子/西屋、原ABB等主导公司为核心，其它制造公司多数与主导公司结成伙伴关系，合作生产或购买制造技术生产。日本的三菱公司值得关注，它最初应用西屋的技术生产燃气轮机，后来发展为与西屋联合开发新型燃气轮机。1998年三菱与西屋分手，成为拥有独立制造技术的世界重型燃气轮机制造企业之一。燃气轮机与内燃机相比，具有重量轻、体积小、单机功率大、运行平稳、寿命长、维修方便等优点，它早已在飞机发动机中取得了独占地位。由于美、英、俄等国对航空技术高度重视，投入了大量研究开发资金，因此，航空的燃气轮机技术比工业燃气轮机发展更迅速。目前，世界的轻型燃气轮机制造业也形成了GE、R.R（罗尔斯.罗伊斯）、P&W（普惠）三大主导企业。近年来，俄罗斯、乌克兰等国借助前苏联强大的航空工业基础，也在加紧进行航机改型工作，推出了一批轻型燃气轮机。2、工业燃气轮机技术发展的四代技术燃气轮机是一项多种技术集成的高技术，按技术特征，工业型燃气轮机可分为四代：过去的半个世纪，世界发展了头两代工业燃气轮机，其传统的提高性能途径是：不断地提高透平初温，相应地增大压气机压比和完善有关部件。未来五十年，可能主要利用新材料和新技术的突破，再开发出两代新的燃气轮机。（1）第一代始自四、五十年代脊筋睬19颜39取年秋碑，瑞浴士研签制出涛世界上首台骄4M多W燃缘气轮居机发戒电机拍组。顷19歪49法年世鲜界首屈套燃大气蒸宽汽联影合循井环发芒电装义置投尚入运马行。江五十辞年代照初，全透平纳初温娘只有薪60煌0～木70毕0楚℃涨，那脚时主族要靠堡耐热煮材料腰性能井的改甚善，再平均戏每年灾上升框约1腥0勇℃灭。六驴十年逼代后插，还覆藉助竖于空猜气冷纷却技秤术，肥透平腊初温英平均打每年睛升2睛0丧℃闻。到唐了八爪十年识代，钟已把侮初温规升至挖85脚0～门10虑00添℃诸。文补沈第一浙代技注术的僚特点桂是：榨单轴缎重型渐结构妖（航踢空移螺植除组外）轨，初坚期高绸温合鱼金，举简单悄空冷制技术属，亚由音速斗压气喊机，吃机械聋液压存式或济模拟蛾式电青子调覆节系柱统。岗性能绵参数恐特征绣：透继平初栋温小脚于1忌00麻0乒℃傲，压雾比在廉4-贯10惹，简闭单循写环效票率小弓于3昏0%堪。沃旧仓（2起）第惩二代盛已达废当今努最高贫水平泥店巨从七秤十年扒代开秒始，绑充分迅吸收部先进耗航空衡技术轰和传趁统汽薄轮机依技术爪，沿牢着传念统的疫途径慧不断月提高横性能垦，现妨已开俩发出醋一批雅“过F崇”黑、扛“停FA摊”魂、鹿“矿3A粒”演型技费术的洲新产夕品，牲它代幕表着雪当今尚工业们燃气谈轮机熊的最黄高水尘平：些透平澡初温紫达到厦12堪60团-1旋30煮0陡℃倾，压尤比1起0-培30侵，简佛单循苹环效挂率3毒6-暮40正%，江联合旅循环制效率纺55毫-5筒8%匆。茅膝溜第二畏代技选术特寇征：痕轻重泽结合疑结构宿，超风级合惩金和傲保护秧涂层渐，先阀进的挪空冷义技术而，低恨污染先燃烧饭，数愁字式筹微机君控制盐系统哀，联价合循架环总添能系勉统。央性能绸参数摩特征梯透平益初温后小于卫14扑30挡℃静，简则单循乏环效殊率小敏于4肉0%绕，联线合循诱环效献率小可于6疑0%蔽。肢妖择（3建）第粪三代兼正在姓开制睁况呜其主幻要特估征是嫁采用项更有括效的败蒸汽怜冷却伍技术爪，高扮温部摩件的蛮材料聋仍以典超级折合金扛为主逐，采阿用先腿进工悉艺（察定向磁结晶缴，单释晶叶且片等斑）进妹一步光改善筐合金敢性能日，部翠分静回部件由可能滨采用部陶瓷捞材料文。应纯用智刮能型籍微机援控制累系统焰也是搏一个赢方向聚。委谢洪GE贷公司沉的G馋E3至7是豪相当执于第对三代肚水平阔的喷粮气发终动机献，正飘在研辨制，脱它使题用现碰有超疮级合港金和栏少量凝可提封供的催陶瓷此材料坡，透告平初秆温在旗14榜00屋℃刻～1忆50唉0魄℃胆，短忙时达拼到1黄60摊0欲℃慕。正效在研拖制第幻三代猪工业涂燃气铜轮机傲的典赞型代拘表是受许多客公司孤的H挥型技栏术产丈品，贵它们删采用尊蒸汽殖冷却嫂，以牙保证墙达到屿14嘱30华℃将以上诸的初晶温。幸查挤（4仆）第河四代湿正在当构思酱薪堤对第糖四代零燃气脱轮机卫的构伍思是贝基于揉采用椅革命葬性的麦新材骂料，攀发动搂机处骡于或雁接近篇理论组燃烧慨空气技量条寨件下热工作条，透划平初匠温将如大于坊16绩00辽-1离80情0市℃娇，冷额却系善统可茅能被拔取消顾，现克采用宵的熔牺点1趟20售0谦℃染、密重度为测8g控/c说m少3侨的超歪级合笋金将挪被淘蜜汰，紧新的武高级江材料拆应是足小密奥度（粉<5偏g/待cm臭3清）的镜、有首更好树的综适合高禽温性构能，解也许药陶瓷宽材料锤是一争种选逗择。劝旺适美国炼工业势燃气村轮机扛在总希体上著处于魔世界向领先脑地位究，已朴开发奔出吧“倾FA痛”躲型产洒品，慌正在蔽开发滑“夜G棋”销型和富“夹H往”火型（汉透平晴初温晋14末30盯℃逝，单那机功资率2州80陪MW蹄，单己机联家合循衡环功恢率4碗80堵MW膛，系易统效继率将菊突破列60愧%）贺，正馅在实陆施多膜项大控的发爷展计勉划，障如先令进动忘力透非平系镜统（匙AT侮S）融等，令还和雀欧洲鲜合作纷执行膝将高脖性能失航空栽发动抓机改琴型为号先进橡工业责燃气婆轮机杏的先宾进燃炕气轮甲机合顺作计叶划（牛CA析GT亩）。地欧洲橡在发回电用郑大型书燃气桥轮机遣方面剪不比俯美国奥逊色壤。德银国、唇瑞士画和瑞句典有扮自己析研制座的高提性能疲燃气弄轮机稀。日托本、家英国驱、意乒大利碰、法芬国等袋国都抱生产拣当今潮性能锈最好灾的肠“泪FA闯”刊型燃鸽气轮枪机，塘但都燕沿用廉外国布的技默术。计英国昏和法炼国有狸航机跑陆用舒领域盲有很小大进光展。起日本夜在开忠发高茎温的耐陶瓷厨燃气颗轮机康上进铲展迅饺速。反器袍注：连⑴湖美国饰IH亭PT她ET兴T和岛AT箩S计宝划：艺在国廉际市撤场上执，美退国燃逃气轮摩机在挖技术桑水平付和产熊量方搬面均夫具有袄领先诚地位寸，是地其在樱贸易凝方面量保持谣大量贺顺差肌的主填要产咽业之滩一。帐为了哗保持铁在军刃务和出商业凯竞争它方面脆的领蕉先地援位，加美国杆对下翠一代天燃气易轮机棚的发挡展，亦正在淘投入尖大量劣资金另，实歇施多地项大抛的发尿展计疼划。切如：屋·寨IH季PT尺ET猾计划菌：这取项为息期1闭6年苍（1构98营7～怨20具03猎年）繁的计陈划是简针对叹航空跟的要昌求提幕出的似，要塌使航能空发短动机倍的推恨重比愧现有卫最高怠水平厚的基炎础翻剑一番辈，达号到2丹0。设该项棋计划铲的投扎资为贴45蜘亿美绸元。眯除此雷之外姓，近洒年来冻美国谨还有易4～尚5个液大中弯型航任空发事电动天机研详制项吹目。钱这些炎，都具为美记国先讨进燃鞭气轮仍机技绝术的察发展简提供口了技解术基窄础。戒·包AT镰S计固划：迈即先舞进透链平动番力系金统（姑Ad谎va供nc垂ed捐T席ub糕in前e缘Sy剑st殃em乓s）郑计划宴。由召美国速能源驱部主合持，膜政府击与工问业界种共同母投资胶7亿钞美元泉历时解8年拴（1镰99嗽2～僵20代00赔年）搭的计虚划，纳主要报目标咬是：倒透平缴初温膊14运27抄℃滑，系其统效扬率约患60翻%，珍以煤虎为燃书料，躲更好粮的R航AM吊性能过，低末水耗虑，低瑞污染农（N倡ox撇<9竟pp巧m，事CO晶<1忘0p出pm浴）。缝⑵终美国糠和欧娃洲合城作的篮CA昼GT榜计划套：即畏先进会燃气灯轮机僚（C共ol蛛la招bo仓ra谦ti叠ve咳A招dv米an蔑ce递d便Ga卵s显Tu经rb披in霸e）誓合作做计划唇。是柜一项鸟由美揉国牵赛头，扒美、棚欧2继2个赔部门阁和公管司参铸加的通多国奋计划膛，主谱要是谁将波搬音7芝77杂飞机思配装轧的三泊种超山级风麦扇发馒动机倍（G却E9润0，旺PW挎40疯00这和T裙re烂nt酱）改甘为先背进的闭燃气色轮机子。当胀前首绑要项康目是农IC巩AD晋（中纠间冷俗却）机方案雁，透趋平转庭子前讽温度给为1吉70严0～杀17吴55巩K，助简单喂循环巧效率帖为4体5～刑47鼻%。私IC砖AD牵是实可现更相先进息的循粉环-败HA什T的异第一脊步。争HA巷T循斗环的楼热效不率可偏达6第1～戚63疾%。端⑶磁欧共础体E画C-云AT闷S计油划：茄从8完0年涂代中黄期起贺，欧缓共体油赞助古研究旬新一青代高泪效率答（简鸟单循昆环效舰率为拖40蜜%，牵联合泄循环购效率障为＞勤60薄%）轮的先纠进燃假气轮腊机（坛EC且-A案TS旗）计柳划。依其研派究内俗容和驰美国苏AT您S计骗划的根第1尘和2柜阶段豆研究涌内容顽相仿跑。这磁个计桥划由团一个蠢叶轮我机械系研究哈协会宽（T嫩ur湿bo俩A稠G）泥来协沾调和帮组织昼，成法员包沿括A颠BB嘴，B秩MW习，D寨ai揪ml抽er孙B兽en躲z,木Ro缎ll菌s-战Ro极yc首e,朴和S伸ie续me炭ns左。效⑷堡日本豆发展响高效摔率燃零气轮旗机：唯一九蜜七八舱年，被日本路通产零省工锅业技盈术院矩制订员了主法要内泡容为忠能源类技术枝研究薪和开横展弯“镰月光妖计划危”乖，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