国产300兆瓦F级燃机首台样机下线我国燃气轮机走上自主发展道路
近期我国自主研制的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机首台样机在上海电气集团总装下线。可以说我国又诞生了一个大国重器,世界工业王冠上又要少一个明珠了。重型燃气轮机按照燃气工作时候的温度可以分为 E、F、G / H、J 级,其燃气工作时候的温度分别是约 1200℃(E 级)、约 1400℃(F 级)、1500℃(G / H级)、1600℃(J 级 )。300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机是我国首次自主研制的上限功率、最高技术等级的重型燃气轮机。国家电投集团作为项目实施责任主体,联合哈电集团、东方电气集团、上海电气集团组建了联合重燃公司,负责项目具体实施。研制攻克了高温合金材料研制、控制管理系统设计、部件及整机设计、热端部件制造等关键核心技术。
这是我国首次采用正向设计并走完制造全过程,全方面进入整机试验与验证的重型燃气轮机。标志着我国重型燃气轮机的发展自此走上自主创新发展的道路。这台重型燃气轮机之所以如此重要,是因为我国目前使用的燃气轮机要么是直接从国外进口的产品,要么引进仿制国外的产品。虽然我国目前已能生产一些世界领先水平的燃气轮机。但是我们之前并没有真正从头开始完全自主研制成功过一款重型燃气轮机。
重型燃气轮机大范围的应用于军事、石油、发电、机械驱动等工业领域。在军事领域主要用作军用舰艇的动力,在石油领域往往用于作为加压设备,用以驱动管道运输天然气和石油。或者带动发电机用以发电。在军事领域我国使用的燃气轮机大多数是引进仿制的。比如我国的052B、052C、052D、055驱逐舰都装备了自乌克兰引进的GT25000燃气轮机,或者是已经在GT25000基础上完成国产化的CGT-25M燃气轮机。我国还曾引进过美弟LM2500燃气轮机用于052驱逐舰上,但是只有四台,而后很快就断供了。
此后在CGT-25M燃气轮机基础上采用间冷技术,又研制成功了40兆瓦级的CGT40重型燃气轮机,并在此基础上衍生出来用于石油、发电、机械驱动等领域的专门型号。CGT40重型燃气轮机上限功率可达44.1兆瓦,效率39.4%,技术水平已达到世界一流水平,有可能投入军用领域。此外达到国际领先水平的还有国产QD400燃气轮机,其功率是40兆瓦,效率42.2%。其效率超过国外军用燃气轮机的顶配水平。国外军用燃气轮机效率的顶配水平是英国罗罗公司的WR-21燃气轮机,以及美弟GE公司的LM6000 PC燃气轮机。国产CGT40和QD400燃气轮机都是采用了间冷循环技术的燃气轮机。国产QC280、QD280燃气轮机也是在GT25000燃气轮机基础上仿制改进的型号。
另外在国产726A气垫船上也在使用QC70燃气轮机。还有国产的QC185燃气轮机以及QD400燃气轮机。QC70、QC185、QD400这三个型号的燃气轮机属于航改燃的燃气轮机,因为他们都是在国产太行涡扇发动机的基础上改进而来的。虽然它们都是我国自行研制的,但是其核心机也就是太行核心机是在国外核心机基础上测绘仿制而来的,并不是完全从头自主研制的。我国真正从预先研制开始自主研制的核心机是高推核心机,就是那台珠海航展上展出的30公斤流量的高推核心机。不过这台核心机目前只用于研制军用的涡扇发动机,还没有开始用于燃气轮机的研制。
在工业领域我国引进的燃气轮机也非常多。比如在苏联解体之后,我国从俄罗斯引进了110兆瓦的重型燃气轮机GTD-110半成品。在此基础上改进燃烧室,研制成功了AGT-110重型燃气轮机。该燃气轮机属于E级燃机,功率110兆瓦,热效率达到41.5%。该燃机由中国航空发动机集团负责研制,并于2023年成功下线。相比之下,俄罗斯在GTD-110基础上研发了GTD-110M型号,功率达到了130兆瓦,热效率却只有37.5%。目前因为技术不成熟,尚未具备商业化应用的能力。AGT-110可以说青出于蓝而胜于蓝。
我国还从意大利安萨尔多公司引进了GT36-S5燃气轮机,大多数都用在发电。T36-S5燃气轮机功率538兆瓦。采用联合循环模式发电效率高达62%。该型燃气轮机的生产制造工作在上海完成,并于2023年成功下线年中国船舶重工集团还引进过日立H-25型燃气轮机。该燃气轮机的输出功率在30 MW,单循环发电效率约为38%。在热电联产模式下,综合热效率可高达84%,应用于热电联产、分布式能源系统和船舶动力等领域。
2020年,中国东方电气公司购买了日本三菱的M701F5、M701J先进重型燃气轮机技术。已于2022年10月实现了国产化。M701J燃气轮机是日本三菱重工制造的一款高效环保的燃气轮机,具有世界领先技术水平。该燃气轮机是J级燃气轮机,工作时候的温度1600℃,效率能够达到61%,是目前重型燃气轮机中效率最高的型号之一。该燃气轮机使用先进的燃烧室设计和高温材料,可以在一定程度上完成高效率和低排放的结合。其简单循环功率达到470兆瓦,联合循环功率达到680兆瓦,具有高效、低耗、低排放的特点。
我国自主研制的 300 兆瓦级 F 级重型燃气轮机首台样机下线,标志着我国的燃气轮机研制从此走向了独立自主的发展道路。避免了我国燃气轮机技术的发展受制于人。虽然F级燃机并不是目前最先进的燃气轮机,但是好在这是我国完全从都头开始自主研制的重型燃气轮机型号。拥有完全的自主知识产权,让我国的燃气轮机研发人员真正得到了锻炼,具备了独立研制重型燃气轮机的工程经验。为以后我国研制更为新进的重型燃气轮机打下了坚实的基础。