燃气轮机技术的发展与应用刘勇
发表时间：2017-12-01T10:12:03.443Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：刘勇
[导读] 摘要：我国燃气轮机核心技术基础薄弱，更要发挥我国社会主义制度能够集中力量办大事的制度优势，全行业要大力开展协同创新，坚持走完从基础和应用基础研究—关键技术验证—产品研发设计—生产制造—产品应用的全过程，以形成自主创新的技术体系和具有竞争力的产业体系。
（哈尔滨电气集团公司黑龙江 150028）
摘要：我国燃气轮机核心技术基础薄弱，更要发挥我国社会主义制度能够集中力量办大事的制度优势，全行业要大力开展协同创新，坚持走完从基础和应用基础研究—关键技术验证—产品研发设计—生产制造—产品应用的全过程，以形成自主创新的技术体系和具有竞争力的产业体系。本文介绍重型燃气轮机技术的发展，并对重型燃气轮机技术提出建议。
关键词：燃气轮机；技术；发展；分析
燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域。作为热功转换的动力装置，具有比功率大、起动及负荷变化快、可燃用多种燃料等优点，是实现能源高效洁净转换的核心装备。作为发电设备，它具有效率高、污染排放低的优点。燃气轮机是高温、高转设备，是众多高端设计、材料、制造等技术集成的重大动力装备，被誉为制造业王冠上的一颗明珠。它集中反映一个国家在能源动力、材料冶金、机械制造以及自动控制等多学科和多工程领域科技发展的综合水平。自主发展燃气轮机高新技术，提高燃气轮机产业水平对于我国能源结构调整，促进节能减排，保障国家能源安全，提高我国科技水平具有重要意义。
一、燃气轮机的发展
发动机是工业的心脏。西方工业革命初期，瓦特发明了蒸汽机，是一种外燃机。19 世纪中叶，往复式内燃机问世，直至今天仍广泛应用于各行各业。20 世纪上半叶欧洲率先制成世界上第一台工业燃气轮机，至今已走过了半个多世纪。燃气轮机利用燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。它在很大程度上弥补了兆瓦级以上内燃机的市场空白，很快占领了数兆瓦至数十兆瓦发电市场。当前工业燃气轮机的单机最大功率已接近300MW，简单循环最高效率超过40 %，联合循环最高效率已达60 %，无论在能源利用效率方面，还是环保方面，都对传统火力发电形成极大的挑战。燃气轮机工业的快速发展，对民用及军事工业都产生了深远的影响。但是，工业燃气轮机的技术特点使它在小型化方面受到较大的限制。兆瓦级以下单机发电效率还不到20 %，使其在发电市场望而却步。而在另一方面，随着全球分布式发电市场的迅速发展，对小型燃气轮机尤其是兆瓦级以下微型燃气轮机（简称微燃机）的需求却变得越来越迫切。
二、重型燃气轮机技术的发展
我国发展燃气轮机技术始于上世纪五十年代末，曾自主开发了多种型号的燃气轮机。但是后来由于我国能源政策调整，严格限制用油发电，几乎所有燃气轮机一律停机封存，我国燃气轮机技术发展转入低谷时期。八十年代中期开始，随着经济高速发展，电力需求不断增加，燃气轮机发电又得到了新的发展。进入本世纪，我国的燃气轮机技术和产业得到了全面的发展。通过“打捆招标”，我国机械行业企业均引进了国外的燃气轮机制造技术，并得到了包括制造图纸、技术规范、工艺规范、材料规范、采购规范、质保体系以及装配、调试、运行维护等技术资料。通过相关的技术改造，具有一定的制造能力，通过50余台/套燃气轮机的制造，积累了较为丰富的加工经验。但是“打捆招标”仅引进了部分制造技术，没有引进设计技术。一些核心制造技术外方并未转让，热部件的制造被控制在以外方为主的合资厂内，机组维修备品备件价格有不确定因素。“打捆招标”促进了我国的燃气轮机工业发展，但是我国的燃气轮机水平和国外先进水平相比还有很大差距。在技术上，国内基本上没有自己的重型燃气轮机设计技术。在市场方面，我国的大功率燃气轮机市场基本上被国外机组占领。为了提高燃气轮机相关基础研究水平，国家科技部在燃气轮机的高性能热－功转换科学技术问题和大型动力装备制造基础研究两个项目。通过两个项目的实施，系统地建设了测量技术先进的机理性实验平台，建成了重型燃气轮机全尺寸转子综合试验系统。开展了燃气轮机相关基础研究，获得了一批基础实验研究数据。尽管近十年在基础研究、高技术研究、制造技术方面取得了突破，但是我们还没有完全掌握F 级燃气轮机热端部件的制造技术，缺乏先进材料和先进部件的性能验证平台。通过几个燃气轮机型号的研制所形成的设计技术尚未在系列产品上进行充分验证，面向下一代新技术的基础研究设施缺乏，这些都是我国发展燃气轮机的软肋。
三、重型燃气轮机技术的建议
开展系统的燃气轮机基础研究，发展燃气轮机技术，进行关键技术的验证，建立部件的设计、试验、制造平台，是发展燃气轮机产业的基础。从我国60年发展燃气轮机技术的历程，特别是近十年的发展历程来看，为了推动燃气轮机技术的发展，必须接受经验教训，开展机制体制创新。这十年来，尽管以重型燃气轮机型号为引领，开展了相关的燃气轮机高技术研发；但是这些高新技术的原创性不高、系统性不足，所建立的设计体系不够成熟、完备，没有完全建立起发展关键技术的能力。而且对于引进的技术没有进行充分的技术消化吸收。另外从行业角度来看，机械航空部门壁垒分明，没有各取所长，充分融会贯通。技术开发过程中企业和高校、研究院所的联合不够紧密，科研与技术研发有一定的脱节。推动燃气轮机技术的发展，首先要全面开展燃气轮机各项先进技术的研究，包括：先进的燃气轮机总体设计技术，高性能压气机的设计制造技术，高性能透平设计制造技术，先进的热端部件冷却技术，燃料适应性强、高效、低污染稳定燃烧技术，长寿命整机的结构和强度，高温合金材料与涂层及其工艺，先进的自动控制与防护系统等。对燃气轮机相关的上述技术的研发要采用不同的技术方案。对于能立足自身独立完成的关键技术研究要联合国内优势力量全力突破，在技术突破上要尽量依托成熟技术加以优化集成，要充分重视和利用十年来我国自己的科研成果及设计制造经验。对于非常关键但基础薄弱的技术可以采取引进、消化吸收或国内外合作研究方式，最终为我所用，掌握关键技术。在先进技术的研究中，要注重跟踪前沿再创新，要形成具有自主知识产权的燃气轮机技术。对于开发的关键技术要依托于相关的产品和示范工程进行验证，促进科研成果转化和产业化。通过持续开展关键技术开发，实现关键技术验证，搭建设计制造体系，并利用搭建的设计制造体系开展燃气轮机系列产品的研发，在产品研发过程中完善设计制造体系，全面提升我国的燃气轮机产业水平。燃气轮机属于知识密集型的高科技含量产品，燃气轮机技术涉及专业、产业众多，因此对于燃气轮机技术的研发，必须注重产、学、研合作。国家要有统一规划、统筹安排，集中人力物力。以产业发展为导向、以关键技术研究为重点，以示范工程为依托与带动，有机结合基础研究、关键技术研究开发以及产品的研制，在全国范围组织产、学、研合作联合，研究开发先进燃气轮机关键技术。
重型燃气轮机是迄今为止效率最高的热-功转换类发电设备，它的研发制造水平代表了一个国家的重工业水平。就我国重型燃气轮机发