燃气轮机发展现状分析报告前景预测

燃气轮机行业现状调研分析及市场前

景预测报告

一、基本介绍

近年，在中国能源发展“十三五”时期，着力推动能源生产利用方式变革，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，是能源发展改革的重大历史使命。在新一轮能源革命蓬勃兴起背景下，中国燃气轮机行业企业有所增长，企业投资热情高涨。燃气轮机广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域，是关系国家安全和国民经济发展的高技术核心装备，属于市场前景巨大的高技术产业。

燃气轮机技术水平是代表一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一，被誉为动力机械装备领域“皇冠上的明珠”。正是基于燃气轮机在国防安全、能源安全和保持工业竞争能力领域的重大地位，发达国家高度重视燃气轮机的发展，世界燃气轮机技术及其产业发展迅速，目前重型燃气轮机已基本形成以GE、西门子、三菱、阿尔斯通等公司为主导，航空燃气轮机（包括工业轻型燃气轮机）以通用电气(GE)、普拉特·惠特尼(P&W)、罗尔斯·罗伊斯(R&R)等航空公司为主导的格局。

二、燃气轮机工作原理及特点

1、燃气轮机定义

燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机，其典型结构如图1。

图1 燃气轮机典型结构

2、燃气轮机的工作原理

压气机从外部吸收空气，空气从燃气轮机进气口进入，通过压气机叶片将其压力升高，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气燃烧受热后膨胀，进入透平区经过一级一级的叶片，推动动力叶片高速旋转，直至从出气口排出，成为废气，废气排入大气中或再加利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。

叶片转动后带动轴也转动，轴带动负荷的机械转动，实现热能和机械能的转换。通常，将压气机、燃烧室、透平称为燃气轮机的三大核心部件。

3、燃气轮机特点

燃气轮机产品本身具有以下特点：

最大效率，最优效益。随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，透平前燃气的初温逐步提高，加之研制级数不断减少压缩比越来越高的压气机和各个部件效率的提高，使燃气轮机效率不断提高。

体积较小，使用便捷。燃气轮机动力部件设计构造衍生于涡轮增压器和辅助动力装置，结构简单、紧凑。与传统设备相比，燃气轮机设备规模、体积比传统的锅炉、蒸汽轮机小，占地面积小，便于移动。

减少燃煤，清洁环保。燃气轮机可以采用天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等煤炭以外的燃料。而且燃气轮机通过在燃烧过程中控制NOx的生产，或在NOx 生成后排入余热锅炉时进行尾部烟气脱硝，达到超低的NOx排放效果，而且能够实现资源充分循环利用，真正达到零排放。

噪声最小，安全可靠。燃气轮机运行时产生的低频份量很低。而且可以通过采用数字式遥控的联网离网变换装置，弥补其它设备在安全稳定性方面的不足。

三、燃气轮机关键技术

从燃气轮机研发的角度来分析，当代燃气轮机主要关键技术难点如下：

1、燃气轮机基础技术方面

燃气轮机总体技术，高效高负荷压气机设计应用技术，高效稳定低污染燃烧室设计技术、高效流动、高效换热、高寿命透平设计技术，燃气轮机设计软件技术，燃气轮机现代控制理论与技术，燃气轮机振动、寿命与可靠性关键技术。

2、燃气轮机设计体系的规范、软件和数据库方面

燃气轮机总体、燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机涡轮、燃气轮机换热器、燃气轮机控制系统、燃气轮机附属系统、燃气轮机装置、燃气轮机可靠性、燃气轮机仿真、燃气轮机试验等的规范、软件和数据库。

3、燃气轮机共性关键技术

1）压气机关键技术

气动高负荷高效率设计技术；气动性能高稳定性设计技术；气动多级匹配设计技术；整机多级气动性能数值模拟与验证技术；转子结构与强度设计技术。

2）燃烧室关键技术

燃烧场组织设计与测试技术；火焰筒壁结构设计技术；喷嘴设计与测试技术；高温零部件冷却、防护、强度设计技术；低排放燃烧设计与试验技术；宽范围稳定燃烧设计与试验技术；燃烧场数值模拟与验证技术。

3）透平关键技术

动叶、导叶、轮盘空气冷却设计与试验技术；叶片蒸汽冷却设计与试验技术；叶片和轮盘的温度场、应力场与强度寿命分析和试验技术；掺混冷却气流的涡轮级性能分析设计技术；冷却叶片多物理场数值模拟与验证技术；转子结构与强度设计技术。

4）燃气轮机重要系统关键技术

冷却空气系统设计、性能分析和调试技术；控制系统先进调节部件、控制器和控制规律；起动系统技术；轴承和滑油系统技术。

5）燃气轮机材料技术方面

主要包括：强抗热腐蚀定向和单晶高温合金的研制；高温合金材料体系的完善；高温材料5000～10000小时近使役条件下性能测试；大尺寸铸件近使役条件下力学性能研究；大尺寸铸件抗氧化、抗热腐蚀性能研究；拉杆用CrMoV 高强钢；

6）燃气轮机工艺技术

主要包括：复杂结构陶瓷型芯制造技术；高强抗热冲击陶瓷模壳制造技术；大尺寸定向结晶、单晶叶片定向凝固技术；高温透平叶片加工、焊接、热处理、检测等工艺；叶片涂层技术；燃气轮机叶片的工程化研究；燃气轮机叶片制造规范和验收标准；大型涡轮盘的制造技术；高强钢拉杆制造工艺；燃烧器制造技术。

四、国内外燃气轮机发展现状

1、国内燃气轮机发展现状

我国燃气轮机发展虽然已经有50年的历史，但30年的发展断层让我国燃气轮机技术错过了国外高速发展的时期，迅速与国际水平拉大了差距。尚未形成真正的产业。诸多领域动力落后的状态，已成为制约国民经济发展的“瓶颈”，其技术仅被世界上少数几个发达国家所控制，先进的燃气轮机在西方国家仍然限制对华出口。

总体来说，50年来我国重燃气轮机行业呈“马鞍型”发展。中国燃气轮机的发展现状是：起步不晚，进展不快；性能不高，拐棍难扔；投入不大，摇摆不定；机型不少，所占市场份额不大。

我国重型燃气轮机产业技术发展现状

国内重型燃气轮机产业制造方面，分别以哈电集团、上电集团、东方电气集团、南京汽轮电机（集团）有限公司为核心，形成了相应的燃气轮机制造产业群，目前全行业具备了年产四十套左右燃用天然气的F和E级重型燃气轮机以及与之配套的燃气～蒸汽联合循环全套发电设备的能力，可以基本满足我国电力工业的市场需求。

我国轻型燃气轮机产业技术发展现状

我国轻型燃气轮机在研制开发能力方面，具备初步配套的部件性能、强度和各系统、整机试验设施以及相应的测试手段，基本可满足轻型燃气轮机试验的需要。在制造方面，基本具备了研制生产航改机和轻型燃气轮机的能力，但同类机型在主要性能指标上与国外仍存在较大差距。我国燃气轮机工业的轻型燃气轮机集中在航空系统，发展了5大类自主燃气轮机。

1）航机改工业燃气轮机，有WP6G、WJ5G、WJ6G、WZ6G 等。60 年代技术水平，已经生产上百台。

2）专利生产航机改工业燃气轮机，有斯贝和WZ8，其中斯贝两种改型燃气轮机没有完成研制。另有引进生产许可证的GT25000舰用燃气轮机。

3）合作生产燃气轮机，有FT8、QD10B、QY40等。

4）正在改进中的航机改燃气轮机，有QD128、QD70、QD185等。

5）863燃气轮机专项，R0110重型燃气轮机和微型燃气轮机。

2、国外燃气轮机现状

当今世界70 年来重型燃气轮机燃气温度由早期的550℃提高到1600℃，单循环效率由17%提高到40%，单机功率由1.5MW到460MW，实现了巨大的技术跨越。世界重型燃气轮机制造业目前已形成了高度垄断的局面，基本形成了以GE、西门子、三菱、ALSTOM公司为主的重型燃气轮机产品体系，基本代表了当今世界燃气轮机制造业的最高水平。