叶轮机械

和制造， 至今我国尚未有自主知识产权的重型燃气轮机的产品和型号。
我国燃气轮机发电装机容
量在全国总装机容量中也仅占很小的比重。
2 燃气轮机在石油化工领域的应用
燃气轮机在石油化工领域的用途很多 , 是燃气轮机的主要用户。
石油化工企业应用燃气轮机
的主要方式有以下几种： *在自备电站 (或动力站 )与原有发电设备组成联合循环系统 , 提高供电
基本上以柴油、原油、重油为燃料，采用燃气＂
蒸汽轮机联合循环发电，为当地解决电力供应紧
张发挥了很好的作用。 实践表明， 燃气轮机发电具有效率高、 起动快、 调峰性能好、 建设周期短、
占地面积小，耗水少，以及环境污染小等一系列优点。
“十五”期间，我国开始天然气资源的大
规模开发利用， 西气东输、 近海天然气开发和引进国外液化天然气工程全面展开，
机研制方面取得进展， 在核心技术的消化、 创新以及自行设计制造能力方面都有很大提高。 “863”
燃气轮机研制项目的进展对我国捆绑招标、
以市场换取技术起到了有力的推动作用。
同时， 我国
船用、航空用燃气轮机的研制也取得丰硕成果。
我国发展燃气轮机虽然已经有 0& 年的历史，但至今没有掌握大型燃气轮机产品整套设计、 制造技术， 与国外相比在某些技术上差距还很大。 燃气轮机在我国尚未能实现产品整套自行设计
燃汽轮机的制造合同。除此之外，“
十五”期间我国还有一批电厂的中小型燃气轮机发电机组
进行了“以大代小”技术改造，建成
9E 型联合循环机组 50 台以上，装机容量 8100MW。南京汽
轮电机（集团）有限责任公司（以下简称南汽轮）与
GE组成联合体，启动了 9E系列大型燃气轮
机国产化项目。 2006 年 7 月，第 1 台国产化机组成功完成点火试车。此外，“十五”期间我国
由于这
些压缩机耗功较大 , 设计中一般选用燃气轮机作为驱动机。例如正在进行的北京氧气厂年产
130kt 液化天然气 (LNG)绿色奥运项目 , 就是选用双轴燃气轮机来驱动冷剂压缩机 , 可省去蒸汽轮 机驱动所需的燃煤或燃气锅炉、 冷凝器等辅助设备 , 并可保证周边空气清洁 , 防止空气污染。 燃气轮机的尾气排气温度约为 550℃, 可用于废热锅炉的燃烧空气 , 加热后的锅炉热水用于城市
另Biblioteka Baidu，
小区的冬季采暖和日常供水。
3 燃气轮机在舰船动力方面的应用 国外舰艇使用燃气轮机的现状： 在军舰动力方案选择上，燃机轮机的主要竞争对
手是舰用柴油机和舰用蒸汽轮机， 但是由于燃气轮机先天优势与军舰动力系统性能要求更为
吻合， 燃气轮机成为了各国军舰动力系统发展的唯一选择。
老牌海军强国如美国海军、 英国
海军、日本海上自卫队的主力水面作战舰只早已完成动力燃气轮机化。
据统计，在 1981～1990 年十年内，世界各国建成的大中型水面舰艇共计约
一 目前国内外燃气轮机应用状况的对比分析
燃气轮机是重要的军民两用动力装备，以其效率高、污染低、结构紧凑、质量轻、体积
小、启动快、可靠性高、不用或少用水、投资低等一系列优点，迅速发展成为热机中的一支 劲旅，大量用于发电、舰船动力、机械驱动等领域。我国未来能源市场需求巨大、舰船装备 需求紧迫。
一、我国燃气轮机产业发展现状
我国燃气轮机产业发展开始于上世纪 50 年代末。产业分散在航空、航天、机械、兵器、
舰船、石化、煤炭等多个工业系统，这些燃气轮机设计、制造、运行单位分属不同体系。
由
于多种原因，我国燃气轮机产业发展缓慢，其技术与国外差距逐渐加大。目前，国外已发展
了三代燃气轮机， 正在全力研制第四代高效燃气轮机， 而我国在研、 在制的机组多数停留在 第二代水平， 或为一些核心部件由国外企业提供的第三代机组。 目前， 国内已建的燃气轮机 电站、 增压站大部分使用国外的先进机组。 经过最近两个五年计划的发展， 国内在燃气轮机
55%~60%，比目前先进的超临界、超超临界火电机组
的效率（ 40%~45%）高出了一个数量级。现代燃气轮机更具有排放污染少，有利于环保的优点，
在采用干低氮氧化物排放燃烧先进技术下， 燃气轮机排气有害成分氮氧化物和碳氧化物的水平都
能达到 <=15 μL/L远远优于常规火力发电排放指标。燃气＂
蒸汽联合循环属于当今电力技术中发
机在国内研制， 我国三大动力集团的汽轮机厂都投入重要力量。
哈尔滨动力集团 （以下简称哈动
力）和美国通用电气（ GE ）组成的联合体共同生产 109FA机型；东方电气集团（以下简称东方电
气）和日本三菱组成的联合体共同生产
M701F 机型；上海电气集团（以下简称上海电气）与德
国西门子组成的联合体共同生产 V94.3 机型。几乎超越了 9E 系列燃气轮机发展过程， 直登 9F 系
多年的发展，燃气轮
机在发电、航空、舰船、军用以及机械驱动等各领域获得广泛应用。现代燃气轮机发电技术已进
入高度发展阶段。随着高温材料、机械加工、精密铸造、高温零部件冷却和防腐保护，以及大型
机械装备的装配试验研究等一系列重大技术的突破，
燃气蒸汽联合循环从热力学上可实现布雷顿
循环和朗肯循环的联合，装置整体效率高达
列。2005 年 5 月，哈动力的 109FA( 机组首先在江苏省张家港电厂和浙江半山电厂正式投运，
哈动力在 1・２ 捆项目中中标了 9 个项目，拿到 19 台燃汽轮机的制造合同；相隔 1 个月后， 东
方电气的 M701F 燃气轮机又试运成功，国产化率达
46% 以上；同时，上海电气也拿到 9 台 V94.3
中航工业动力所在 /微小型工业燃
气轮机产品长期没有受到关注，国内市场上应用的产品几乎被国外少数几个公司所垄断，
目
前仅有中航工业东安、南 方和黎明等企业先后研制生产了 WJ 5 G 、Ｗ J 6 G 、Ｗ P 6 G 等型
号的工业用燃气轮机 100 多台套，用于电力、油田、石化等部门，取得了一定业绩。中航工业成
展十分迅速的学科， 其科技含量很高。 发达国家都力求垄断这一领域， 一方面在技术上实行严格
控制、保密，另一方面又不断投入大量人力、财力，竭力提升这一技术水平。为了保持其在这一
领域的长期优势，美国国防部和能源部一直在实施提高综合性能涡轮发动机计划为期
15 年，总
投资 45 亿美元，至今还在进行中；美国能源部从
效率； *与锅炉组成联合系统 , 供汽供电；
*与各种加热炉组成联合系统 , 既保证工艺用热 , 又多发电； *回收工艺过程排放的难以利用的气体 , 充分利用可燃气 , 净化环境；
*作为直接拖动压缩机
的驱动机。
*作为各种泵的驱动机。 石油化工企业中大量使用加热炉 , 其被加热介质进口温度在
40～
380℃, 出口温度在 150～500℃之间 , 是吸收燃气轮机排气余热的理想装置。
备的研发速度一直很慢。 近些年来， 特别是改革开放以来， 随着国民经济发展和电力供应紧张形
势加剧，越来越显示出发展燃气轮机发电的重要性，在部分地区得到较快发展。 20
世纪八九十
年代，主要在沿海经济发展较快的地区和部分油气田建设了一批燃气轮机电厂，
主要采用中小型
机组，包括美国的 GE 的 6B 瑞士 ABB 的 13D ，以及美国普惠的 FT8 等重型或轻型燃气轮机系列，
1991 年开始又主持为期 )10 年的先进透平系统
（ATS ）计划，投资 7 亿美元，其技术目标也是提高燃气轮机效率，降低排放污染、降低成本，
并研究煤制气燃料等，在此计划中，美国
GE公司于 20 世纪末 21 世纪初成功推出了采用蒸汽冷
却技术的 MS9001H联合循环发电机组， 热效率达到 60% 目前美国又在实施 21 世纪前景发展计划
需轴功率较大 (约 8800kW),由燃气轮机驱动。 燃气轮机的尾气排气温度约为 500℃, 含氧约 15%(体
积), 直接送入一段炉烧嘴 , 作为燃料空气 , 可大大减少燃料的用量 , 而且周围的空气质量明显提 高。 海南富岛化工有限公司年产 300kt 合成氨装置 , 引进英国 ICI 公司的节能氨工艺技术。 在设
国家开始重视
发展天然气燃气轮机联合循环发电。国家发展和改革委员会【 2001】2194
号文确定“组织国内
市场资源， 集中招标， 引进技术， 促进国内燃气轮机产业发展和制造水平提高”
的战略目标。 “十
五”期间进行了－ 次捆绑招标，引进美国通用电气、德国西门子和日本三菱 -3
种 F 级大型单轴
燃气轮机机组共 1, 套，全部建成后总装机容量超过 2000MW。对于高科技含量的 9F 系列燃气轮
燃气轮机与加热炉联
合应用主要是提高燃气轮机的效率和总热利用率。另外 , 用燃气轮机直接拖动石油化工企业工艺
系统中的压缩机可以省去能源多次转换所必然带来的各种损失。
(1) 燃气轮机在炼油厂和乙烯装置中的应用 炼油厂以炼厂气为燃料的燃气轮机可以与蒸汽轮机联用 , 燃气轮机的废气又可以预热加热炉 的空气。 大型裂解装置 , 可选用燃气轮机作为乙烯压缩机和丙烯压缩机的驱动机 , 燃气轮机的排
大型燃气轮机发电装备自主开发、 制造的能力有显著增强， 大型燃气轮机组装、 试车中心已在国
内建成投产； 一批著名大学成立了燃气轮机研发中心。 主机的国产化带动一大批设备配套， 备品
备件供应和维修、 安装、调试、 运行的专业队伍。 以燃气轮机发电为核心的产业链正在逐步形成。
与捆绑招标同步进行的国家“ 863”大型燃气轮机研制科技攻关项目也全力推动，不仅在组织样
“Vision21 ”，它以发展能源的综合利用技术为主，进一步提高效率，其中包括开发适应多元化
燃料的整体煤气化燃气＂ 蒸汽联合循环。同样，在欧洲和日本也都在实施类似的发展计划。
我国燃气轮机发电现状
我国发展燃气轮机发电技术的起步很早， 无论在理论研究或工业实践方面， 在世界上都有过
卓越贡献。但限于我国工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高难度、大型设
发与普惠公司合作研发 F T8 并承担其售后维修。虽然我国燃气轮机产业取得了一定成绩，但燃
气轮机全行业产品技术比国际先进水平落后至少 体系，产品自主研发还处于起步阶段。
30 年，还没有建立完善的燃气轮机研制和生产
1 电力工业
世界燃气轮机发电技术发展状况
早在)1939 年，瑞士 BBC公司就制成世界上第 )台燃气轮机，经过 (60
自主创新、 引进消化吸收、 产品研制生产等方面取得了较大进展， 气轮机产品的研制奠定了基础。
为我国自主知识产权的燃
重型燃气轮机： 重型燃气轮机在 50 多年的发展过程中经历了“跟踪设计、停止不前、
打捆招标以及消化吸收、自主研制”四个阶段，未掌握核心设计、热端部件研制和控制系统
研制等关键技术，缺少完善的试验验证条件。通过“打捆招标”
，国内东方汽轮机厂、上海
汽轮机厂、 哈尔滨汽轮机厂等三大重型燃气轮机制造企业引进了国外三家燃气轮机公司的
E
级和 F级重型燃气轮机产品。 各公司掌握了部分制造技术， 购买了必要的加工设备， 国产制
造比率逐步提高，初步形成了除热端部件外的制造能力。中航工业在 成了 R0110重型燃气轮机研制和空负载全转速运转试验。
气可作为裂解炉的助燃空气。串联一台辅助蒸汽透平 , 可大大地节省乙烯装置的总燃料消耗和冷
却水用量。 (2) 燃气轮机在化肥装置上的应用
大大小小的氮肥厂都生产数量不一的可燃混合气，
这些混合气中一般都含有 CO 、氢气等可燃气体 , 其热值为 8360kJ/Nm3 左右, 可作为燃气轮机的燃 料。河南省中原化肥厂年产 300kt 合成氨 520kt 尿素装置 , 其合成氨装置中的工艺空气压缩机所
计中采用燃气轮机与辅助锅炉联合配置 , 使开工锅炉、 辅助锅炉、 废热锅炉三功能一体化 , 燃气轮
机的废热得到了充分利用 , 改变了常规的燃气轮机与一段炉配置的模式 , 使一段炉运行的独立性、
稳定性大大提高 , 蒸汽管网的操作弹性增加。
(3) 燃气轮机在天然气压缩和天然气储存装置
中
的应用 在天然气压缩和天然气储存等生产作业中 , 通常也选用压缩机来进行天然气压缩。
863 计划的支持下， 完
轻型燃气轮机： 轻型燃气轮机在 50 多年发展过程中走过了“合作引进、航改工业型、
航改舰用型”三个发展阶段。舰用燃气轮机研制体系不健全，有一定的产品自主创新能力。
船舶 703 所与西航、 哈汽合作引进乌克兰某型舰用燃气轮机生产许可证， “太行”航空发动机基础上研制了系列舰用燃气轮机，已经开始装备。中小