我国重型燃气轮机技术综合发展态势图文分析报告

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1、我国重型燃气轮机技术综合发展态势图文分析报告燃气轮机研发技术难度大、投资大、周期长,在美德日法等国家，每一代产品的基础研究和核心技术研发都是在政府的资助下，组织相关企业、高等院校和科研机构共同开展的，在核心技术取得突破之后，企业就进一步增加投资和研发力度，并发展为产品。冃前燃用天然气的E、F级重型燃气轮机技术已经基本成熟，H、J级产品也已经进入市场，基础研究与核心技术研发的重点是下一代更高温度、超低污染的天然气燃气轮机，以及用于IGCC、多联产、煤化工，以及未来近零排放的二氧化碳捕获利用系统（C

2、CS）中的富氢燃料乃至纯氢燃料燃气轮机（参见图）。重型燃气轮机技术发展趋势天然r（cH4）初沮1350€1500£1700£年代200020102020美国能源部（D0E）在2005年同时启动为期6年的“先进IGCC/H2燃气轮机”项目和“先进燃氢透平的发展”项目。这2个项目以NOx排放3niL/ni3的燃气轮机为目标，主要研究内容包括：富氢燃料/氢燃料的燃烧、透平及其冷却、高温材料、系统优化等。欧盟2007年在其第七框架协议（FP7）中启动了“高效低排放燃气燃气轮机和联合循环”重大项目，以氢燃

3、料燃气轮机为主要研究对象，预期为未来的近零排放和二氧化碳捕获利用能源系统打下理论基础。欧盟第七框架（FP7）在2008年又把“发展高效富氢燃料燃气轮机”作为一项重大项目，旨在加强针对富氢燃料燃气轮机的研究，为2015年实现其近零排放煤基IGCC系统奠定基础。日本将高效富氢燃料IGCC系统的研究作为未来基于氢的清洁能源系统的一部分列入其为期28年的“新日光计划”中(WE-NET),以效率大于60%的低污染煤基IGCC系统为目标展开研究。进一步提高燃气轮机参数以提高循环热效率表征燃气轮机循环热效率2

4、个主要参数是燃气初温与压气机压缩比。当代F级重型燃气轮机的燃气初温为1400°C左右，单循环效率达到38%,联合循环效率达到57%；先进的G/H/J级燃气轮机燃气初温已经达到1500~1600°C左右，单循环和联合循环效率分别达到40%〜41%和60%、61%(表)；未来级重型燃气轮机燃气初温的冃标是1700°C,其单循环和联合循环效率将分别达到43%和64%左右。国际重型燃气轮机G/H/J级产品概述公司燃机型号单循环功率/MW联合循环功率/MW单循环效*/%联合循环效率/%燃气压比频率/HzG

5、E9HA.0247070141.5614-21.850西门子SGT5-8000H34053040.060.0155019.250M501G2673993&7580150019.260M701G271—39.558.2150019.050三菱M701G2334498—59.3150021.050M501H225330—600150025.060M501J327470—61.5160023.060拓宽燃料适应范围的同吋进一步降低NOx等污染物排放随着透平进口温度的提高，同时受到污染物排放的限制，G/

6、H/J级重型燃气轮机燃烧室的技术特征主要体现在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面。表所示为国外公司燃用天然气燃烧室的技术参数，3家公司在先进燃烧室的结构类型上都选择了环管型燃烧室来保证燃烧的稳定性，同时结合贫预混、多喷嘴和分级燃烧实现在较宽的工作范围内保持较低的污染物排放。为了减少冷却所消耗的冷气量，将空气更好地用于组织燃烧和保证燃烧索出口温度剖面，G/H/J级重型燃气轮机燃烧室均采用了热障涂层和先进的冷却形式来保护燃烧室筒壁、提高冷气利用率。燃烧组织是燃烧室设计的核心，先进燃烧室最大的特点是

7、将旋流器和喷嘴合二为一，GE的Swozzle.西门子的SFI和三菱的VNozzle都是这样的设计。GE/西门子/三菱燃用天然气燃烧室的技术参数GE公4B门子公IJ9fDLN269Hr*DLN2DLNGftXNKULNjeDLNFCDINGHfiDLNCULNMM.fffaN0.W8IS—25IS25252$140014)01400ISOOIMO14001550冷Miftif冷妙・qn冷XWin*Rcnax.玄气冷・Mas・对矗冷SvozzSeVNozzleSFI三菱的VNozzle燃料喷嘴空气进

8、一步提高压气机与透平部件性能压气机作为燃气轮机三大部件之一，其技术参数正向着高负荷、超大流量的方向发展。目前较为成熟的F级燃气轮机压气机都属于中低负荷设计，如三菱的M701F压气机平均级压比为1.181,西门子的V94.3压气机平均级压比为1.194,GE的9FA压气机平均级压比为1.164。下表为GE、西门子、三菱公司最先进的G/II/J级重型燃气轮机压气机的基本参数。从表3中可以看出，G/H/J级重型燃气轮机的压气机级压比基本都己达到1.25左右。高负荷压气机内部存在强逆压梯度，流动极为复杂