浅谈燃气轮机的优势与发展

摘要：现代经济的迅速发展，导致不管在生产还是生活中对能源的需求都日益增加，一定程度上造成了能源的紧缺，那么现阶段不仅仅需要寻求新能源，也要提高能源使用率来延长能源的使用周期。目前为止，科技能实现的能源转换率最高的大型电力设备便是重型燃气轮机。燃气轮机生产是一个涉及国家能源的战略性产业，燃气轮机是能源动力装备领域的高端产品，发展燃气轮机对我国先进制造业和先进能源技術的研究至关重要，而且对我国国民经济的发展也有很大的推动作用。鉴于此，阐述了燃气轮机对比汽轮机及其他产品的优势所在及其未来的发展，提出我国在重型燃气轮机的发展上，应该利用社会主义市场经济的优势，吸取并借鉴国外成功的经验，通过自主创新，攻克技术难关，来满足我国对重型燃气轮机的需求。

关键词：燃气轮机;汽轮机;能源消耗

0    引言

燃气轮机的应用不止在我国，在全世界都是非常广泛的，包括国防装备中的关键设备，在国民经济的电力、能源开采等领域也有着不可替代的地位和作用。燃气轮机是指以气体燃烧流动为本质带动叶轮旋转最终转变为有用机械功传出的热力设备。燃气轮机自20世纪诞生以来得到了迅速发展，现阶段仅仅由重型燃气轮机输出的发电量已经占全球总发电量的19%左右。如今的燃气轮机主要燃料为气和油，以纯氢气为燃料的燃气轮机也在开发，这就说明燃气轮机的技术正在不断提升，其热效率、最高承受燃气温度、压比等都在不断提高。但是，燃气轮机产业已经高度垄断，基本以GE、西门子、三菱等国外企业为主。我国的大型动力集团虽然都积极与国外公司进行合作学习，但并未真正掌握核心技术，燃气轮机整体制造水平与国外相比相差甚大，暂时未形成一个严格意义上的自主燃气轮机产业。

1    燃气轮机发展概述

1.1    燃气轮机的历史

世界上第一台燃气轮机生产于1906年，但在当时的技术水平下，其效率仅仅为3%。20世纪40年代起，燃气轮机开始进入工业的各个领域并得到了较为迅速的发展。1939年，诞生于瑞士BBC公司的燃气轮机，功率1.5 MW，初温550 ℃，效率17.3%。进入20世纪80年代后，燃气—蒸汽联合循环技术慢慢成熟，燃气轮机单体容量逐渐增大，并且随着世界范围内天然气资源的大力开发，燃气轮机及其联合循环技术在世界电力系统中的地位逐渐变得重要起来，不仅可以作为紧急备用电源和调峰机组使用，而且还能用于带基本负荷机组。

1.2    燃气轮机的发展现状

2018年，我国的国民经济总值排在世界第二，发电设备总装机容量为13.2亿kW，高居世界首位。但我国人均用电水平较低，仅是发达国家的1/5，所以我国在接下来实现全面现代化的过程中必须扩大发电容量的规模，那么目前来说，使用重型燃气轮机的燃气—蒸汽联合循环技术将是最科学、最现代化的发电选择之一，由燃气轮机组成的发电供电系统能源利用率可达到76%。相信随着我国经济的发展，燃气轮机的市场需求将是巨大的！

1.3    燃气轮机与汽轮机相比的优势

在可靠性上，汽轮机需要大型且复杂的供应体系，燃气轮机通常采用批量技术生产，零件的互换性较好，部件和模具这些生产厂商都可以提供，其所需要的零部件总数是相对较少的。另外，对于现阶段的需求而言，更加需要简化零件的保养程序，降低运行成本，而这正是燃气轮机的优势所在。

在工质上，燃气轮机的工质为高温燃气，形态上更加接近理想气体，并且工作初温相对较高，制造燃气轮机的材料通常为耐热合金或者耐热钢材;汽轮机的工质为过热蒸汽，会在排口出现液化现象。

在燃料消耗上，重型燃气轮机装置通常燃用重质燃油，比燃料消耗更低，而在功率偏离指标时，燃气轮机的比燃料消耗值会迅速增加，汽轮机则是以相当小的速率增加。如何克服燃气轮机的这一缺点呢？现阶段是采用燃气—蒸汽联合循环等措施。

2    我国重型燃气轮机的发展趋势

燃气轮机的研究是一项投资大、周期长的过程，每一代的燃气轮机都需要经过很长一段时间的反复试验改进，这就需要政府的大力支持以及大量资金和技术人员的支持。目前中国市场上比较成熟的项目为E、F级重型燃气轮机，更高一级的H、J级燃气轮机也正在研发当中，但以目前的研究水平而言，国内基本还是停留在E、F级重型燃气轮机的研究上，与国外相比相差不少，并且尚未掌握核心技术。另外，修理零部件与更换核心部件时大多都需要直接向国外采购，不少国外企业因此赚取了相当大的一笔利润。

我国的燃气轮机技术起步较晚，所以在研究水平、相关人才、核心技术储备上都相当薄弱，为实现与国际接轨，我国重型燃气轮机的发展必须将基础研究与产业建设相结合，构建符合我国国情的燃气轮机产业体系，提高我国自主研发能力，提高国际竞争力。通过研究其他国家重型燃气轮机的发展历程，可以清晰地了解到，只有在基础研究上取得成绩，才能进一步掌握核心技术，掌握核心技术之后才能进行新产品的开发。要想研制自主品牌的重型燃气轮机，就要从国际成熟技术出发，科学合理地制定基础研究计划，确保得到基础研究成果，从而为下一步技术开发提供人才保证和技术支持，最终有所突破。

3    从自身工作中看燃气轮机的发展

我公司一直与美国GE公司合作生产，为国内大型燃气轮机项目供应产品，即核心部件由美国GE公司提供及调试，比如燃气轮机本体及前置模块等核心部件，我公司提供辅机等部件，虽然也在积极尝试技术国产化，但是因为人才以及资金的问题，进展并不显著。

转眼笔者已经进入燃气轮机行业5年时间了，2017年笔者有幸参与了国电南浔电厂项目的燃气轮机建设，从中获益匪浅、感触良多。

图1所示为负荷联轴器紧固件，所用材料目前国内无法生产，材料型号国外公司也严格保密，以此来赚取高额利润。对于我国而言，在核心技术和零部件上受制于人并不是长久之计，掌握重型燃气轮机核心技术对于我国重型燃气轮机的发展刻不容缓。每一位燃气轮机行业的从业者都需更加努力，为燃气轮机国产化贡献出自己的一份力量，积极推动燃气轮机生产的发展。

4    结语

重型燃气轮机技术是我国建设现代化道路上不可或缺的一项技术，目前全球已然进入重型燃气轮机大发展的时代，我国企业应多汲取国外公司的先进经验，实施、推动燃机产业的国产化。

收稿日期：2019-12-24

作者简介：屠力升（1992—），男，江苏南京人，助理工程师，研究方向：燃气轮机。