燃气轮机，动力澎湃的工业心脏_风闻
马氏体-02-05 17:41
燃气轮机在电力、动力和天然气输送等领域发挥着重要作用。
根据功率，燃气轮机可分为微型、轻型（<50MW，大多由航空发动机发展而来，即“航改燃”）和50MW以上的重型燃气轮机，最大可达600MW级。
我国已突破轻型燃气轮机技术，用于海军舰艇，并向民用推广，但在重型燃气轮机方面仍然任重道远。
德意志博物馆展出了一台制造于1969年的苏尔寿NSR63型燃气轮机。它在德国科隆的天然气压气站服役了近40年，然后被捐赠作为展品。
与航空涡轮发动机类似，燃气轮机的压气机压缩空气，在燃烧室喷入燃料，得到高温高压燃气，燃气在涡轮中膨胀做功，把气体内能转化为动能，其中一部分动能用于驱动压气机，其余动能输出。
轻型燃气轮机（尤其是航改燃机型，不过这一款不是航改燃）多采用燃气发生器转子和动力涡轮分离的设计，让两者都可以工作在各自的最佳转速。
天然气压缩机组是轻型燃气轮机的重要应用领域之一。为了克服管道输送的阻力，天然气管道上每隔一段距离就要设置一座压气站，由燃气轮机驱动压缩机给天然气增压，燃料则就地取材使用天然气。
这是位于哈萨克斯坦阿拉木图州奥塔尔镇的中哈天然气管道A/B线6号压气站，使用德国西门子公司在英国罗尔斯·罗伊斯（Rolls-Royce）RB211型涡轮风扇发动机（用于波音747等）基础上开发的RB211-24G型燃气轮机。
与旁边的苏尔寿3.5MW轻型燃气轮机转子对比，更能看出这些重型燃气轮机涡轮叶片的庞大。
它们来自西门子SGT5-8000H型燃气轮机，整机尺寸12.6米×5.5米×5.5米，重445吨，功率可达450MW。
重型燃气轮机多用于发电，追求高可靠性，但是对尺寸、重量不敏感，所以多采用单转子设计，用每分钟3000或3600转的低转速与交流电频率（50或60Hz）匹配，无需减速齿轮，直接驱动发电机，简单可靠，代价是每一级压气机的压缩能力相对较低，整机需要更大的体积和重量。
SGT5-8000H的前两级涡轮叶片使用热障涂层以提升耐热能力。
考虑到大尺寸叶片的技术难度和成本，重型燃气轮机不一定使用单晶叶片，而采用定向凝固叶片（比如SCT-8000H和三菱重工的J级燃气轮机）。
好在重型燃气轮机的叶片里有足够的空间做冷却通道，并在叶片前缘开有小孔，使冷却空气在叶片表面形成一层气膜，隔绝高温（气膜冷却）。
根据涡轮进口温度，可对重型燃气轮机分级，用字母表示。字母越大代表涡轮进口温度越高、热效率越高、技术水平越先进。
SGT5-8000H属于H级燃气轮机，涡轮进口温度达到1500℃以上，热效率41％。更先进的J级燃气轮机涡轮进口温度达1600℃，热效率可达44％。
燃气轮机排放的烟气温度达五六百℃，通过余热锅炉产生蒸汽，驱动蒸汽轮机，构成联合循环发电，总热效率可达60％以上，是火电清洁高效发展的方向之一。
在工业燃气轮机、尤其是重型燃气轮机领域，美国通用电气（GE）、德国西门子（Siemens）和日本三菱重工（MHI）三巨头占据了绝大部分国际市场份额。
尽管我国哈尔滨电气、东方电气、上海电气、中国航发等企业通过合作生产、海外收购、引进技术等方式，也能生产重型燃气轮机，但是关键核心技术是买不来的。
2023年1月3日，东方电气推出的我国首台完全自主研制的F级50兆瓦重型燃气轮机发电机组G50，在广东华电清远燃气分布式能源站成功并网发电。
虽然涡轮进口温度1400℃、功率50MW的指标相比国外巨头仍有较大差距，但重型燃气轮机是可以通过不断改进、放大而升级的。更重要的是，它标志着我国掌握了重型燃气轮机的核心技术，是打造更强大的国产动力的基石。
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