珠海航展未出场的明星——重型燃气轮机

作者：镭射

本文转载自：科工力量（ID:guanchacaijing）

2021年9月28日至10月3日，因为疫情而推迟了一年之后，举世瞩目的第十三届中国国际航空航天博览会在广东省珠海市国际航展中心举办。这次珠海航展上，国内的参展厂商中，除了我们熟悉的中航工业、兵器工业等知名企业，还增加了一个新的企业：中国航发燃气轮机有限公司。

2019年4月28日，中国航发燃气轮机有限公司（以下简称“中航发燃机公司”）在沈阳正式成立。据报道，中航发燃机公司下设产品研发、市场销售、制造装试、工程服务和维修保障等五个中心，将整合中国航发现有民用燃气轮机产业资源，重点发展“三轻一重”等燃气轮机产品及业务，努力为客户提供优质高效的燃气轮机产品，助力绿色高效能源产业发展，打造世界一流燃气轮机装备供应商。

中航发燃机公司的主打产品：“三轻一重”燃气轮机

这次珠海航展，中航发燃机公司带来了他们的最新力作：前面提到的该公司产品“三轻一重”中“三轻”之一的AGT-7系列燃气轮机。据现场说明牌的介绍，该机功率7200千瓦，可应用于船舶动力、工业发电和机械驱动等领域。其中AGT-7A应用于分布式电源，AGT-7B应用于海上平台等领域。

本届珠海航展上展出的AGT-70燃气轮机

据报道，中国曾于2002年从乌克兰“曙光—机械设计”联合体引进UGT-6000+船用燃气轮机，并将其用在国产新型气垫登陆艇和引进的958型“欧洲野牛”大型气垫登陆舰上。为实现这两型舰动力系统的国产化，黎明公司、中航燃机动力公司（即现在的中航发燃机公司的前身）、606所等合作，在国产“太行”发动机核心机的基础上开发研制出QC-70燃气轮机，并于2008年4月28日通过技术鉴定。该机利用90%以上的太行部件，功率、热效率、外部尺寸都与UGT-6000+相同，价格则为后者的四分之三。从外形和功率来看，这次中航发燃机展出的AGT-7系列燃机，应该就是在QC-70的基础上衍生出的系列型号。AGT-7燃气轮机可实现富氢燃料应用，对实现国家“双碳”目标，保证我国能源供应、调整能源结构和践行节能减排具有重要意义。

不只是出于什么原因，这次中航发燃机在珠海航展上显得十分的低调，只带来了AGT-70这一款燃气轮机，让人看了觉得十分的不过瘾。其实，除了AGT-70，在中航发燃机公司的产品中，还有一款产品也很值得一提，那就是“三轻一重”中的那一“重”——AGT-110（原名R0110）重型燃气轮机。

2020年12月20日，AGT-110重型燃气轮机，也就是经过技术改造，换用新燃烧室的原新R0110重型燃气轮机，在沈阳中国航发燃机公司总装下线。

重型燃气轮机立项已久

长期以来，中国的能源结构很不合理，煤炭在一次能源生产和消费中的比重均高达72%，大量燃煤使大气环境不断恶化，发展清洁能源、调整能源结构已迫在眉睫。为此，我国于本世纪初开始实施“西气东送”和“西电东输”工程，这使得国内对燃气轮机有了新的市场需求。据当时的预计，10年内我国燃气轮机总装机容量将达到34000MW左右，市值约100亿美元，平均每年约10亿美元。我国燃气轮机专家呼吁抓住这一千载难逢的机遇，发展我国自己的重型燃气轮机。

在这一大背景下，2002年10月，国家“十五”863计划能源技术领域燃气轮机重大专项“R0110重型燃气轮机设计与研制”和“R0110重型燃气轮机研制与调试”两个连续性课题正式立项。该项目的目标是：以中央、地方、企业、高校及科研院所相结合的形式，整合科技力量，进行燃气轮机研发，形成燃气轮机关键核心技术的自主开发能力，最终实现国产化。其中重型燃气轮机的研发目标，是通过消化和吸收国外重型燃气轮机的设计思想，设计、研制具有自主知识产权的，可投入市场的、功率大于50MW(后确定为110MW)、技术水平相当于E级以上的重型燃气轮机样机。通过研究开发，形成关键技术的自主设计能力，初步建立我国燃气轮机的设计、试验与制造平台，并为“十一五”开发F级(200MW～250MW)的重型燃气轮机打下基础。

专项由原中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司（简称黎明公司）牵头，加上中航沈阳发动机设计研究所、清华大学、中国科学院工程热物理研究所、上海交通大学、中国燃气涡轮研究院、中国船舶重工业集团公司第703研究所、上海汽轮机厂有限公司、沈阳重型机器有限责任公司、沈阳鼓风机股份有限公司九家单位共同组成的科研联合体作为课题承担单位。

2003年底，作为第一个课题“R0110重型燃气轮机设计与研制”的成果，R0110重型燃气轮机完成设计并通过验收，随即进入样机制造阶段。2013年1月30日，R0110重型燃机在黎明公司通过了第三方验证试车。在此之前，2012年12月，黎明公司与中海油深圳电力有限公司达成协议，用R0110重型燃气轮机在中海油深圳电厂代替原来的一台西门子V94.2燃气轮机，在原燃机的工位上建立R0110重型燃气轮机试验平台，同时承担发电任务。2014年6月，专项第二部分“R0110重型燃气轮机研制与调试”顺利通过国家验收。截至2014年12月22日8时，R0110重型燃机在中海油深电累计并网发电运行1026小时，圆满完成1000小时发电长试的目标。随即，开始启动对机组进行低排放改造项目。2015年8月，换装低排放燃烧室的新R0110重型燃机在中海油深电开始调试运行，2015年9月，燃机及其机组在中海油深电满负荷累计运行1600多小时，由于机组为首台试验机组，进行试验项目较多，等效寿命达到了6000多小时。

刚刚完工的第一台R0110重型燃气轮机样机

R0110重型燃机在黎明公司的第三方验证试车系统

据相关报道，首次设计的R0110重型燃气轮机的设计指标为：以天然气为燃料，发电机出线端功率为110MW，转速3000转/分，发电效率34.5%，压气机压比14.7，空气流量360kg/s，透平初温1484K。如果按照“透平进口温度1200摄氏度以上，压比达到15以上”作为F级燃气轮机的标准，R0110的性能正好在F级燃气轮机的及格线上，高于一般意义上的E级燃气轮机，因此它被称为E+级燃机。据称，在R0110母型机基础上，可以实现60MW、160MW与200MW以上系列燃机。

根据“中航爱创客”网站上的说法：“R0110型燃气轮机机组是（黎明）公司通过开展国际合作，开发的具有自主知识产权的110MW燃气轮机。”（http://www.avicui.com/resource_1367.html）可见，该型燃机的技术源自国外。从该型燃机出现的时间、外形和最大输出功率来看，我认为它的技术来自乌克兰。具体的说，R0110的原型应是乌克兰曙光机械设计科研生产联合体研制的UGT-110000重型燃气轮机。鉴于目前关于R0110详细情况的公开信息很少，UGT-110000的情况可以作为分析R0110性能的重要参考。

UGT-110000的俄罗斯编号是GTD-110。可以看出，R0110和它外形十分相近

UGT-110000是在俄罗斯“燃料与能源”目标规划框架下，由俄罗斯统一电力公司投资，从1993年开始的俄乌合作项目，俄方编号GTD-110。该燃气轮机的设计单位是乌克兰曙光机械设计科研生产联合体，制造单位是俄罗斯“土星”科研生产联合体股份公司，就是造AL-31的那家。该燃气轮机为轴流式单转子工业燃气轮机，基本负荷110MW，尖峰负荷120MW。采用回流环管型燃烧室（20个火焰筒），15级压气机，4级涡轮，转速3000转/分，能够保证燃气轮机不用通过减速器就可以与频率为50赫兹的发电机连接，这是一个很重要的优点。1997年12月，首台UGT-110000在土星科研生产联合体制造完成，1999年开始投入试生产。

与同时期的其他同类燃气轮机，比如前面提到的西门子V94.2相比，UGT-110000具有外形尺寸小、重量轻（不到50吨）的优点，作为功率为110MW的GTE-110发电机组的组成部分，该型燃气轮机以单元体的形式交付，可以在使用地点组装或者试运行。单独的UGT-110000燃气轮机还可以作为工业基础电源和调峰电源动力装置使用。另外，俄罗斯还以UGT-110000/GTD-110为基础，构建了110到500MW的系列燃-蒸联合循环发电站。

基于GT-110000/GTD-110构建的1燃气轮机+1蒸汽轮机燃-蒸联合电站PGU-170，最大输出功率170MW

基于GT-110000/GTD-110构建的2燃气轮机+1蒸汽轮机燃-蒸联合电站PGU-325，最大输出功率325MW，热效率51.5%

基于GT-110000/GTD-110构建的3燃气轮机+3蒸汽轮机燃-蒸联合电站PGU-500，最大输出功率500MW

考虑到R0110和UGT-110000/GTD-110的亲缘关系，俄罗斯基于UGT-110000/GTD-110能够做到的，AGT-110/R0110应该也能做到。目前来看，100MW级燃气轮机是国内建设燃气-蒸汽联合循环电站的主流配置，而国内能够提供100MW级别燃气轮机的，目前只有南京汽轮机厂一家，且核心技术由美国通用电气（GE）公司提供，南汽自身并不具备独立的研制和生产能力。中国航发燃气轮机有限公司的加入，意味着AGT-110这种中国拥有完全知识产权的100MW级重型燃气轮机开始正式进入市场，这将打破中国市场上GE对这一级别燃气轮机的垄断局面，中国重型燃气轮机市场格局可能从此改变。

中航发并非独苗

虽然在本次珠海航展上，只有中航发燃机公司展出了自己研制的燃气轮机，但在这次的参展商中，有研制和生产有自主知识产权的完整燃气轮机的企业，并不只有中航发燃机公司一家。本次航展中的另一个参展商中国船舶集团有限公司，就同样有生产有自主知识产权的完整燃气轮机的能力。

2013年4月，龙江广瀚燃气轮机有限公司在哈尔滨正式成立。该公司由中船重工、中船重工第七〇三研究所、黑龙江省政府、哈尔滨市政府共同出资，其主要业务就是船用以及工业和油气领域燃气轮机装置的研制和生产。2019年10月25日，经报国务院批准，中国船舶工业集团有限公司与中国船舶重工集团有限公司实施联合重组，原属中国船舶重工集团公司的龙江广瀚燃气轮机有限公司由此归入新成立的中国船舶集团旗下。

在龙江广瀚燃气轮机有限公司的产品中，最有名的莫过于作为052D和055型驱逐舰的动力装置而为大家所熟知的CGT-25000型燃气轮机了。关于该机的具体情况，大家都已经十分熟悉，我就不再赘述。值得一提的是，CGT-25000的民用型——GT25-D工业型燃气轮机，在民用市场上同样有着不俗的表现。该机型的额定功率达到26.7MW，热效率达36.5%，可使用柴油或天然气作为燃料，技术成熟，维护简单，变工况性能好。目前已完全实现国产化，可用于工业驱动领域。因其拥有以天然气为燃料、低排放（满足环保要求）、高速动力涡轮输出等技术优势，满足国内外天然气输送管道增压机组的运行要求，在国内的西气东输工程中得到应用，打破了国外燃机对天然气管道燃压机组动力装置的垄断，这对于保障我国的能源安全有着重要的意义。不仅如此，GT25-D型燃气轮机还于去年成功出口，销往俄罗斯——2020年6月，GT25D型燃气轮机在俄罗斯诺瓦泰克天然气增压站项目现场完成了72小时考核试验，顺利通过交付验收。

长期以来以来，用于长输天然气管道的燃气轮机市场，基本被GE、西门子和SOLAR三家公司垄断。有理由相信，GT25-D的研制成功，必将改变世界中功率燃气轮机市场的格局。这次成功销往俄罗斯，只是一个开始。

龙江广瀚燃气轮机有限公司研制的GT25-D工业型燃气轮机

GT25-D工业型燃气轮机在俄罗斯诺瓦泰克天然气增压站项目现场

值得一提的是，国内目前能够生产完整的燃气轮机的企业，并不止中航发燃机和龙江广瀚燃气轮机有限公司这两家。就在去年11月27日，中国东方电气集团有限公司自主研发的国内首台拥有完全自主知识产权的F级G50型50MW重型燃气轮机顺利实现满负荷稳定运行，顺利达到额定功率50MW，转速6000转每分的设计指标。满负荷试验是燃气轮机研发环节最关键的验证节点，也是电站长期运行前的最后一项性能试验。此次满负荷试验的圆满成功，标志着东方电气集团已经完整地掌握了F级重型燃气轮机自主设计、制造、试验全过程能力。这是中国燃气轮机发展史上一个历史性的时刻。

东方电气集团研制F级重型燃气轮机，是从2009年开始的。在此之前，他们一直与日本三菱公司合作生产重型燃气轮机。虽然通过“市场换技术”，重型燃机国产化虽已接近80%，但剩余20%如高温部件等核心技术仍属于进口且被牢牢把控。这让东方电气集团坚定了自主研制，突破核心技术的决心。2009年，东方电气成立东方汽轮机G50发展中心，组建100余人的科研团队，先后投入近20亿元资金开始自主研发重型燃气轮机。经过十余年的艰苦努力，2019年6月18日，首台原型机制造全部完成。2019年9月27日，原型机整机点火试验一次成功，整机试验初战告捷。2020年5月12日，正式开始设计转速下的带负荷试验。11月27日，在院士专家、政府领导和客户代表的见证下，燃气轮机顺利实现满负荷稳定运行。据介绍，东方电气集团未来将以50MW燃机作为母型机，衍生出更多的系列化机型，满足不同功率等级及用途的需求。

完成组装的G50型重型燃气轮机首台样机

众所周知，燃气轮机，是用喷气发动机（燃气轮机称之为“燃气发生器”）驱动涡轮对外做功的动力机械。因此，燃气轮机和航空发动机有着千丝万缕的联系。如果说航空发动机是“现代工业皇冠上的明珠”，那么燃气轮机同样无愧于这个称号。这些燃气轮机虽然没有参加珠海航展，但它们与珠海航展上的各型航空发动机相比毫不逊色。从这个角度来说，这些没有参加珠海航展的燃气轮机，堪称是航展场外未出场的明星。

来源|科工力量

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珠海航展未出场的明星——重型燃气轮机

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