燃氣輪機，動力澎湃的工業心臟_風聞
马氏体-02-05 17:41
燃氣輪機在電力、動力和天然氣輸送等領域發揮着重要作用。
根據功率，燃氣輪機可分為微型、輕型（<50MW，大多由航空發動機發展而來，即“航改燃”）和50MW以上的重型燃氣輪機，最大可達600MW級。
我國已突破輕型燃氣輪機技術，用於海軍艦艇，並向民用推廣，但在重型燃氣輪機方面仍然任重道遠。
德意志博物館展出了一台製造於1969年的蘇爾壽NSR63型燃氣輪機。它在德國科隆的天然氣壓氣站服役了近40年，然後被捐贈作為展品。
與航空渦輪發動機類似，燃氣輪機的壓氣機壓縮空氣，在燃燒室噴入燃料，得到高温高壓燃氣，燃氣在渦輪中膨脹做功，把氣體內能轉化為動能，其中一部分動能用於驅動壓氣機，其餘動能輸出。
輕型燃氣輪機（尤其是航改燃機型，不過這一款不是航改燃）多采用燃氣發生器轉子和動力渦輪分離的設計，讓兩者都可以工作在各自的最佳轉速。
天然氣壓縮機組是輕型燃氣輪機的重要應用領域之一。為了克服管道輸送的阻力，天然氣管道上每隔一段距離就要設置一座壓氣站，由燃氣輪機驅動壓縮機給天然氣增壓，燃料則就地取材使用天然氣。
這是位於哈薩克斯坦阿拉木圖州奧塔爾鎮的中哈天然氣管道A/B線6號壓氣站，使用德國西門子公司在英國羅爾斯·羅伊斯（Rolls-Royce）RB211型渦輪風扇發動機（用於波音747等）基礎上開發的RB211-24G型燃氣輪機。
與旁邊的蘇爾壽3.5MW輕型燃氣輪機轉子對比，更能看出這些重型燃氣輪機渦輪葉片的龐大。
它們來自西門子SGT5-8000H型燃氣輪機，整機尺寸12.6米×5.5米×5.5米，重445噸，功率可達450MW。
重型燃氣輪機多用於發電，追求高可靠性，但是對尺寸、重量不敏感，所以多采用單轉子設計，用每分鐘3000或3600轉的低轉速與交流電頻率（50或60Hz）匹配，無需減速齒輪，直接驅動發電機，簡單可靠，代價是每一級壓氣機的壓縮能力相對較低，整機需要更大的體積和重量。
SGT5-8000H的前兩級渦輪葉片使用熱障塗層以提升耐熱能力。
考慮到大尺寸葉片的技術難度和成本，重型燃氣輪機不一定使用單晶葉片，而採用定向凝固葉片（比如SCT-8000H和三菱重工的J級燃氣輪機）。
好在重型燃氣輪機的葉片裏有足夠的空間做冷卻通道，並在葉片前緣開有小孔，使冷卻空氣在葉片表面形成一層氣膜，隔絕高温（氣膜冷卻）。
根據渦輪進口温度，可對重型燃氣輪機分級，用字母表示。字母越大代表渦輪進口温度越高、熱效率越高、技術水平越先進。
SGT5-8000H屬於H級燃氣輪機，渦輪進口温度達到1500℃以上，熱效率41％。更先進的J級燃氣輪機渦輪進口温度達1600℃，熱效率可達44％。
燃氣輪機排放的煙氣温度達五六百℃，通過餘熱鍋爐產生蒸汽，驅動蒸汽輪機，構成聯合循環發電，總熱效率可達60％以上，是火電清潔高效發展的方向之一。
在工業燃氣輪機、尤其是重型燃氣輪機領域，美國通用電氣（GE）、德國西門子（Siemens）和日本三菱重工（MHI）三巨頭佔據了絕大部分國際市場份額。
儘管我國哈爾濱電氣、東方電氣、上海電氣、中國航發等企業通過合作生產、海外收購、引進技術等方式，也能生產重型燃氣輪機，但是關鍵核心技術是買不來的。
2023年1月3日，東方電氣推出的我國首台完全自主研製的F級50兆瓦重型燃氣輪機發電機組G50，在廣東華電清遠燃氣分佈式能源站成功併網發電。
雖然渦輪進口温度1400℃、功率50MW的指標相比國外巨頭仍有較大差距，但重型燃氣輪機是可以通過不斷改進、放大而升級的。更重要的是，它標誌着我國掌握了重型燃氣輪機的核心技術，是打造更強大的國產動力的基石。
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