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中国新一代重型燃气轮机为何不上军舰 只有一个

未知 2019-01-01 16:20

12月26日,科技日报一则报道引起广泛关注:由中国联合重燃牵头研制的我国首件自主化300兆瓦级F级重型燃气轮机涡轮第一级静叶铸件,于25日顺利通过鉴定。这是我国在重型燃机热端核心部件上取得的第一个重要突破,也是国家科技重大专项“航空发动机和燃气轮机”迄今最重要的里程碑式的成果。

  这里有必要说明一下,由于现代舰船大量采用燃气轮机作为动力装置,因此很多人看到这条新闻后,很容易将其用途往军事上联想。其实,中小型燃气轮机,包括船用燃气轮机和分布式发电使用的中小型燃气轮机,与重型燃气轮机,在结构上是有很大区别的。

  二者最大的差异在于:中小型燃气轮机在结构上分为燃气发生器和动力涡轮两个部分,燃气发生器在结构上相当于一台完整的涡喷发动机,动力涡轮所在转子与燃气发生器内驱动压气机的转子不相连,它接在燃气发生器的喷口后面,由燃气发生器产生的高温、高压燃气驱动,将燃气的能量转换为机械功,用来驱动外部负载。

  因此,中小型燃气轮机都是多转子的,至少是两个转子(单转子燃气发生器+动力涡轮),比如国产的DC-70;还有很多是三转子(双转子燃气发生器+动力涡轮),比如用于052/055系列驱逐舰的GT-25000燃气轮机。

  而重型燃机没有动力涡轮这一部件,从结构上说,整个重型燃机就是一台单转子涡喷发动机,涡轮既用来驱动压气机,也用来输出功率,驱动外部负载。采用这种结构的重型燃机,显然不如采用多转子结构的中小型燃气轮机结构紧凑。因此,重型燃气轮机不适合上舰充当舰船动力,它的用途只有一个,就是发电。

从结构上来说,IGCC系统包括两部分,即煤气化与净化部分,和燃气──蒸汽联合循环发电部分。它的工作原理是:煤炭经气化成为中低热值煤气,再经由净化系统净化,除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物后,变为清洁的气体燃料,供给燃气——蒸汽联合循环发电系统。因此,IGCC电厂又被称为“烧煤的燃气电厂”。

  另外,在IGCC系统中,通过煤气净化,煤炭燃烧产生的硫化物、氮化物、粉煤灰等都可以得到回收利用,而不再被作为污染物被排放。IGCC发电技术所具备的这一优越的环保特性,使之成为现有发电技术减排二氧化碳温室气体最可行、最经济的方法,为规模化、经济化减排二氧化碳创造了条件。因此,IGCC技术被认为是突破煤电发展瓶颈的重要技术途径

 IGCC发电工艺流程图:煤炭在气化炉中气化成为中低热值煤气,经脱硫、除尘后成为清洁的气体燃料,供给燃气——蒸汽联合循环发电系统。脱硫和除尘的产物都可以成为化工原料,从而实现煤炭资源的综合利用。

  由于以上原因,IGCC是国际能源领域必争的战略核心技术,美、欧、日均投入大量人力物力进行开发和应用。从1984年美国冷水电厂10万千瓦的IGCC技术验证成功开始算起,IGCC的发展已有三十多年的历史。目前世界范围内有18座IGCC电厂,约4200兆瓦机组在运,供电效率已达到设计值43%,可用率达到85%。

  众所周知,我国的自然资源特点是“富煤、缺油、少气”。这一特点决定了我国发展IGCC对能源可持续发展、保障能源安全、治理大气污染和应对气候变化具有重要战略意义。

  为此,早在2006年,自主发展IGCC技术就被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》、《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》、《我国应掌握自主知识产权的关键技术和产品目录》等。

  作为“十一五”863重大项目“200MW级IGCC关键技术研究开发与工业示范”的依托工程,华能天津IGCC电站示范工程(简称“天津IGCC电站”)于2009年正式开工建设,2012年11月投入商业运行,成为世界第六座、中国第一座投入商业运行的IGCC电站。

走上正轨后,IGCC技术的优势就立刻体现了出来——据报道,截止2018年9月23日0时18分,华能天津IGCC电站连续运行3918小时,打破了日本勿来IGCC电站连续运行3917小时的世界纪录,并持续处于稳定运行状态,成为全世界连续运行时间最长的IGCC机组。运行期间,机组污染物排放水平达到天然气排放水平,粉尘和二氧化硫的排放量只相当于国家燃煤标准排放量的3%以内,累计向社会提供了58亿度绿色电能。IGCC技术的优越性,由此可见。

  可以想见,如果中国拥有自主的重型燃气轮机技术,就可以在设计之初,做好燃气轮机和气化炉的匹配,由此可以在后续的运行调试中省去很多麻烦,从而大大降低IGCC电站的建设和运行成本。中国是富煤国,煤炭资源不受控于人,如果中国推广IGCC技术的应用,不但一样可以降低污染,还可以保证能源安全。

  同时,这种“以煤代气”还可以降低中国对天然气的需求,使油气价保持在低位运行,这对中国经济也是有利的。

  从这个角度来说,我对这次中国联合重燃在F级重型燃气轮机领域取得的突破及其未来的后续成果充满期待。

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