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了不起的G50:十年“备胎”期待转正

时间:2019-10-15

有关专家参观燃机试车台。本报记者何海洋摄

G50档案

全称

F级50MW重型燃气轮机

产地

位于德阳的东汽

意义

国内首台自主研发,力攻我国发电装备领域最后一块“硬骨头”

难度

其整机点火试验被喻为“在十级狂风中点燃一根蜡烛”

进展

整机点火试验成功,正在不同转速下调试,进行空载荷运行试验

目标

2021年正式投入试验电站运行

本报记者 朱雪黎 余如波

“我们还在不同转速下调试,进行空载荷运行试验。”10月11日,距国内首台自主研发F级50MW(兆瓦)重型燃气轮机整机点火试验正式启动已过去半个月。位于德阳的中国东方电气集团东方汽轮机有限公司(下称东汽)燃机试车台一侧的监控室内,多名研发人员正在有序监测各项数据。

重型燃气轮机是发电和驱动领域的核心设备,设计和制造难度极大,体现了一个国家的工业水平,被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”。而F级50MW重型燃气轮机项目,突破多项技术封锁。其点火试验的难度,被专家喻为,在十级狂风中点燃一根蜡烛。

重大进展背后,是历经十年的艰苦研发路。

  正视差距,迎头追赶

G50,是东方电气集团对F级50MW重型燃气轮机的一个内部代号。

事实上,从目前市场来看,无论级别还是功率,它都不算了不起。

F级重型燃气轮机工作温度1300℃以上。目前,美国通用电气(GE)、日本三菱(Mitsubishi)、西门子等国外企业已在生产工作温度接近1700℃的H级。

但对我国而言,G50又很了不起。国外曾有人评价燃气轮机是人类除了基因工程以外最复杂的工程。本世纪初,包括东方电气集团在内的我国三大发电设备企业开始引进国外技术,制造相关产品。但截至目前,国内在运行的100多台重型燃气轮机,高温部件等核心技术仍均掌握在国外企业手中。

“我国还没有完全自主研发的重型燃气轮机投用,这也是我国发电装备领域国产化的最后一块‘硬骨头’。”东汽副总工程师、G50发展中心副总设计师杨功显说。经过近几十年的发展,我国在水电、火电,甚至核电、风电等多领域,都从跟跑逐渐成长为并跑,甚至局部领跑。但遗憾的是,在重型燃气轮机领域,我们依旧是“学生”,落后于国外先进水平。因此,它也被称作我国发电装备领域国产化的最后一块“硬骨头”。

打造“备胎”,为国争“气”

上世纪七八十年代,在没有财政拨款的条件下,东汽自筹资金,启动设计研制30万KW蒸汽轮机,用于火电机组。终于在1983年研制出首台30万KW火电机组,并在厂内试车。这台机组成为东汽成长路上一个重要的里程碑。当时积累的人才队伍,也为日后发展打下了坚实的基础。

本世纪初,国家大力引进重型燃气轮机项目,东汽与三菱合作,目前,已生产了70多台300MW以上的重型燃气轮机。虽然国产率已达80%以上,但最核心的近20%依然只能靠进口,“主要是压气机、燃烧室、高温透平这‘三大件’。”东汽总经理助理赵世全介绍。

“以前引进重型燃气轮机,只要一谈到技术转让,国外企业都是一口拒绝。”赵世全说,这些就是“要不来、买不来、讨不来”的关键核心技术。

同时,目前燃气轮机最高工作温度已接近1700℃,“三大件”依靠材料、冷却技术、涂层等得以长期运行在金属熔点以上,但寿命有限。“基本一台重型燃气轮机,运行3万至5万小时,就需要更换一轮部件。”东汽副总经理兼G50发展中心主任方宇说,如果采购费用是1,后期运维费用就是2,“买得起,用不起”不是开玩笑。

这些核心关键技术掌握在国外企业手中,不仅贵,还充满变数。如果因为某些原因“买不到”核心部件,电厂就只能瘫痪下来。

突破“卡脖子”技术,自主研发势在必行。

2009年,东汽开始组建科研团队,启动F级50MW重型燃气轮机,迎头追赶,为国争“气”。还有一个非常现实的原因,就是希望能给目前国内大量在运的重型燃机轮机,打造高温核心关键部件的“备胎”。

功在当下,更在未来

赵世全全程参与了该项目的研发。他直言,“过去我们没有搞过,设计规范、工艺、程序一无所有。”

燃气轮机涉及20多个不同的学科。而整台F级50MW重型燃机,光零部件就多达数万个,从设计技术到材料机械,再到试验设施,都非常庞大复杂。

此外,该燃机燃气温度超过1300℃,高温部件长期运行在金属熔点以上。同时每分钟旋转6000转,承受着极高的应力和腐蚀环境,对材料、涂层和加工精度要求极高。“等于在悬崖边上做设计,稍有闪失就可能损坏机组。”方宇说。

“面对困难,能迸发出更强大的力量。”G50发展中心党支部书记兼副主任胡战利说。

十年来,东汽陆续投入超过10亿元用于研发。目前,F级50MW重型燃气轮机已建立起完整的设计、制造、试验体系。设计上,已掌握重型燃气轮机的系统总成,压气机、燃烧室、高温透平三大核心部件的设计技术及测量,控制技术等;制造上,形成了燃气轮机本体的成套制造能力,突破了高温热部件的关键制造技术;试验上,已经掌握了燃气轮机的部件试验技术,正在承担国家“两机专项”300MW重型燃机的试验任务。

“点火标志着原型机正式从制造阶段转向厂内整机试验阶段。”方宇说,接下来首先进行空载荷运行试验,在不同转速下不断调试燃气和空气的配比,等待达到核定转速后,就会开展满载荷试验。按照研制计划,2020年将完成优化设计和完善验证任务,2021年将正式投入试验电站运行。

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