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重型燃气轮机技术发展综述

重型燃气轮机在20世纪50年代初用于电力工业。由于其容量小、效率低，在当时的电力系统中仅作为应急备用电源和调峰机组使用。20世纪60年代，欧美电网发生过瞬间开裂的大事故。此后，人们意识到应该在电网中配备一定数量的燃气轮机发电机组。自20世纪80年代以来，由于相关技术的不断进步，燃气轮机及其联合循环发展迅速。

重型燃气轮机技术的发展现状

Ge: ge的HA级燃气轮机曾经两次打破吉尼斯世界纪录。法国步上电厂(9HA)的联合循环效率为62.22%，日本名古屋西部电厂(7HA)为63.08%。目前，两台国产“大九”9HA.01已在天津华电军粮城电厂成功投运。

此外，GE燃气轮机使用氢气和类似的低热值燃料已经超过30年。在此期间，全球已有超过75 GE燃氢燃气轮机投入运行，占全球燃氢燃气轮机设备的一半。这些燃气轮机已经运行了600多万小时。HA级燃气轮机实现了50%氢混合燃料的燃烧技术。未来，通用电气计划到2030年将燃气轮机的氢燃烧能力提高到100%。

全球首台采用天然气与氢气掺混燃料的GE 9F级燃气轮机世界上第一台使用天然气和氢气混合燃料的GE 9F燃气轮机

基于GE对氢燃料特性和氢燃烧技术的持续深入研究，GE最先进的HA级燃气轮机的氢燃烧能力实现了两大突破:

首先是燃料上的突破。以往的低热值燃料不仅单位体积热值低，单位质量热值也低。其主要来源是煤化工、石油化工、高炉煤气和焦炉煤气。除氢气外，还含有一氧化碳和惰性气体，通常称为蓝氢或灰氢。现在提倡的含氢燃料是指氢气和天然气的混合燃料。氢气由可再生能源产生，如电解氢，即绿色氢气，或来自化学工业的高浓度氢气。这种燃料的特点是它的主要成分是甲烷和氢气。随着氢含量的增加，单位体积热值降低，但单位质量热值增加。

其次是燃烧技术的突破。过去，低热值燃料将采用扩散燃烧技术。扩散燃烧系统可以燃烧高活性含氢燃料，燃烧稳定，但NOx排放很高，需要喷水(蒸汽)或喷氮气来降低NOx排放。基于过去含氢低热值燃料的特点，GE过去采用MNQC(多喷嘴静音燃烧系统，扩散燃烧技术)实现稳定燃烧，同时通过稀释降低NOx排放。随着绿色氢和天然气混合燃料的普及，GE在最新的HA级燃机中采用了DLN2.6e微孔预混燃烧技术。这种干预混燃烧技术既要稳定燃烧高活性含氢燃料，防止回火，又要满足电厂所在地NOx排放的需求，还要满足同一燃烧器既能燃烧天然气又能燃烧含氢混合物的要求，因此对燃烧技术要求很高。

西门子:HL级燃机是基于西门子成熟的H级燃机技术(SGT-8000H)开发的。通过借鉴设计中一系列成熟的全新技术和优秀特性，实现了更高的效率和性能。HL燃机联合循环发电的净效率水平可超过63%。西门子全新HL级燃气轮机包括三种型号:SGT5- 9000HL、SGT6-9000HL和SGT5-8000HL。单循环模式下空冷SGT-9000HL燃机的发电量分别为545MW (50Hz市场)和374MW (60Hz市场)。SGT5- 8000HL在单循环模式下的发电量为453 MW。所有三个燃气轮机可以实现超过63%的联合循环效率。

西门子SGT5-8000H西门子SGT5-8000H

重型燃气轮机技术的发展趋势

经过60多年的发展，重型燃气轮机及其联合循环机组的热力性能、单机功率和环保性能已达到较高水平。目前其最新的技术发展趋势是:不断向高参数、高性能、低污染、大型化方向发展；继续积极研究和应用新技术、新材料和新工艺；不断提高燃气轮机对各种燃料的适应性。