重型燃气轮机:20年逆袭破封锁
重型燃气轮机被誉为“工业皇冠上的明珠”,是“能源工业的心脏”。过去,全球市场被美、德、日三国垄断,中国甚至连机组维修都要受制于人。如今,中国科研人员用20年时间走完了发达国家半个世纪的技术发展历程,实现了从被“卡脖子”到自主可控的科技突围。
技术封锁下的突围
重型燃气轮机,这个听起来有些专业的名字,实则是当之无愧的大国重器,事关国家安全和发展的重大领域——它既能驱动天然气发电和电网调峰,更是中型航空母舰和驱逐舰的动力源。
但长期以来,重型燃气轮机被美国、德国、日本牢牢垄断,因核心技术禁运,我国不仅买设备受制于人,甚至连修机组都要看人脸色,局面十分被动。
面对如此困境,中国下定决心,一定要自主研发出属于自己的重型燃气轮机。
2002年,R0110重型燃气轮机作为“十五”期间863计划重大专项正式立项,中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司联合清华大学、中国科学院工程热物理研究所和上海交通大学等单位,组建起一支“国家队”,共同肩负起国内首台重型燃气轮机自主研发的重任。
研发之路充满了艰辛与挑战。没有现成的经验可以借鉴,没有成熟的技术可以参考,一切都要从零开始。科研人员日夜奋战在实验室和车间里,反复进行计算、模拟和试验,攻克了一个又一个技术难题。
历时5年,2008年12月28日,激动人心的时刻到来。R0110重型燃气轮机顺利通过了科技部的阶段验收。这一刻,不仅标志着我国在重型燃气轮机领域实现了零的突破,更使中国跻身世界五大重型燃气轮机研制国之列。
百兆瓦级的技术跃迁
中国科研人员再接再厉,开始攻克另外一座难关——功率达百兆瓦级的重型燃气轮机,当时只有世界上少数发达国家才掌握其关键核心技术。
2016年,中国航空发动机集团有限公司成立后,加快航空发动机与燃气轮机的自主研发和制造生产,随后正式启动重型燃气轮机改进研制工作。2019年,“太行110”重型燃气轮机作为重点产品加快研制。
从最初的设计图纸,到精密的加工制造,再到最后的组装调试,研发人员倾注心血打造每一个零部件。2020年12月,“太行110”重型燃气轮机总装下线。
2021年,“太行110”在中国海洋石油集团有限公司深圳大鹏电厂开展整机长时间试验运行。这是一次重大考验——既是检验其性能是否合格的关键环节,也是决定它能否进入市场的“通行证”。
试验过程并非一帆风顺,仅燃烧室就先后经历多轮循环验证。
在燃烧室内,经压缩的空气与天然气混合、点燃后,产生的高温高压气流形成压力波动,犹如“哪吒闹海”般横冲直撞,极易引起整机振荡。当振荡超过一定幅度时,会损坏透平叶片甚至整个燃烧室,引发整机故障。
如何解决这一问题无经验可循。大家只能采用“笨办法”,一步步摸索改进方案。经过多轮尝试,他们找到了最适合“太行110”的燃料配比与喷射方法,成功突破重型燃气轮机干式排放燃烧室设计等核心技术,最终解决了振荡难题。
经测算,团队设计研制的燃烧室不仅符合振荡要求,燃烧效率还高于99%,既能满足基本负荷运行要求,又符合国家低排放设计标准。
历经多次分阶段试运行后,2023年6月4日,“太行110”单台运行时长超过7000当量小时、累计运行突破14000当量小时,顺利通过整机验证。这标志着我国已经成功研制出具有完全自主知识产权的110兆瓦重型燃气轮机。
构建自主技术体系
在“太行110”攻关的同时,众多国内企业也纷纷投身于重型燃气轮机的研发之中。
攻克“卡脖子”难题
2023年3月8日,由中国东方电气(600875)集团有限公司研制的国内首台F级50兆瓦重型燃气轮机(代号G50)正式投入商业运行,填补了我国自主燃气轮机应用领域空白,攻克了多项“卡脖子”关键核心技术难题,为清洁能源领域提供了自主可控全链条式的“中国方案”。
最大功率、最高技术等级
2024年10月7日,由中国联合重型燃气轮机技术有限公司研制的300兆瓦级F级重型燃气轮机在上海首次点火成功。该燃气轮机是我国首次自主研发的最大功率、最高技术等级的重型燃气轮机,其技术指标与国际主流F级重型燃气轮机基本相当。该成果入选2024中关村论坛年会发布的十项重大科技成果。
从曾经受制于人,到如今成果接连涌现,中国在重型燃气轮机领域实现了飞跃式发展。这一发展成果不仅让航母、驱逐舰等国之重器迎来自己的“心脏”,更彻底解决了长期制约我国能源与工业发展的“心脏病”难题,助力我国摆脱“卡脖子”困境,迈向自主创新的新征程。
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