■ 魏佳明 周靈敏 余沛坰 李祎曼 謝健 閆志勇 何成/杭州汽輪動(dòng)力集團(tuán)有限公司

德國(guó)西門子公司的SGT800工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)廣泛用于簡(jiǎn)單循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)和熱電聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域，截至目前已有超過325臺(tái)套機(jī)組銷往世界各地。2017年，西門子公司與杭州汽輪機(jī)股份有限公司簽訂了SGT800技術(shù)轉(zhuǎn)移協(xié)議，這次技術(shù)轉(zhuǎn)移使得SGT800燃?xì)廨啓C(jī)在中國(guó)市場(chǎng)的前景有了更多的期待。

德國(guó)西門子公司的SGT800工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)（見圖1）的前身為GTX100燃?xì)廨啓C(jī)，是瑞士ABB公司為了補(bǔ)充功率等級(jí)產(chǎn)品目錄而研制的40MW級(jí)工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)，GTX100從1994年開始研制，1997年完成第一臺(tái)產(chǎn)品。1999年，ABB公司將燃?xì)廨啓C(jī)業(yè)務(wù)整體轉(zhuǎn)讓給了法國(guó)阿爾斯通公司。2004年，阿爾斯通公司又將小型工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)業(yè)務(wù)出售給了德國(guó)西門子公司，GTX100燃?xì)廨啓C(jī)更名為SGT800。2003年，SGT800簡(jiǎn)單循環(huán)機(jī)組的輸出功率提升至45MW，與此同時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)和已經(jīng)獲得認(rèn)可的設(shè)計(jì)方案，西門子公司逐步對(duì)SGT800進(jìn)行改進(jìn)和開發(fā)，以追求更高的功率和可靠性。2010年，德國(guó)西門子公司宣布將SGT800升級(jí)到50.5MW。2017年，SGT800功率輸出升級(jí)到57MW。

圖1 西門子公司的SGT800燃?xì)廨啓C(jī)總體結(jié)構(gòu)

SGT800結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)

SGT800燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為單軸，由15級(jí)軸流式壓氣機(jī)和3級(jí)軸流式渦輪組成。

SGT800的壓氣機(jī)是采用最新空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的跨聲速結(jié)構(gòu)，受控?cái)U(kuò)散葉型（CDA），壓比為20∶1，前3級(jí)采用了可變導(dǎo)流葉片設(shè)計(jì)，設(shè)置放氣孔來確保機(jī)組在不同負(fù)荷范圍和環(huán)境工況下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。為使葉尖漏氣降至最低，使用了可磨蝕密封材料。

SGT800的燃燒室結(jié)構(gòu)配有30個(gè)第三代干式低排放（DLE）雙燃料燃燒器，在50%～100%負(fù)載水平時(shí)，其排放性能為NOx體積分?jǐn)?shù)≤15×10-6（使用柴油燃料時(shí)NOx體積分?jǐn)?shù)≤25×10-6～42×10-6）和CO體積分?jǐn)?shù)≤5×10-6，無須注水或者蒸汽[1]。

SGT800的渦輪通過先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和基于3D分析的通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得轉(zhuǎn)子葉尖間隙最小。渦輪前2級(jí)葉片的冷卻設(shè)計(jì)沿用西門子先進(jìn)的冷卻技術(shù)，且第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片采用了單晶材料，以確保耐久性和長(zhǎng)壽命。渦輪靜子采用壓氣機(jī)空氣進(jìn)行冷卻，以減小間隙，改善效率。

SGT800轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)、燃燒室結(jié)構(gòu)及渦輪結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SGT800不僅具備非常高的簡(jiǎn)單循環(huán)效率，而且由于出口擴(kuò)壓器的排氣溫度較高，尤為適合聯(lián)合循環(huán)和熱電聯(lián)產(chǎn)。在聯(lián)合循環(huán)下，SGT800與可利用廢氣熱量的余熱鍋爐（HRSG）一起組合使用，由雙壓的余熱鍋爐向蒸汽輪機(jī)供汽。對(duì)于較大的功率，可安排2臺(tái)SGT800，每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)均連接一臺(tái)余熱鍋爐，為一個(gè)公用的蒸汽輪機(jī)供汽。簡(jiǎn)單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)性能參數(shù)如表1所示。

圖2 SGT800燃?xì)廨啓C(jī)各部位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

同等功率等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)比

目前，主流的50MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)除了SGT800以外還有2款機(jī)型，分別是三菱日立電力系統(tǒng)株式會(huì)社的H25和美國(guó)GE航空集團(tuán)的6F.01。三菱日立在為GE航空集團(tuán)多年代加工和制造實(shí)踐的基礎(chǔ)上，獨(dú)立開發(fā)了高效率燃?xì)廨啓C(jī)H25[2]，其初始輸出功率為28MW，之后陸續(xù)升級(jí)到32MW、35MW和42MW。GE航空集團(tuán)的50MW級(jí)的6F.01則傳承了GE航空集團(tuán)的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。現(xiàn)就SGT800、H25和6F.01機(jī)組總體結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、熱部件材料和運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行對(duì)比。

總體結(jié)構(gòu)

3款燃?xì)廨啓C(jī)的總體結(jié)構(gòu)都是水平中分式缸體，單軸式結(jié)構(gòu)，軸向排氣，冷端驅(qū)動(dòng)，兩軸承設(shè)計(jì)，H25和6F.01的總體結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。3款燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)的區(qū)別具體如表2所示。

圖4 GE航空集團(tuán)的6F.01燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)

性能參數(shù)

3款燃?xì)廨啓C(jī)性能參數(shù)如表3所示，其排氣溫度高于500℃，燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)效率也很高，3款燃?xì)廨啓C(jī)都適合聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)，但SGT800簡(jiǎn)單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的效率都是最高的，6F.01次之，H25相對(duì)最低，較高的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)效率可以有效降低發(fā)電燃料成本，更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

表2 3款燃?xì)廨啓C(jī)總體結(jié)構(gòu)對(duì)比

表3 3款燃?xì)廨啓C(jī)性能參數(shù)對(duì)比

表4 3款燃?xì)廨啓C(jī)部件材料對(duì)比

熱部件材料

3款燃?xì)廨啓C(jī)渦輪靜葉都采用等軸晶材料，其中SGT800和6F.01靜葉材料采用鎳基高溫合金，而H25采用鈷基合金，靜葉材料的持久強(qiáng)度大小為：IN792＞IN939＞GTD111＞GTD222＞FSX-414。

SGT800和6F.01的第一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片都采用單晶材料，H25使用定向結(jié)晶材料。轉(zhuǎn)子葉片材料的持久強(qiáng)度大小為：?jiǎn)尉В–MSX4）＞定向(GTD111/RMO2B） ＞GTD111＞IN738。由于SGT800和6F.01渦輪入口初溫更高，因此SGT800和6F.01使用的靜子、轉(zhuǎn)子葉片材料性能也相對(duì)更好。表4為3款燃?xì)廨啓C(jī)部件材料對(duì)比。

圖 5 SGT800工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用行業(yè)

機(jī)組運(yùn)行維護(hù)

燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行維護(hù)一般包括燃燒室檢修、熱通道檢修和大修3個(gè)階段，3款燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行維護(hù)時(shí)間如表5所示，其中檢修周期時(shí)間為等效運(yùn)行時(shí)間，燃料為天然氣。SGT800燃燒室檢修間隔時(shí)間相對(duì)另外兩款燃?xì)廨啓C(jī)增加了1倍，達(dá)到30000h，這也體現(xiàn)出了環(huán)形燃燒室后期運(yùn)行維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。

表5 3款燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行維護(hù)時(shí)間對(duì)比

SGT800工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的市場(chǎng)

西門子公司的SGT800被廣泛應(yīng)用于石油與天然氣、工業(yè)發(fā)電以及電力生產(chǎn)等領(lǐng)域，如圖5所示。

在全球范圍來看，SGT800遍布?xì)W洲、美洲、亞洲、大洋洲。截至目前已有超過325臺(tái)套機(jī)組銷往世界各地，累計(jì)等效運(yùn)行時(shí)間超過700多萬小時(shí)。而在亞太地區(qū)，SGT800的業(yè)績(jī)最為突出，有超過100臺(tái)SGT800的用戶位于亞太地區(qū)。其中泰國(guó)成為最大市場(chǎng)，有超過70臺(tái)SGT800在泰國(guó)服役。2015年8月，泰國(guó)TPS公司與西門子公司簽署了18臺(tái)SGT800的購(gòu)買及長(zhǎng)期服務(wù)協(xié)議，其中6臺(tái)額定功率為53MW，12臺(tái)額定功率為50.5MW。這18臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)被用于9座燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠中。

SGT800進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的時(shí)間相對(duì)較晚。2016年2月，西門子在中國(guó)獲得了首份4臺(tái)SGT800訂單，用于山西國(guó)新能源在保德和昔陽的分布式能源項(xiàng)目。2017年8月，西門子公司與杭州汽輪機(jī)股份有限公司簽訂了SGT800技術(shù)轉(zhuǎn)移協(xié)議，這次技術(shù)轉(zhuǎn)移使得SGT800燃?xì)廨啓C(jī)在中國(guó)市場(chǎng)的前景更為光明。

結(jié)束語

SGT800燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)靈活，支持基本負(fù)載、中間負(fù)載和電網(wǎng)，可以滿足各種效率、可靠性和環(huán)保要求,主要應(yīng)用于聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。杭州汽輪機(jī)股份有限公司通過借鑒西門子的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行維護(hù)方法的豐富經(jīng)驗(yàn)，可進(jìn)一步加強(qiáng)在燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的自主研發(fā)能力。