GT36型燃气轮机是Alstom公司继GT26后研发的新一代H级燃气轮机项目，采用了全新的设计和燃烧室技术。该机型于2016年2月GE完成Alstom公司发电资产剥离后，与GT26型燃机一起交割给Ansaldo能源公司。2016年5月，GT36燃气轮机在瑞士比尔（Birr）正式运行，标志着GT36由研发阶段转入运行验证阶段。
GT36燃气轮机
GT26燃气机轮的典型技术就是连续燃烧技术，该技术能够提供极高的综合性能，具有杰出的运行和燃料灵活性，并且降低了氮氧化物和碳氧化物的排放。GT26燃气采用两个环形燃烧器（EV,first combustor和SEV,second combustor）进行连续燃烧，2011年升级后改进了燃烧室的密封，减少泄漏损失。GT36燃气轮机仍旧采用连续燃烧技术，但是不再使用环形燃烧器，而是采用了管型燃烧室，学名为CPSC(Constant Pressure Sequential Combustion，恒压顺序燃烧器）。其中50Hz版本的GT36-S5采用16个管型燃烧室，60Hz版本的GT-S6采用12个管型燃烧室。
展开剩余95%GT36燃气轮机转子
发展历史2009年：法国阿尔斯通公司开始研发GT36燃气轮机，作为新一代H级重型燃气轮机项目，在阿尔斯通GT26重型燃机基础上发展，旨在满足大功率、高效率需求。
2014年：上海电气完成了对意大利安萨尔多能源公司40%股权的收购，双方在上海成立合资公司，专注于新一代燃机的研发和亚太地区燃机的销售和服务。
2015年：美国通用电气收购阿尔斯通资产，因欧洲反垄断限制，阿尔斯通的GT36技术连同GT26型燃机业务被出售。
2016年：2月，安萨尔多能源公司从通用电气手中完成对阿尔斯通先进重型燃气轮机业务及子公司电力系统制造的收购，交易涵盖GT26和GT36重型燃气轮机的所有知识产权 。5月，安萨尔多在瑞士Birr的试验电站对GT36燃气轮机进行首次点火成功，并开展持续两年多的测试 。
2017年：2月22日，上海电气与意大利邮储银行公司、安萨尔多能源集团在北京人民大会堂签署H级燃机技术联合开发备忘录。
2017年：5月5日，安萨尔多首台H级燃气轮机机组GT36已完成了在瑞士Birr电厂的综合验证计划的第一阶段，实际功率输出高达340MW，简单循环效率为41%，联合循环预计高达61.3%。此外，该机型的燃烧系统——采用顺序燃烧的环管型燃烧器，在2013年时就已在德国航空航天中心（DLR）进行过全尺寸、全流量测试 。
德国航空航天中心斯图加特分部的高压顺序燃烧试验台
2018年：2月23日，安萨尔多在意大利热那亚工厂生产的首台GT36-S5（50Hz 版本）向公众亮相，单机循环功率为538MW，联合循环下功率达760MW，发电效率 62.6% 。
2019年：5月5日，意大利主要电力运营商EdisonSpA与Ansaldo公司签署价值3亿欧元合同，为MargheraLevante CCGT电站提供H 级GT36-S5燃气轮机及相应的HRSG和汽轮机及长协合同，预期3年内建成780MW效率63%的1×1联合循环电站。
2020年：安萨尔多向意大利北部马尔盖拉港联合循环电厂交付首台GT36燃气轮机，当电厂完全投入运营后，总电功率能达到780MW，能源效率达 63%，CO₂排放量相比意大利热电行业平均水平减少40%，NOx排放量减少超70% 。
2023年：9月28日，上海闵行发电厂燃气-蒸汽联合循环发电机组示范工程GT36-S5型H级机组圆满完成168h试运行。
2024年：作为FLEX4H₂项目一部分，Ansaldo Energia成功展示GT36燃气轮机的氢优化燃烧器能以100% 氢燃料运行，燃烧室原型在德国科隆专用测试设施完成成功测试，验证了在天然气和氢气间无缝切换能力，FLEX4H₂项目于2024年1月1日正式启动，将持续到2026年12月。
技术指标GT36燃气轮机的气动和热力学设计源自于F级GT26燃气轮机，均已得到充分验证。
GT36燃气轮机性能数据
GT36燃气轮机联合循环性能数据
系统、结构及选材GT36燃气轮机长13.3m，宽5.9m，高6.6m，质量为577t，是一种冷端驱动环管型燃烧的重型燃气轮机，主要结构包括15级压气机、环管式顺序燃烧室、4级空冷透平。空气通过配有过滤器的进气系统进入压气机实现压缩，压缩后的空气大部分进入燃烧筒参与燃烧，形成高温高压的燃气。高温高压燃气随后进入透平，推动转子完成做功。透平排出的燃气通过轴向扩散器进入烟囱或余热锅炉。
GT36燃气轮机结构
压气机
GT36燃气轮机的压气机共有15级动、静叶。压气机前四级动叶安装在转子的轴向叶根槽内，通过锁片进行固定，其它级动叶安装在转子的周向槽中。所有动叶设计为可控扩散叶型，根据具体要求和边界层条件进行单独优化，从而实现较高的压气机效率,同时保持较高的喘振裕度。
GT36燃机压气机
压气机前四级静叶可调，并分别连接到四个独立的调节机构上，既可防止压气机喘振，又能有效控制气流，扩展负荷的调节范围，提高部分负荷下的效率。其它级静叶安装在压气机外缸或压气机静叶持环内侧的圆周方向T形槽中。
GT36燃机压气机叶片
GT36燃气轮机共有4级可调进气导叶，分为1个VIGV(variant inlet guide vanes,进口可调导叶)和3个VGV(variant guide vanes,可调导叶)。该系统可以根据压气机的实际转速，通过改变进气导叶角度来调节压气机的进气量和进气方向，并限制启机过程中的空气流量，从而降低机组的启动功率、防止压气机喘振。VIGV和VGV机械转动方向相反，每级V(I)GV系统包括1个电动执行机构、2个角度变送器、1圈可调机械连杆、1个Young&Franklin品牌的DMC控制器，整个控制系统在艾默生OVATION分散控制系统内执行。
可调进气导叶系统结构
燃烧室
GT36燃气轮机的燃烧室为环管型，由16个恒压顺序燃烧筒构成，每个燃烧筒在恒定压力下运行。通过精准控制燃料和空气的输入及燃烧过程，可以实现高效率和低排放。
GT36恒压顺序燃烧筒
每个燃烧筒均包含多喷嘴一级燃烧器、稀释空气混合器、顺序燃烧器，以及到透平入口的过渡段。多喷嘴一级燃烧器用于一级燃烧，顺序燃烧器用于二级燃烧。压气机末级排出的压缩空气进入燃烧筒，参与燃烧。每个燃烧筒中，一部分压缩空气在多喷嘴一级燃烧器中与天然气混合并点燃，产生的高温燃气进入稀释空气混合器。另一部分压缩空气通过稀释空气混合器进入一级燃烧后的高温燃气中，并混合，用于调节高温燃气的温度及分布，直至符合顺序燃烧器的进气温度要求。二级燃烧所需的天然气通过顺序燃烧器的喷嘴喷入稀释后的高温燃气中，并与高温燃气在顺序燃烧器下游及过渡段中充分燃烧，产生更高温度的燃气。
多喷嘴一级燃烧器用于恒压顺序燃烧筒的一级燃烧，由四个独立环保燃烧器和一个先导燃烧器组成。其中三个环保燃烧器有值班气入口，属于预混组1，另一个环保燃烧器没有值班气入口，属于预混组2。先导燃烧器包括点火气路、点火电极、燃烧器仪表，燃烧器仪表为嗡鸣探头和热电偶。
当燃气轮机达到点火转速时，先导燃烧器和预混组1的环保燃烧器开始通入天然气，点火电极放电点火，燃气轮机转速逐渐加快，直至达到设定转速，预混组2的环保燃烧器开始工作，转速继续加快，直至全速空载。在此期间，16个燃烧筒的多喷嘴一级燃烧器始终保持燃烧。
顺序燃烧器用于恒压顺序燃烧筒的二级燃烧，是一种超低NOx燃烧器。燃气轮机在运行过程中，稀释空气混合器的出口燃气温度始终保持在预先设定的范围内。用于二级燃烧的天然气经由顺序燃烧器的树型多孔喷嘴喷出，与流经的高温燃气混合自燃。精确控制稀释空气混合器的出口燃气温度，可以保证顺序燃烧器在不同负荷下稳定燃烧。随着燃气轮机负荷的增大，供给至顺序燃烧器的天然气增大。
GT36燃机环管型顺序燃烧器
透平
GT36燃气轮机的透平采用四级空冷动、静叶，所有动、静叶内部设计有冷却通道。第一、二、四级为自由叶片，第三级带围带。前三级动、静叶喷涂双层隔热涂层，可进一步提高动、静叶的耐高温性能。
GT36燃机四级透平
为减少高温燃气在透平腔室中的流动损失，透平各级采用先进的密封结构，可以有效减小级间泄漏，同时还可以减弱与叶顶冷却空气的相互作用，减少气动损失。前两级动叶通过优化叶顶间隙，使叶顶泄漏损失最少。后两级动叶分别采用叶顶带冠和拉金结构，可以有效起到抑制叶片颤振的作用。
GT36燃机透平叶片
GT36燃机透平叶片选材与GT26燃机相同，一级动叶为高温合金精密铸造，牌号为IN738LC或CM247LC。一级静叶为高温合金MAR-M247精密铸造而成，使用陶瓷涂层（TBC），配以冲击、对流、气膜联合冷却方式，冷却空气量消耗较低。其他静叶材料为IN738LC，涂有SV20(NiCrAlY)涂层。
关于MAR-M247合金
MAR-M247是镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金，使用温度在1050°C以下，是我国同类合金中性能水平高的合金之一。合金具有良好的中、高温综合性能以及优异的抗疲劳性能。该合金是在美国René125合金成分的基础上通过调整Ti元素含量和添加Hf元素，使合金具有良好的铸造性能，可铸成壁厚小至0.5mm的带有复杂内腔的无余量定向凝固叶片。适于制作燃气涡轮转子叶片和导向叶片等高温部件。国内相近牌号：K447A。
MAR-M247合金化学成分
MAR-M247合金拉伸、持久性能
关于IN738LC合金
γ′相沉淀强化镍基高温合金是材料科学领域的重大突破之一，IN738LC是其中的高端沉淀强化镍基高温合金，由于其合金化程度高，析出热稳定的主要强化相γ′相（Ni3(Al, Ti)），高铬含量(≥16wt%)，在高达850℃的高温下仍能保持其优异的机械性能，是抗热腐蚀性能最好的合金之一。因此，IN738LC具有优异的微结构稳定性，高温强度和出色的高温抗氧化性能特点，广泛应用于航空航天、发电和核反应堆等领域，是制造航空发动机和燃气涡轮等高温零件的理想材料之一。然而，IN738LC的高γ′析出率对裂纹极为敏感，被归类为“难焊接”的合金”。国内相似牌号：K438。
IN738/IN738LC合金化学成分
IN738LC合金力学性能
运行与检修GT36燃气轮机在设计时，充分考虑了用户对快速启动、快速升降负荷、燃料适应性、环保、运行模式灵活等方面的要求。
快速启动
面对电网负荷的变化，燃气轮机响应速度的快慢在很大程度上决定了调峰机组的优劣。GT36燃气轮机从启动至全速空载所需时间短于15min，从并网至满负荷所需时间短于20min。在联合循环启动工况下，升负荷速率受冷、 热态工况影响而不同。热态工况下，GT36燃气轮机联合循环机组在30min内就能将负荷升至750MW以上，具备快速响应电网负荷需求的能力。
燃料适应性
先进的燃气轮机需要对天然气的成分波动有较好的适应性，能够适应高碳烃类燃料占比和沃泊指数的快速波动。GT36燃气轮机的允许高碳烃类占比达到7%～14%，燃料还可切换为其它形式的天然气,如液化天然气。不需要预热天然气，GT36燃气轮机对天然气沃泊指数的许可范围达31MJ/m³～53 MJ/m³。
掺氢燃烧方面，安萨尔多公司团队在德国科隆试验台成功验证了GT36燃气轮机顺序燃烧技术下的纯氢燃烧，整个试验过程实现了天然气中掺氢量从0到100%的灵活运行，这一成果成为重型燃气轮机技术的一个重要里程碑。
GT36燃轮掺氢燃烧特性
运行模式
GT36燃气轮机具有两种运行模式，分别为延寿模式和高效模式。当压气机的4级可调静叶处于延寿角度，透平进口温度达到延寿模式下最高温度时，GT36燃气轮机处于延寿模式的最高负荷。当GT36燃气轮机在延寿模式的最高负荷及以下运行时，系统计算所得的加权运行小时数将有益于延长GT36燃气轮机的检修周期，检修间隔约延长33%，相当于延长寿命，使GT36燃气轮机拥有更低的维护成本。
通过进一步提高透平的进口温度，可以将GT36燃气轮机负荷从延寿模式最高负荷进一步提升至满负荷。GT36燃气轮机可以在满负荷下不限时间运行，此模式即为高效模式，机组拥有最大的出力和最高的效率，但高效模式仅适用于燃气运行。
检修
GT36的检修分为三个等级，第一级为A修目视检查（Visual Inspection），检修时长为2.6个工作日，主要工作内容是使用内窥镜检查进气系统、排气系统、热通道部件及压气机。第二级为B修热通道检修（HGPI）,检修时长为11.5个工作日，主要工作内容包含A修的所有工作，起吊透平缸排气缸的上半缸，热通道部件及部分燃烧器更换。第三级为C修大修（Major Overhaul Outage），检修时长仅需要18.1天，主要工作包含B修所有工作，起吊燃机上半部缸体，吊燃机转子，压气机检查、清洗及部分部件更换。由于所有进气管道、燃料管道均使用模块化设计，所以在起吊过程中可以通过整体起吊管架的方式，大大减少了检修工作量与停机时间。
A修-动静叶片目视观查
B修、C修
FLEX4H₂项目2024年2月中旬，Ansaldo Energia及其合作伙伴启动了FLEX4H₂，这是一个为期四年的项目，旨在设计、开发和验证基于Ansaldo顺序燃烧技术的高燃料柔性燃气轮机燃烧系统，该系统将能够在高达100%氢气的情况下运行。FLEX4H₂将运行至2026年12月。
FLEX4H₂项目宣传视频
FLEX4H₂项目结构
WP1-燃烧系统开发与改进
燃烧室迭代设计，逐步达到100%掺氢。基于第一个开发循环的成功结果（Gen1 可以证明全顺序燃烧系统从0到100% H2运行），第二个开发循环（Gen2）利用获得的经验进一步提高顺序燃烧系统的性能。
恒压顺序燃烧燃烧室（Constant Pressure Sequential Combustion，CPSC）
GT36顺序燃烧可实现100%掺氢
FLEX4H₂项目中GT36燃机掺氢燃烧测试
WP2-数值模拟
通过使用高分辨率数值模拟预先评估CPSC系统的响应来完善设计基础。对燃气轮机燃烧室燃烧过程的高级和高分辨率数值模拟，可缩短燃烧系统开发周期，大大降低成本。这些研究工作将整合最先进的湍流反应流模拟建模工具，以及现代高性能计算机的计算能力。通过对两级燃烧室进行高分辨率计算，将深入揭示每一级燃烧室中火焰稳定特性与污染物生成的详细规律及趋势。此外，研究团队还将构建两级燃烧室的降阶模型，用于探究两级之间的相互作用，并确定其稳定运行的边界条件。数值模拟结果将用于该燃烧系统的设计，旨在降低燃烧试验成本、拓宽系统运行窗口，尤其针对氢气含量最高可达 100% 的燃料工况。
模型级顺序燃烧室中基于自燃稳定的氢气再热火焰直接数值模拟
氢火焰高速成像（左）与LESPaSR模拟结果（右）
WP3-热声学
确定氢含量对系统热声学的影响。燃气轮机的可靠运行，需要深入理解燃烧动态过程与压力波动之间的相互作用机制。即便是微小的压力扰动，也可能成为诱发不稳定现象快速加剧的 “导火索”，迫使系统偏离最佳运行工况——这不仅会导致效率下降、排放量增加，严重时还可能引发机械疲劳甚至结构损坏。
而当燃气轮机设计为燃用氢气或高氢含量燃料时，上述现象会变得更为关键。相较于传统烃类燃料，氢气具有更高的火焰传播速度和更宽的可燃极限，这使其在本质上对流速及压力扰动更为敏感。
通过有限元法（FEM）计算得出的某一燃烧室部件的特定压力振型可视化结果。在部件模态（LOM）中整合多个部件的振型，可预测整个系统的热声特性。
WP4-测试和TRL6演示
制造全尺寸单燃烧室原型机，并开展两类试验：一是在常压工况下验证点火流程；二是在全发动机运行工况（涵盖温度、压力、燃料与空气质量流量）下进行试验，最终验证该燃烧室在所有天然气-氢气混合燃料（氢气含量最高可达 100%）下的运行性能，从而成功达到技术就绪水平6级（TRL6）。
技术就绪度(Technology Readiness Level,TRL)，TRL6等级为形成原型并验证。
光学可观测高压顺序燃烧试验台（德国航空航天中心斯图加特研究所）
应用GT36燃机全球业绩
上海电力闵行燃机项目
2019年12月28日，上海电力闵行电厂燃气-蒸汽联合循环发电机组示范工程开工建设，该工程建设1套468MW（F 级）和1套745MW（H 级）燃气-蒸汽联合循环发电机组，总装机容量约120万kW。其中H级燃机为上海电气-Ansaldo（安萨尔多）全球首台套H级重型燃机（GT36-S5），是上海电气和安萨尔多在GT36-S6 60Hz机型基础上联合开发的首套50Hz H级联合循环机组。
闵行燃机项目
2023年2月26日，闵行燃机项目H级燃机首次点火成功。9月28日19:36，上海电力闵行燃机745MW（H级）燃气-蒸汽联合循环发电机组一次性、高质量完成168h满负荷试运行，各项指标参数优良。随着H级燃机的投产，闵行燃机的总装机容量突破120万kW。
闵行GT36-S5燃机168h满负荷试运行
参考文献
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