近日，國(guó)內(nèi)進(jìn)口的全球首臺(tái)3D打印微孔預(yù)混9HA燃?xì)廨啓C(jī)在天津港保稅區(qū)臨港區(qū)域大沽口港區(qū)抵津接卸。待正式并網(wǎng)發(fā)電后，天津的居民和企業(yè)將享受9HA燃機(jī)帶來(lái)的清潔、高效能源。

“大九”身懷絕技

據(jù)了解，重達(dá)390T的全球首臺(tái)3D打印微孔預(yù)混9HA燃?xì)廨啓C(jī)俗稱為“大九”，本次由臨港港務(wù)集團(tuán)負(fù)責(zé)作業(yè)的“大九”是中國(guó)進(jìn)口的首臺(tái)9HA燃?xì)廨啓C(jī)。值得一提的是，這臺(tái)“大九”還有一個(gè)特殊身份，即全球第一臺(tái)采用3D打印微孔預(yù)混（MicroMixer）燃燒室的9HA燃機(jī)。

該燃?xì)廨啓C(jī)是由上海長(zhǎng)航國(guó)際海運(yùn)有限公司負(fù)責(zé)承運(yùn)的哈爾濱電氣集團(tuán)天津軍糧城電廠項(xiàng)目核心部件，與傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)相比，9HA燃?xì)廨啓C(jī)在降低碳排放、提高燃燒效率方面有明顯的提升，聯(lián)合循環(huán)效率將高于62%。同時(shí)，此機(jī)器調(diào)峰靈活，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性也有極大幫助。

雖然GE官方并未透漏9HA.02上使用的3D打印技術(shù)細(xì)節(jié)，但據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)了解，GE于2017年1月24日獲批的專利2中，內(nèi)容包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)一般包括壓縮機(jī)部分、具有燃燒器的燃燒部分和渦輪部分。壓縮機(jī)部分逐漸增加工作流體的壓力，以便向燃燒部分提供壓縮的工作流體。燃料被注入壓縮工作流體中以形成可燃混合物。

可燃混合物在燃燒室內(nèi)燃燒以產(chǎn)生具有高溫、壓力和速度的燃燒氣體。較高的燃燒氣體溫度可以提高燃燒器的熱力學(xué)效率。較高的燃燒氣體溫度可提高雙原子氮的分解率，相反，較低的燃燒氣體溫度普遍降低了燃燒氣體的化學(xué)反應(yīng)速率，從而增加生產(chǎn)的一氧化碳（CO）和未燃燒的碳?xì)浠衔铮?/span>UHCS）在燃燒室的停留時(shí)間。為了平衡燃燒器的整體排放性能和熱效率，某些燃燒器設(shè)計(jì)包括多個(gè)燃料噴射器，該燃料噴射器布置在襯墊周圍，并且通常從主燃燒區(qū)下游定位。燃料噴射器一般通過(guò)襯墊徑向延伸，以將流體連通到燃燒氣體流場(chǎng)中。

為了克服燃燒氣體流場(chǎng)中燃燒氣體的高動(dòng)量，必須通過(guò)噴油器引導(dǎo)大量壓縮空氣以將燃料充分推入燃燒氣流中。燃料必須在相對(duì)較高的壓力下供給，以充分推動(dòng)燃料進(jìn)入燃燒氣體流場(chǎng)。解決這些問(wèn)題的當(dāng)前解決方案包括將燃料噴射器的少一部分通過(guò)襯里向內(nèi)徑延伸到燃燒氣體流場(chǎng)中。然而，這種方法將燃料噴射器暴露在熱燃燒氣體中，可能會(huì)影響組件的機(jī)械壽命和導(dǎo)致燃料焦炭積累。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，GE改進(jìn)了用于將燃料噴射器延伸到燃燒氣體流場(chǎng)中的冷卻系統(tǒng)。GE于2017年1月24日獲批的專利包括燃料噴射器主體，包括確定主體包括冷卻通道的三維建模信息，將三維建模切分成多個(gè)切片橫斷層，并通過(guò)電子束融化技術(shù)將各層融化凝固起來(lái)，從而制造出燃料噴射器主體。

GE獲批的專利還包括用于冷卻延伸到燃燒氣體流場(chǎng)的燃料噴射器的系統(tǒng)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，該系統(tǒng)包括通過(guò)燃燒室限定燃燒氣流路徑的襯里、通過(guò)襯里延伸的燃料噴射器開(kāi)口和燃料噴射器。噴油器主體采用粉末床激光熔融或電子束熔融EBM技術(shù)制造。激光熔融增材制造工藝允許更復(fù)雜冷卻通道模式，這樣的通道幾乎無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的制造方法制造。此外，增材制造減少潛在的泄漏和其他潛在的不良影響，例如通過(guò)傳統(tǒng)方法需要有多個(gè)組件釬焊或結(jié)合在一起以形成冷卻通道，這不僅僅增加了工藝的復(fù)雜性和程序，還帶來(lái)了潛在的質(zhì)量隱患。

通過(guò)激光熔融技術(shù)，每層的尺寸在0.0005英寸到大約0.001英寸之間。GE在該專利中所使用的是（但不限于）EOSINT? M 270 , 以及PHENIX PM250, 或者EOSINT? M 250 。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，GE所采用的金屬粉末成分中含有鈷鉻，例如（但不限于）HS1888和INCO625。金屬粉末的粒徑大約在10微米到74微米之間，最好是在大約15微米和大約30微米之間。

金屬3D打印被應(yīng)用到燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方面。金屬3D打印所實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的幾何形狀，使得工程師可以改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)中的燃料和空氣的預(yù)混合，以實(shí)現(xiàn)最大的發(fā)電效率。通過(guò)3D打印技術(shù)制造優(yōu)化的關(guān)鍵零件，從而提升設(shè)備的整體性能，GE已經(jīng)體驗(yàn)到了3D打印技術(shù)“四兩撥千斤”的價(jià)值放大效應(yīng)。

 Review

如果說(shuō)GE能源是個(gè)產(chǎn)品眾多的“大家族”，那么這其中集萬(wàn)千寵愛(ài)于一身的“公主”，一定非目前世界上最大最高效的重型燃?xì)廨啓C(jī)——GE 9HA重型燃?xì)廨啓C(jī)-哈麗特（Harriet）莫屬。她重達(dá)八十萬(wàn)磅，體型驚人卻青春洋溢，一出世便受到世人矚目。

如今GE HArriet憑借3D打印制造技術(shù)，打破了自己的凈效率記錄。在南卡羅來(lái)納州格林維爾工廠的測(cè)試中以64%的聯(lián)合循環(huán)效率擊敗了自身之前的設(shè)計(jì)。GE將HArriet效率的提升歸功于“通過(guò)不斷創(chuàng)新帶來(lái)的燃燒效率突破”，而這里面的創(chuàng)新則離不開(kāi)3D打印技術(shù)所制造的汽輪機(jī)的多個(gè)關(guān)鍵部件。Harriet裝備有原先為超音速噴氣飛機(jī)開(kāi)發(fā)的高溫合金單晶透平葉片，因配合有先進(jìn)的冷卻技術(shù)，可以耐受最高2,900華氏度(1,600℃）的高溫。不僅如此，Harriet在整個(gè)生命周期中擁有很高的經(jīng)濟(jì)效益。GE H家族的燃?xì)廨啓C(jī)被全球70多家客戶的發(fā)電廠使用。通過(guò)將燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的廢熱重新導(dǎo)向蒸汽輪機(jī)，循環(huán)發(fā)電的方式以相同的燃料產(chǎn)生50％以上更多的電力。

就在這個(gè)新紀(jì)錄誕生的18個(gè)月前，9HA.01燃?xì)廨啓C(jī)還贏得了吉尼斯世界紀(jì)錄，為世界上最高效的循環(huán)發(fā)電廠提供動(dòng)力。在法國(guó)Bouchain工廠，GE 9HA產(chǎn)生足夠的電力，提供達(dá)605MW的發(fā)電量為60萬(wàn)個(gè)家庭提供能源。在循環(huán)發(fā)電的系統(tǒng)配置中，效率為64％的新型9HA.02燃?xì)廨啓C(jī)的總輸出功率為826兆瓦。根據(jù)GE能源公司的估計(jì)，額外的電力可以為全球客戶“節(jié)約數(shù)百萬(wàn)美元的燃料”。

一方面是推進(jìn)3D打印在GE內(nèi)部和外部客戶領(lǐng)域的應(yīng)用，另一方面是通過(guò)合作推進(jìn)GE產(chǎn)品在全世界范圍內(nèi)的引入。在中國(guó)，GE與哈電集團(tuán)2014年就簽署了9HA技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，GE哈爾濱創(chuàng)新中心將和哈電協(xié)同創(chuàng)新，共同幫助Harriet實(shí)現(xiàn)本土化，成為為中國(guó)市場(chǎng)量身打造的設(shè)備。在Harriet的哈爾濱創(chuàng)新中心，GE公司的工程師們、哈電集團(tuán)研發(fā)部門(mén)的工程師以及美國(guó)和法國(guó)等地的專家資源將共同研究中國(guó)客戶的需求，為Harriet鋪平本土化之路，或許我們可以期待，在不久的將來(lái)，帶有3D打印關(guān)鍵零部件的9HA.02也在中國(guó)組裝線上生產(chǎn)。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)