航空发动机及燃气轮机高温部件精密铸造产业化项目可行性报告.docx
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航空发动机及燃气轮机高温部件精密铸造产业化项目可行性报告
航空发动机及燃气轮机高温部件精密铸造产业化项目可行性报告
航空发动机、燃气轮机高温部件精密
铸造产业化项目
（可行性报告）
x特种合金技术有限公司
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航空发动机、燃气轮机高温部件精密铸造产业化项目
可行性报告
1项目概述
1.1项目名称及建设单位
项目名称:
航空发动机及燃气轮机精密铸造产业化项目
建设单位:
x特种合金技术有限公司
法定代表人:
x
项目建设地点:
x市x区x。
1.2项目提出的依据
1）国家发改委关于2010年鼓励发展产业的有关政策规定。
2）《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006?
2020年）》
3）《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》
4）《国家能源科技“十二五“规划》
5）中国船舶重工集团公司第七?
三研究所、x特种合金技术有限公司与中国船舶重工集团公司规划发展战略研究中心关于开展项目可行性研究工作的合同。
6）中国船舶重工集团公司第七?
三研究所、x特种合金技术有限公司向中国船舶重工集团公司规划发展战略研究中心提供的有关产品及其工艺资料、动力供应条件、区域水文地质及规划条件等资料。
6）国家和行业有关法令、法规、规范、技术标准等。
1.3项目背景及项目建设的必要性
1.3.1项目背景
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燃气轮机是涉及国家能源、国防安全的战略性产业装备。
作为先进的动力装备，燃气轮机在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用，西方国家把它作为“国防安全、能源安全和保持工业竞争能力”的战略装备而列为国家的关键产业。
燃气轮机代表了动力装备领域最高技术的高端产品，被誉为机械装备产业中的“王冠”。
国内燃气轮机技术相对落后，燃气轮机市场基本被国外燃气轮机所垄断，国内投资大部分花费在购买国外设备上，且运行维护费用居高不下，在国防与能源安全的国家战略上受制于人。
在飞机制造领域，航空发动机的研制与产业化投入最大、研制周期最长、技术难度最高，是影响整个飞机性能和可靠性的关键所在，也是国内飞机制造业木桶上的一块短板。
长期以来，我国航空制造业受到发动机自主研发能力不足的严重困扰。
《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》将航空装备产业列为高端装备制造产业中的第一个项目，明确提出要突破航空发动机核心关键技术，加快推进航空发动机产业化。
燃气轮机和航空发动机被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006?
2020年）》制定的重大科技专项，力争取得突破，并填补国家战略空白。
涡轮叶片是燃气轮机、航空发动机的关键部件，其结构与材料的不断改进是提高能源利用效率、获得高性能装备和产品的关键。
由于其处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，被誉为“王冠上的明珠”。
作为涡轮叶片生产的关键技术，定向、单晶高温合金叶片制造技术成为国内外近20年来极为关注的重大技
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术问题。
本项目以航空发动机、燃气轮机高温精密铸造叶片为产业化对象，通过与国际ITT技术团队的强强联手，提高部件尺寸水平和产品合格率，形成国内最强的、国际先进的涡轮精密铸造叶片研制能力，并实现定向、单晶涡轮精铸叶片的产业化发展。
中船重工七〇三所是我国唯一的集蒸汽轮机、燃气轮机、锅炉装置、动力传动装置和动力控制五大专业的综合性能源动力研究所，是集科研、设计、生产、装备配套与集成于一身的综合性高技术企业。
七?
三所积极探求与国外的技术团队采取技术合作方式，与x组建高温合金铸造叶片的研发生产企业，引进国外的技术专家团队（ITT专家团队）和成熟的航空发动机及燃气轮机高温合金铸造叶片产业化制造工艺技术，开展航空发动机及燃气轮机高温铸造叶片精铸产业化项目，力争实现我国燃气轮机和航空发动机高温涡轮叶片研发和制造的飞跃。
1.3.2项目建设的必要性
1）燃气轮机产业发展是我国国防与能源安全的战略需要
（1）燃气轮机产业发展有助于我国国防和能源安全
由于燃气轮机具有功率密度大、机动性强、振动噪声低、寿命长等特点，尤其适合现代及未来舰船的发展需求，所以燃气轮机作为舰船动力已经成为目前先进舰船动力的发展趋势。
燃气轮机作为高效、清洁发电和动力驱动系统的核心装备，对于调整能源结构、践行节能减排的政策具有重要意义，特别是在“西气东输”等天然气管道建设中，燃气轮机压缩机组是不可或缺的动力。
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目前，国内装机发电和动力驱动燃气轮机基本依赖进口，市场基本被国外垄断。
在目前复杂的国际环境下，一旦国际局势发生变化，我国的能源领域将存在难以正常运转的重大隐患，从而影响我国能源的战略安全。
（2）燃气轮机是能源高效、清洁利用可持续发展的技术支撑
我国是煤炭大国，洁净煤技术是发展低碳经济、解决能源与环境问题、实现可持续发展的必然选择。
当代先进的洁净煤技术以煤气化发电（IGCC）和多联产为标志，其核心装置是燃用合成气的燃气轮机。
未来洁净煤技术将煤气化发电和二氧化碳捕集利用相结合，实现富氢或纯氢燃料燃气轮机联合循环发电。
因此，高效率、低排放、适合各种低热值燃料的燃气轮机是高效洁净能源系统和洁净煤发电的核心关键装备，而目前国内自主产品还处于空白，制约了IGCC发电技术和产业的发展。
为提高能源利用效率和避免超大电网出现事故带来的严重后果，以集群式微小型、中小型燃气轮机为核心的分布式供能技术在二十一世纪将有较大发展，这些机组同时具有发电、供热与制冷能力，燃料综合利用系数可达0.80以上，对于我国实施节能减排、低碳发展具有重要意义。
因此，发展国内自主的燃气轮机产业对保障我国国防、能源安全和能源装备技术进步具有十分重要的战略意义。
2）我国自主航空发动机产业发展对保障国家安全和增强综合国力具有重大战略意义
目前世界上商用和军用航空发动机市场基本被通用、罗罗、普惠
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等几家国际巨头垄断。
过去国内航空发动机以引进为主，在此基础上进行发展、改进或仿制。
专利引进或测绘仿制的发动机型号过多，延续时间过长，在某种程度上阻碍和束缚了我国航空发动机的自主研发，造成国产飞机普遍动力不足。
在商用航空发动机领域，早期重视程度和资金投入不够，导致我国在商用航空发动机领域几乎一片空白，无论是2016年将要投入使用的C919干线大飞机，还是ARJ21支线客机，配装的都是进口发动机;在军用航空发动机领域，基于发动机的战斗力形成过度依赖第三国，导致我国整体国防安全脆弱和受制于人。
航空发动机的技术好坏直接关系到中国军用、民用航空器的技术实力增强，也是中国航空走向世界和国际市场的关键技术之一。
目前中国的军民航空业最大的问题不在设计，而在于航空发动机这一重大瓶颈。
我国军用和民用航空器出口多是被第三国限制，要么是仿制版权之争，要么是第三国发动机转口限制等等，这些都让中国的飞行器发展和参与国际市场竞争遇到“被卡脖子”的问题。
因此，我国航空发动机自主研发和产业发展对保障国家安全和增强综合国力具有重大战略意义。
3）涡轮叶片制造工艺技术是制约燃气轮机和航空发动机技术发展的重要瓶颈
涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的关键部件。
涡轮进口温度的提高，意味着涡轮叶片将在更加恶劣的条件下工作，其性能水平（特别是承温能力）成为航空发动机和燃气轮机先进程度的重要标志;其制造技术成为国内外近20年来极为关注的重大技术问题。
为了使涡
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轮叶片获得高耐温能力，人们在涡轮叶片设计、高温材料的研制、冷却方法研究及表面涂层等方面作了大量的工作，西方发达国家成功发展了定向结晶、单晶高温涡轮叶片制造技术，形成了性能优良的产品体系，同时，对我国实行长期技术封锁，制约我国国防工业和能源装备领域的发展。
（1）燃气轮机领域
燃气轮机设计和制造技术掌握在西方发达国家。
重型燃气轮机主要以美国GE公司、德国Simens公司、法国阿尔斯通公司、日本三菱公司为主，中国尚未有真正意义上的自主知识产权的产品;中小型工业燃气轮机主要以美国Solar公司、德国Simens公司、美国GE公司、英国RR公司为主，我国经过多年积累，掌握了部分核心技术，具备了一定的自主设计能力，也形成了小批量的制造能力，但技术水平和产品设计水平与世界先进水平仍有10年以上差距。
燃气轮机的核心技术之一集中在高温燃气透平叶片的设计、制造技术方面，工业燃气轮机超高温透平叶片精密铸造技术是一项西方国家对我国极度封锁的敏感技术。
目前，国内各发电厂使用的9E级、9F级燃气轮机发电机组均全部采用进口燃气轮机机组，价格昂贵，以39万千瓦9F级发电机组用燃气轮机为例，其前三级透平叶片配件需6000万元左右人民币，第一级透平叶片每片高达60万元左右人民币，与此同时，维修配件费用也惊人。
如此高昂的价格，吞噬了我们电厂大部分的利润。
（2）航空发动机领域
中国正在加快发展国产商用大飞机和研制更高性能的军用飞机，
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必须研制大推力、高效率的发动机，最有效途径就是提高发动机燃气出口温度。
而无论是商用的高涵道发动机，还是军用的小涵道发动机，其最关键的热端部件的核心都是涡轮叶片。
在航空发动机内，喷入的燃料与高压空气混合爆燃后，快速膨胀，形成近1500?
的高温、高压燃气冲击叶片高速旋转，军用航空发动机更是提出了在本世纪将要提高到2000?
以上的目标。
涡轮叶片作为核心做功部件，在温度高、负荷大、应力复杂的恶劣工况条件下可靠工作;同时，还要让飞机能够飞行更长时间，实现更好的天空出勤率，发动机大修周期就应更长。
因此，必须要有更耐高温、更高强度的叶片。
试验证明:
定向结晶合金叶片寿命是普通铸造高温合金叶片的2.5倍，单晶合金叶片寿命是普通铸造高温合金叶片的5倍。
近二十年来，国外主要发动机公司均已建立定向凝固和单晶涡轮叶片精铸生产线，其叶片单面余量稳定在0.05-0.1mm，涡轮叶片合格率可达70%以上，导向叶片合格率达90%以上。
定向凝固和单晶涡轮叶片已经应用于发达国家最新研制的飞机发动机，同时，对我国实行严格的技术封锁。
发动机是飞机的心脏，叶片是发动机的心脏。
所以我国著名的航空发动机专家吴大观院士感慨:
高温合金的发展决定了中国航空发动机的发展，也决定了中国航空工业的发展。
2、项目总投资
2.1项目总投资55000万元，分二期实施，一期项目投资33000万元;二期项目投资22000万元。
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1.3.3主要建设内容
经分析论证确定本项目建设规模如下:
1）征地
本项目拟征土地74.5亩（约50000?
）。
本项目投资为一期建设内容，总投资33000万元。
2）工程建设
103厂房建设，建筑面积10000平方米。
其中:
变电站房:
200平方米
泵房:
50平方米
1.3.4建设投资估算及资金来源
1）本项目建设投资为:
33000万元（含2637.00万美元）。
其中:
建筑工程费11000万元，占建设投资33.3%;
设备工程费20000万元，占建设投资66.67%;
其中:
公用设备1200万元，占建设投资3.8%;
工艺设备18800万元，占建设投资56.96%;
安装工程费1128.0万元，占建设投资3.4%;
基本预备费4167.3万元，占建设投资6.7%;
2）资金来源:
项目投资33000万元由建设单位自筹。
1.4主要技术经济数据
主要数据及技术经济指标
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序号名称单位指标备注
1新征地亩74.5约50000?
2新增设备总数台/套300其中进口设备160台/套
3总建筑面积?
10000
4职工总人数人300社会招聘
5新增道路面积?
8015
6新增绿地面积?
8100
7围墙m823
8新增动力需求量
（1）用电负荷kW4916
（2）用水量t/d517
3（3）氩气m/d800
3（4）氮气m/d800
3（5）压缩空气用量m/min60
3（6）天然气m/d8000
9项目总投资万元33000
其中:
固定资产投资万元330002需求分析和建设规模
2.1市场分析
2.1.1工业燃气轮机的应用市场分析
燃气轮机是一种先进的动力装置，是未来我国水面舰船的主动力，同时还广泛应用于联合循环电站、调峰电站、移动式电站、输气管道的泵站等。
我国新世纪“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”等三大工程均与燃气轮机有关，同时我国舰船制造业的健康快速发展对燃气轮机提出更多需求，我国已成为世界最大的燃气轮机潜在市场。
2.1.1.1重型燃气轮机
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2001年，国家发改委提出“统一组织国内市场资源，集中招标，引进技术，促进国内燃气轮机产业的发展和制造水平的提高”，以形成我国重型燃气轮机产业为目标，用5,7年左右时间，采用中外合资、合作等方式，引进F级和E级制造技术，形成2,3家企业为核心的燃气轮机制造体系，最终形成国内自主开发能力。
从2003年3月起，通过“打捆招标”，较为全面地引进了F，E和B三种功率等级燃气轮机的制造和总装技术，突破了过去国外公司对我国制造燃气轮机的禁区，但是仅引进了部分制造技术，没有引进设计技术。
“打捆招标”促进了近几年我国的燃气轮机工业发展，但是在技术上，国内基本上没有自己的重型燃气轮机。
在市场方面，我国的大功率燃气轮机市场基本上被国外机组占领。
据初步统计，在发电用重型燃气轮机中，已有77.5%组成了联合循环发电机组，我国燃气轮机电站已迈入大容量高效率的发展阶段。
据专家估计到2020年燃气轮机尚需6000万kW容量，约合150台左右9F级重型燃气轮机。
若未来我国燃气轮机的发展仍按“十五”期间新增燃气轮机发电10000MW计算，全部进口设备费用约20亿美元以上，再考虑到寿命期内的维修和备品及配件更换，费用还会更多。
重型燃气轮机的高温部件（喷嘴、动静叶片）约占燃气轮机成本的1/3,1/5，特别是前三级涡轮叶片价格更贵，如发电用39万千瓦--9F级燃气轮机，前三级叶片总价在人民币6000万元左右。
第一级每片叶片价格达人民币60万元左右。
2.1.1.2船舶用燃气轮机
在军民用船舶中，燃气轮机首先用于军用舰艇。
70年代以来，
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舰用燃气轮机迅速发展。
美、英、苏、德、日等国在70年代以后建造的大、中、小型水面舰艇的主动力绝大部分采用全燃气轮机动力装置或柴油机--燃气轮机联合动力装置。
上世纪80年代以来，燃气轮机也广泛用于高性能商用船舶，如豪华客轮、豪华游艇等。
就我国来看，燃气轮机上舰是一个巨大的潜在市场。
我国海军现代化已提到日程，研制舰用燃气轮机已迫在眉睫。
海军引进的GT25XXX、GT6XXX已经开始装备海军。
GT25XXX燃气轮机的引进和国产化以及GT6XXX的引进不仅为海军提供了先进的装备，也为我国自主发展舰船燃气轮机提供了可靠的技术途径。
其他型号燃气轮机上舰论证工作也正在开展。
可以预见，随着海军现代化进程的加快和国内经济的不断发展，燃气轮机会迅速成为舰船动力的首要选择，未来几年，仅船舶用30兆瓦级燃气轮机需求量将超过50台套，市场容量很大。
2.1.1.3工业驱动燃气轮机
天然气是国家战略性能源。
天然气管线工程是国家的战略性工程和形象工程，其安全性和可靠性更是与国家经济和人民群众日常生活息息相关。
天然气要从西部输送到东部，需要许多组燃气轮机驱动压缩机不断地进行增压，保证连续地输送。
随着天然气管道建设的快速发展，天然气管道系统对压缩机组的需求量也日益增加。
据不完全统计，5年后中国石油拥有的管道压缩机组数量将达到230套以上，其中60,是燃驱离心压缩机。
预计未来几年天然气管道建设需要大功率燃驱压缩机组的数量约为120台。
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目前我国天然气管线上的燃驱压缩机组基本是从英美等燃气轮机技术发达国家引进的，关键设备长期依赖进口将使我国能源输送受制于人，一旦由于政治原因影响到燃机备件供应和维护、修理，就会影响天然气供应甚至造成全线瘫痪，将使我国东部经济遭受致命性打击。
这不仅与我国的国际形象和地位不相符，而且还涉及到国家能源安全和社会的稳定。
正在开展的燃驱压缩机组国产化研制就是解决国家能源输送安全问题的必然选择。
2.1.1.4中小型发电燃气轮机
从80年代以来，由于气动、材料、加工工艺的技术进步，燃气轮机及由其组成的联合循环获得了迅速的发展，已能用来带基本负荷和中间负荷，同时也具备调峰能力。
特别是当天然气资源被广泛开发和应用后，燃气轮机及其联合循环已经成为全世界电力工业中的主力机组。
燃气轮机发电机组可以作为国家大电网的重要补充，在处置自然灾害和应急突发事件中起到不可替代的作用。
世纪之初，美国、加拿大发生大面积停电事故，对美国经济和社会造成了严重影响。
之后，美国和加拿大加大了对燃气轮机的投入，将发电型燃机作为备用电源配置在关键地区，并广泛用于信息技术行业、居民建筑、医院、商业及高层建筑中和消防。
2008年初，我国南方发生的大面积冰雪灾害，对当地电网造成了巨大破坏，致使人民生产生活受到严重影响，这也曝露了大电网的局限性，如果能广泛采用燃气轮机作为备用电源，形成分布式发电，将极大地降低冰雪灾害的影响，为国家挽回大量的损失，并使人民群众的生活得到更有效地保障。
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（1）中小城市调峰发电及热电联产市场领域
随着西气东输及其他天然气输送管道的建成投产，电力部门在天然气管道沿线纷纷建设大型燃气轮机电站，但由于目前天然气输气量的不稳定和短缺，还难以满足大型燃气轮机电站的需求。
因此，在天然气供应紧张的情况下，建设大型燃气轮机发电项目是不符合我国国情，而通过在城市里部署大量的中、小型热电联产机组或热电冷三联供机组来建设分布式能源更符合我国实际情况。
随着我国对环保的重视，西气东输沿线大中城市有700余家热电厂改造成为必然，这些电厂装机容量大部分是7,000kW,12,000kW，即使只有10%的电厂采用燃气轮机发电机组改造，10MW级燃机市场约70台，加上部分城市新建的大型场馆的全能源系统（热电冷联产）、热电联产系统燃机约需30,50台，今后10年利用天然气发电的10,000千瓦级的燃气轮机发电机组市场将达到100,120台。
（2）海洋平台燃气轮机电站
中海油集团是我国开发海洋石油的龙头企业，海洋工程用燃气轮机目前主要是从国外进口设备，所采用的燃气轮机功率档次基本可归纳为三档:
3500KW、4600,7520KW、11000,15000KW，目前这一领域的产品被美国索拉公司垄断，用于驱动发电机组和压缩机组。
产品主要供货商有美国索拉公司和德国西门子公司。
上述公司只提供产品不转让技术，且产品价位高，维修费用大，一次大修费用是原机1/3的价格，来华服务人员支付佣金也很高。
为打破国外厂商对海洋平台燃气轮机的垄断地位，已在中海油公司进行了引进乌克兰GT6000发电机组示范电站工程项目，向海洋平
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台推广应用，项目已经成功验收并运行超过10000小时。
（3）中低热值燃料中小功率燃气轮机
我国能源资源非常有限，煤炭、石油已经探明储量，全球平均可开采230年，而我国仅仅只有90年。
我国天然气的丰度和规模也都低于世界平均水平，且远离工业发达地区，使用成本很高。
而燃气轮机可以燃用多种燃料，我国有许多诸如煤层气、黄磷尾气、焦炉煤气、高炉煤气等燃气，由于含杂质多、热值低、不易燃烧等原因，或者只能简单加以利用，或者大部分都白白地浪费掉了。
像煤矿瓦斯气，不但影响环境，而且威胁安全。
将煤矿、油田等地这些大量中低热值燃料气体回收利用，组成燃气轮发电机组和余热锅炉、汽轮发电机组的燃气/蒸汽联合循环，变废为宝，治理污染，保护环境，实现循环经济、节约型社会，对于国家、对于企业都是非常有利的。
可见，燃用这种气体的中小功率燃气轮机未来市场前景非常好。
（4）中、高热值焦炉煤气市场领域
中国约有2000余家焦化厂，现有焦炭生产能力12,000万吨，不同程度的要为煤气寻找新的应用出路。
由于焦炭市场看好，各地纷纷从煤炭深度开发的角度加快焦炭加工厂的建设。
但由于天然气的应用，有相当一部分焦炭厂的辅附产品——焦炉煤气没有办法处理。
一般焦炉煤气热值在3500,4,500kcal/Nm3。
一个年产100万吨焦炭的焦炭厂，它所生产的焦炉煤气可供3台10,000kW燃机发电的用气，扣除其自用一部分外，一般考虑是2台10,000kW的燃机应用。
以现有的焦炭生产厂的30,采用燃机热电联产或联合循环发电，
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则10,000kW的燃机的市场约70台。
燃机高温叶片市场需求如下:
目前国内“四大家族”“打捆招标”生产的9F级燃
气轮机高温部件完全依赖外方企业提供，可逐步实现国产化供
应;
西气东输燃气轮机的高温部件的配套供应生产;
哈汽研发的重型燃气轮机所需高温部件;
由清华大学等组成的IGCC用燃气轮机研制联合体，其
设计样机将面临高温部件的选择;
舰用燃气轮机、航空发动机也需要新一代的高质量、
高水平、高寿命的高温部件，合作企业将能提供它们新的选择;
目前国内运行的燃气轮机的高温部件的备品备件;
通过国际知名燃气轮机主机厂商的OEM认证。
外方专
家将发挥其长期在业内的影响和人脉关系，以产品价格、质量
打开国际市场。
2.1.2民用、军用涡轮发动机的市场分析
超高温叶片是民用、军用发动机的核心部件，特别是国家决定发展国产商用大飞机。
发动机关键高温部件的国产化将成为当务之急。
我国近年来每年需要进口上百架大型客机，今后我国每年对于飞机的需求量仍然会增加，中国目前有786架大型民用飞机，未来20年内还需要补充2400架，需求占世界的10%，是除美国以外世界上的第二大航空市场。
提高航空发动机的推重比和热效率，以及大幅度延长飞机的大修
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时间，最有效方法是提高叶片的耐热强度，提高叶片的工作温度。
本项目所研制的超高温定向、单晶透平叶片将会面临这样一个航空发动机涡轮叶片提供及保障维护的巨大市场。
2.1.3航空、航天用等轴合金复杂结构件市场
航空发动机为了减少重量，增加可靠性，零部件尽量在采取多零件整体化铸造，少、无装配，少、无加工，近净成形。
据介绍，美国F-35战斗机要求减少加工量90%，而可降低成本达66%。
这种复杂的航空航天结构件，如叶轮、壳体等，各飞机制造商都在迫切寻觅合作伙伴，仅瑞士一家公司每年加工量在几十亿美元。
2.2产品方案
涡轮叶片是燃气轮机和航空发动机的关键部件，其结构与材料的不断改进是提高能源利用效率、获得高性能装备的关键。
随着叶片设计、材料与制造技术的不断提高，涡轮叶片的性能水平（特别是承温能力）得以显著提升。
本项目产品为等轴、定向、单晶高温合金精铸涡轮叶片。
2.2.1本项目产品达到的技术指标
（1）定向、单晶叶片的合格率不低于80%;定向、单晶空心叶片合格率不低于70%;其平均成本将比国际同类企业低15%,25%;
（2）等轴多晶铸件最大外形可达1000mm，直径可达1000mm，重量最大可达250kg;
（3）定向结晶最大尺寸能达到400mm，重量120kg;
（4）单晶合金叶片最大尺寸达到350mm，重量可达60kg，分别能达到国际第一代、第二代、第三代、第四代单晶合金叶片水平。
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2.3生产纲领
根据市场预测并结合七〇三所、x特种合金有限公司的技术与经营实力，本项目按总产能生产4.18万件规模投资（其中高温等轴合金件1.76万件，超高温定向合金件1.21万件，超高温单晶合金件1.21万件）。
本项目建设期3年，投产第1年、第2年为技术引进吸收期，期间进行各项工艺试验和验证，产能分别达到生产能力的25%、50%
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