9E級燃機軸向與側(cè)向進氣對比研究

李 凱

(河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031）

9E級燃機軸向與側(cè)向進氣對比研究

李 凱

(河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031）

首先對PG9171E型燃氣輪機軸向及側(cè)向進氣方式進行了介紹；其次，對兩種進氣方案從設備造價、進氣系統(tǒng)壓損、機組熱耗等方面進行了對比；最后，列舉工程實例說明了該項對比研究的應用價值。

燃氣輪機；軸向進氣；側(cè)向進氣；可行性

0 引言

目前，世界上以重型燃氣輪機為核心的燃用天然氣的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)效率已經(jīng)超過60%[1]。燃氣輪機具有結(jié)構(gòu)緊湊、集裝性強等特點，既可以室外布置，也可以室內(nèi)布置。國外燃機電廠大多采用室外布置，而國內(nèi)考慮到設備的運行維護、運行習慣和降噪環(huán)保等因素的影響，大多采用室內(nèi)布置。目前，燃機廠商在國內(nèi)的合作多采用技術(shù)引進形式，國內(nèi)生產(chǎn)商對燃機設計能力有限，大多只提供固定機型供用戶選擇，所以供貨燃機具有明顯的品牌特征，同一品牌機型差異很小，燃機房布置較統(tǒng)一。

1 PG9171E型燃氣輪機兩種進氣方式

1.1 PG9171E型燃氣輪機軸向進氣布置

GE公司的PG9171E燃氣輪機模塊的典型布置為燃氣輪機軸向進氣，即燃氣輪機壓氣機軸向進氣方向與燃氣輪機軸線平行，氣流在風道內(nèi)折轉(zhuǎn)一次后進入壓氣機，排氣口與燃氣輪機軸線垂直，余熱鍋爐布置在燃機廠房側(cè)面。燃氣輪機軸向進氣方案要求進氣風道的寬度范圍內(nèi)留有12 m的空間，此范圍內(nèi)不能有遮擋物。該布置在國內(nèi)已有近90臺的業(yè)績，如上海閘北、上海奉賢、浙江龍灣、浙江鎮(zhèn)海、深圳南山等，還有廣東地區(qū)，東北、華北地區(qū)等。

1.2 PG9171E型燃氣輪機側(cè)向進氣布置

PG9171E的壓氣機除采用軸向進氣典型布置型式外，還可采用側(cè)向進氣布置。在壓氣機側(cè)向進氣布置方案中，進氣風道是在壓氣機軸向進氣布置的基礎上，增加了一件90。的進氣彎頭后實現(xiàn)的，因此氣流在風道內(nèi)需折轉(zhuǎn)2次。這種進氣布置方式的業(yè)績很少，國內(nèi)只在格爾木采用過。

燃氣輪機側(cè)向進氣方式對應的燃機房布置方案，比軸向進氣方案增長了0.9 m，主要是因增加了一個90。進氣彎頭后風道長度有所增加。燃氣輪機側(cè)向進氣方案也要求進氣風道的寬度范圍內(nèi)留有12 m的空間，此范圍內(nèi)不能有遮擋物。由于進氣管道增加了彎頭，壓氣機進氣系統(tǒng)的壓損約會增加500 Pa，燃氣輪機在性能保證工況下出力下降約1 100 kW。

1.3 PG9171E型燃氣輪機進氣方式特殊說明

這里需要特別說明的是，燃氣輪機壓氣機直接側(cè)向進氣方式(壓氣機進氣朝向一側(cè)，氣流折轉(zhuǎn)一次，進氣中心線與軸線垂直）主機廠還無法生產(chǎn)。主要原因是采用這種進氣方式，空氣在風道內(nèi)的流動將十分紊亂，燃氣輪機性能無法保證。

2 PG9171E型燃氣輪機兩種進氣方式對比

基于上述分析，我們對燃氣輪機軸向和側(cè)向進氣方案從以下幾個方面進行對比:

(1）燃氣輪機采用壓氣機軸向進氣方式，進氣系統(tǒng)造價低；采用側(cè)向進氣方式，除了需要增加90。進氣彎頭等材料費用外，由于該布置不是PG9171E機型的典型設計，還需要增加一部分設計和制造費用，技術(shù)上有一定的風險，因而會增加進氣系統(tǒng)的造價。

(2）燃氣輪機進口壓降是影響其性能的重要因素之一。例如，在壓氣機進氣口放入空氣過濾器、消音器、汽化冷卻器或激冷裝置，或在排氣口放入熱回收裝置，會引起系統(tǒng)中的壓力損失。這些壓力損失的影響對每種設計都是獨特的[2]。采用壓氣機軸向進氣方式，氣流在風道內(nèi)只需折轉(zhuǎn)一次，這使得進氣系統(tǒng)的壓損較小；而壓氣機采用側(cè)向進氣方式，氣流需要在風道內(nèi)折轉(zhuǎn)2次，加之風道長度有所增加，會導致進氣壓損增加，從而降低燃氣輪機性能，造成全廠的熱經(jīng)濟性有一定程度的下降。側(cè)向進氣會使進氣壓損增加500 Pa左右，燃氣輪機在性能保證工況下出力下降約1 100 kW，熱耗將升高30 kJ/kW·h。

(3）采用壓氣機側(cè)向進氣方式，燃氣輪機及進氣風道的總體尺寸會加大，這種進氣方式相比壓氣機軸向進氣方式，燃機房加長了0.9 m，因而將增加燃機房投資。

(4）對于南京汽輪機廠引進的GE PG9171E型燃氣輪機，采用壓氣機軸向進氣布置的運行業(yè)績較多，而側(cè)向進氣布置的運行業(yè)績僅為1臺。

3 工程實例

某燃機電站擴建工程為2×9E級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，該廠一期為2×9F級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，二期為2×1 000 MW燃煤機組，本期工程與一期F級聯(lián)合循環(huán)機組相鄰。該工程主機為南京汽輪機廠配套產(chǎn)品，主機配置采用1+1+1多軸型式，即1臺燃氣輪機發(fā)電機組+1臺余熱鍋爐+1臺汽輪發(fā)電機組，燃氣輪機發(fā)電機組和汽輪發(fā)電機組不同軸布置。燃氣輪機為南汽引進的美國GE公司的PG9171E機型，配套發(fā)電機為箱式結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)無刷勵磁，采用強制循環(huán)空氣冷卻；汽輪機為高壓、沖動、單排汽、單軸、可調(diào)整單抽凝汽式；配套發(fā)電機為南汽產(chǎn)品，采用強迫空氣循環(huán)冷卻，無刷勵磁；余熱鍋爐為703所產(chǎn)品。

在該電站的擴建過程中，為了充分利用一期資源，減小占地，曾提出采用燃氣輪機側(cè)向進氣的布置型式，以達到擴建機組與老廠主廠房貼建的目的。按照GE公司的技術(shù)標準，壓氣機進氣口12 m范圍內(nèi)不能有遮擋物，否則燃氣輪機的性能無法得到保證，因此，若采用燃氣輪機軸向進氣布置方案，由于其壓氣機軸向進氣方向與燃氣輪機軸線平行，本期2臺9E級燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組不能與老廠9F機組貼建。

當采用燃氣輪機側(cè)向進氣方式時，如前所述，燃氣輪機進氣壓損將增加500 Pa左右，燃氣輪機在性能保證工況下出力將下降約1 100 kW，熱耗將升高30 kJ/kW·h。這種以降低機組長期運行的熱經(jīng)濟性換來的初投資節(jié)約是得不償失的。

此外，燃氣輪機側(cè)向進氣還會帶來進氣系統(tǒng)造價及燃機房造價的增加。

基于上述原因，該電站在擴建過程中未采納燃氣輪機側(cè)向進氣的布置方案，而是采用了典型的燃氣輪機軸向進氣布置方案。

4 結(jié)論

PG9171E型燃氣輪機具有軸向進氣和側(cè)向進氣2種布置型式，本文對比研究結(jié)果如下:

(1）燃氣輪機軸向進氣為GE PG9171E型燃機典型布置，而采用燃氣輪機側(cè)向進氣方式時，其設計周期和設計成本將增加，同時會帶來燃氣輪機整體布置尺寸的增大，且其應用業(yè)績也很少；

(2）采用壓氣機側(cè)向方案時，進氣系統(tǒng)壓損約增大500 Pa，燃氣輪機在性能保證工況下出力約下降1 100 kW，熱耗約升高30 kJ/kW·h，燃氣輪機運行性能下降。

具體到工程應用，在燃機電站的擴建中，為了節(jié)省占地或是利用老廠資源，通常采用擴建機組與老廠主廠房貼建的措施。本文分析表明，當采用側(cè)向進氣的燃氣輪機與老廠貼建時，其進氣壓損將增大，燃氣輪機出力將下降，這種以降低機組長期運行的熱經(jīng)濟性換來的初投資節(jié)約是得不償失的。

[1]劉紅，蔡寧生.重型燃氣輪機技術(shù)進展分析[J].燃氣輪機技術(shù)，2012，25(3）:1～5

[2]Brooks F J.GE燃氣輪機性能特點[J].東方汽輪機，2005(2）:52～65

2014-10-17

李凱(1980—），男，河北石家莊人，碩士研究生，工程師，從事火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)設計工作。