9E級燃機軸向與側向進氣對比研究

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—蒸汽聯合循環效率已經超過60%[1]。燃氣輪機具有結構緊湊、集裝性強等特點，既可以室外布置，也可以室內布置。國外燃機電廠大多采用室外布置，而國內考慮到設備的運行維護、運行習慣和降噪環保等因素的影響，大多采用室內布置。目前，燃機廠商在國內的合作多采用技術引進形式，國內生產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，氣流在風道內折轉一次后進入壓氣機，排氣口與燃氣輪機軸線垂直，余熱鍋爐布置在燃機廠房側面。燃氣輪機軸向進氣方案要求進氣風道的寬度范圍內留有12 m的空間，此范圍內不能有遮擋物。該布置在國內已有近90臺的業績，如上海閘北、上海奉賢、浙江龍灣、浙江鎮海、深圳南山等，還有廣東地區，東北、華北地區等。

1.2 PG9171E型燃氣輪機側向進氣布置

PG9171E的壓氣機除采用軸向進氣典型布置型式外，還可采用側向進氣布置。在壓氣機側向進氣布置方案中，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。的進氣彎頭后實現的，因此氣流在風道內需折轉2次。這種進氣布置方式的業績很少，國內只在格爾木采用過。

燃氣輪機側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。燃氣輪機側向進氣方案也要求進氣風道的寬度范圍內留有12 m的空間，此范圍內不能有遮擋物。由于進氣管道增加了彎頭，壓氣機進氣系統的壓損約會增加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向進氣方式(壓氣機進氣朝向一側，氣流折轉一次，進氣中心線與軸線垂直）主機廠還無法生產。主要原因是采用這種進氣方式，空氣在風道內的流動將十分紊亂，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，進氣系統造價低；采用側向進氣方式，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，技術上有一定的風險，因而會增加進氣系統的造價。

(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，氣流在風道內只需折轉一次，這使得進氣系統的壓損較小；而壓氣機采用側向進氣方式，氣流需要在風道內折轉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，造成全廠的熱經濟性有一定程度的下降。側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績較多，而側向進氣布置的運行業績僅為1臺。

3 工程實例

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

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公司的技術標準，壓氣機進氣口12 m范圍內不能有遮擋物，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—蒸汽聯合循環機組不能與老廠9F機組貼建。

當采用燃氣輪機側向進氣方式時，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濟性換來的初投資節約是得不償失的。

此外，燃氣輪機側向進氣還會帶來進氣系統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 結論

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

(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，且其應用業績也很少；

(2）采用壓氣機側向方案時，進氣系統壓損約增大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濟性換來的初投資節約是得不償失的。

[1]劉紅，蔡寧生.重型燃氣輪機技術進展分析[J].燃氣輪機技術，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，從事火力發電廠熱力系統設計工作。