F級改進型燃氣輪機進氣特點對主廠房布置的影響

施海云，黃鏡歡

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣州 510663）

F級改進型燃氣輪機進氣特點對主廠房布置的影響

施海云，黃鏡歡

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣州 510663）

F級改進型燃氣-蒸汽聯合循環機組節能高效，日益得到廣泛應用。根據調研并結合我院設計經驗，本文對F級改進型燃氣輪機三種進氣模式的特點和布置要求進行比較研究，闡述其對“一拖一”多軸燃氣-蒸汽聯合循環電廠主廠房布置方案的影響，指出應根據項目自身特點和外部條件，結合三種燃氣輪機進氣模式下的特點選擇合適的燃氣輪機進氣布置方案。為后續工程設計提供參考。

F級改進型；燃氣輪機；多軸；進氣方式；布置

與傳統的燃煤機組比較，燃氣-蒸汽聯合循環機組具有熱效率高、運行方式靈活、污染排放極低、運行可用率高等優點。隨著西氣東輸二期工程及廣東省天然氣供應項目的建設，大容量燃氣-蒸汽聯合循環機組日益受到市場的歡迎。

另一方面，燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組具有節約能源、改善環境、供熱質量高等綜合效益，應用日益廣泛。對于供熱機組，一般采用多軸布置方案，其中“一拖一”多軸布置方案因其靈活可靠的特點得到廣泛的應用。國內主推的大容量燃氣輪機機型為F級改進型，分別為：由東方電氣與三菱公司合作生產的M701F4型燃氣輪機；哈爾濱電氣與GE公司合作生產的PG9371FB型燃氣輪機；上海電氣與西門子公司合作生產的SGT5-4000F（4）型燃氣輪機。各主機廠生產的F級改進型燃氣輪機具有不同的結構特點和技術風格。燃氣輪機的進氣模塊是燃氣-蒸汽聯合循環機組主要的組成部分之一，其結構特點和布置方案對主廠房的布置有較大的影響。本文對其進行比較和研究，分析其對“一拖一”多軸燃氣-蒸汽聯合循環電廠主廠房布置方案的影響，為主廠房布置方案提供參考。

1 燃氣輪機進氣模塊簡介

燃氣輪機通過進氣模塊從發電機組廠房外部獲取空氣，經過濾后，將空氣引至燃氣輪機壓氣機的入口處。燃氣輪機進氣模塊包括入口濾網和百葉窗、過濾器、自清洗裝置、除濕器、膨脹節、防雨裝置、從過濾器到壓氣機入口的氣密風道、消聲器和安全控制所需的所有控制器和儀表。其中進氣過濾器有自清式和板式兩種不同類型，自清式是指濾網可以通過壓縮空氣進行反沖清潔，本文所述相關尺寸均為配置自清式過濾器的尺寸。

根據燃氣輪機進氣模塊布置的位置，進氣模塊可分為3種模式：上進氣模式、下進氣模式和側進氣模式。

2 進氣模塊結構特點和布置要求

2．1 上進氣模塊結構特點和布置要求

表1為三大主機廠F級改進型燃氣輪機上進氣模塊的結構特點和布置要求對比表。

三大主機廠在F級改進型“一拖一”多軸機組中均有上進氣設計方案，但相關尺寸和布置要求各不相同。

2．1．1 燃氣輪機上進氣模塊結構特點

東方電氣一般設計為3面進氣，另兩家均為1面進氣。自清式進氣過濾室橫截面尺寸東方電氣高度較低，但3面加起來的總寬度最大，哈爾濱電氣進氣過濾室截面積最小。

燃氣輪機上進氣模式的進氣濾通常布置在廠房毗屋，發電機廠房屋面頂部。一般情況下，東方電氣進氣濾支撐面標高約為11．5 m，哈爾濱電氣進氣濾支撐面標高約為14．2 m，上海電氣進氣濾支撐面標高約為12．2 m。進氣濾支撐面標高主要根據燃氣輪機發電機廠房屋面標高來確定，在滿足燃氣輪機發電機檢修起吊要求的情況下，應盡量降低毗屋標高，以減小進氣道的噪音和壓損。

三大主機廠上進氣風道均采用鋼制結構，尺寸設計首先考慮風速在允許的范圍內，其次噪音不能超標，再次壓損盡量小。風道截面一般為技術轉讓方的成熟設計，三大主機廠一般不輕易改動。從表1可以看出，三大主機廠中東方電氣進氣風道截面高度最高，高度為6．8 m；哈爾濱電氣進氣風道截面最寬，寬度為11．38 m；上海電氣進氣風道尺寸居中。東方電氣進氣風道截面積最大，哈爾濱電氣進氣風道截面積最小。

上進氣的進氣道在主廠房內為垂直布置，在主廠房外為水平布置。進氣道水平與垂直管道之間，東方電氣用44°的斜管連接，而哈爾濱電氣和上海電氣用彎頭連接。燃氣輪機廠房行車布置時應注意軌底標高要高于廠房內進氣道的頂面。

2．1．2 燃氣輪機上進氣進氣口外的凈空距離要求

進氣口處的遮擋物會增加燃氣輪機進氣壓損，降低進入燃氣輪機的空氣量，影響到燃氣輪機的出力和效率。要求一定的凈空距離可以保證燃氣輪機壓氣機順利吸入運行所需要的空氣量，并保持進氣氣流流場穩定。其中東方電氣要求進氣面凈空距離為7～10 m；哈爾濱電氣要求凈空距離約為8 m；上海電氣要求凈空距離不小于10 m。可見上海電氣對進氣口外的凈空距離要求較高，但總體來說，三大主機廠對此項要求差距不大。

2．1．3 燃氣輪機上進氣時對燃氣輪機中心線標高的要求

理論上，考慮旋轉機械運行時的穩定性及降低機組建造安裝成本，燃氣輪機發電機組中心線標高應盡量降低。但燃氣輪機中心線標高的確定還需要考慮下列因素：燃氣輪機外形、發電機外形、燃氣輪機布置、燃氣輪機基座安裝要求、排氣支腿高度、余熱鍋爐煙道設計，輔助系統布置等。燃氣輪機上進氣時，東方電氣的標準配置是燃氣輪機中心標高4．8 m；哈爾濱電氣燃氣輪機中心線標高5．44 m；上海電氣燃氣輪機中心線標高4 m。上述尺寸為各主機廠的標準配置，一般情況下該尺寸很難修改。

2．2 下進氣燃氣輪機結構特點和布置要求

表2為F級改進型燃氣輪機下進氣模塊的結構特點和布置要求表。僅東方電氣在F級改進型“一拖一”多軸機組中有下進氣設計方案。其余兩家制造商目前尚未開發F級燃氣輪機下進氣模塊的改進設計，尚需對燃氣輪機島基座、燃氣輪機島設備布置進行更新設計以及對進氣系統的流場和壓損進行計算。就目前情況下，該兩家制造商尚未具備條件。

2．2．1 燃氣輪機下進氣模塊結構特點

燃氣輪機下進氣時進氣口布置在燃氣輪機與余熱鍋爐之間的地面上，為降低進氣口高度，一般設計為3面進氣，與上進氣相比，下進氣過濾室橫截面高度較低，寬度較大。進氣濾支撐面標高為0．8 m。

東方電氣的燃氣輪機下進氣風道為混凝土材質，與燃氣輪機基座結合在一起，進氣風道的截面尺寸與上進氣相差不大。

2．2．2 燃氣輪機下進氣進氣口外的凈空距離要求

東方電氣燃氣輪機下進氣3面進氣口外的凈空距離要求均為7～10 m，此要求與上進氣時相同。

2．2．3 燃氣輪機下進氣時對燃氣輪機中心線標高的要求

東方電氣燃氣輪機下進氣設計時，要求燃氣輪機中心線標高為13．76 m，由于進氣道形狀固定，該標高考慮燃氣輪機基礎等因素后確定，為三菱的成熟設計。

2．3 側進氣燃氣輪機結構特點和布置要求

表3為三大主機廠F級改進型燃氣輪機側進氣模塊的結構特點和布置要求對比表。目前，三大主機廠設計的側進氣燃氣輪機多用于單軸機組，僅東方電氣的技術支持方三菱在國外有多軸機組側進氣業績。哈爾濱電氣和上海電氣及其技術支持方目前暫無多軸聯合循環機組燃氣輪機側進氣設計經驗。

2．3．1 燃氣輪機側進氣模塊結構特點

燃氣輪機側進氣時，進氣道一般為全鋼制結構。東方電氣燃氣輪機側進氣為水平側向，設計為3面進氣方式；哈爾濱電氣典型的單軸機組側進氣設計為側上進氣，單面進氣；上海電氣單軸側進氣機組，進氣設計也為側上進氣，進氣口布置在燃氣輪機軸線側前上方的屋頂上，一般設計為3面進氣方式。2．3．2 燃氣輪機側進氣進氣口外的凈空距離要求

從表3和表1可以看出，燃氣輪機側進氣時，進氣口外的凈空距離要求與上進氣相同。

2．3．3 燃氣輪機側進氣時對燃氣輪機中心線標高的要求

東方電氣燃氣輪機側進氣時燃氣輪機中心線標高要求為12．76 m（高位布置），主要考慮進氣過濾器布置檢修、輔助設備的布置等因素，東方電氣目前無低位布置側進氣燃氣輪機業績，但技術支持方三菱在國外有此業績，低位布置時燃氣輪機中心線標高為4．8 m；哈爾濱電氣單軸機組側進氣時燃氣輪機中心線標高要求為11．913 m，此中心線標高是綜合考慮燃氣輪機布置、汽輪機抬高布置、燃氣輪機基座安裝要求、燃氣管道布置、排氣支腿高度等因素確立的推薦高度；上海電氣目前單軸機組側進氣機組中心線標高為5．5 m，汽輪機為軸向排氣，軸系高度主要考慮了凝汽器的尺寸。

3 “一拖一”多軸燃氣-蒸汽聯合循環電廠主廠房布置方案

3．1 燃氣輪機上進氣時典型主廠房布置特點

圖1為上進氣燃氣輪機發電機組斷面圖，燃氣輪機上進氣時，燃氣輪機及其發電機一般為低位布置。燃氣輪機廠房與燃氣輪機發電機毗屋的標高有一定落差，燃氣輪機發電機毗屋屋頂的鋼結構給進氣模塊提供支撐。可見燃氣輪機上進氣時，燃氣輪機廠房占地面積小，主行車跨度小，燃氣輪機發電機所在毗屋標高較低，主廠房總體積較小。但由于進氣模塊的阻擋，燃氣輪機發電機無法與燃氣輪機共用行車檢修，發電機抽轉子主要有兩種方式：一是采用專用的裝抽轉子工具以及現場適當的支撐、滑動面的支持來完成；二是適當抬高進氣濾支撐面標高，在發電機毗屋設置抽轉子專用行車。燃氣輪機由于低位布置，燃氣輪機基礎及廠房造價低，同時燃氣輪機發電機布置在毗屋內，燃氣輪機廠房跨度小，廠房結構及基礎總造價較小，但燃氣輪機發電機毗屋屋頂標高低于主廠房屋頂標高，高低起伏，外觀視覺效果稍差。

3．2 燃氣輪機下進氣時典型主廠房布置特點

圖2為下進氣燃氣輪機發電機組斷面圖，燃氣輪機下進氣時，燃氣輪機及其發電機一般為高位布置。但主廠房跨度需考慮燃氣輪機發電機抽轉子空間，另外，相比上進氣，為了留出燃氣輪機吸風口位置并考慮燃氣輪機吸風口外的凈空距離要求，在燃氣輪機與余熱鍋爐之間需增加排氣過渡段，排氣過渡段長度約為12．6 m，占地面積增大。下進氣風道布置在燃氣輪機基座內，燃氣輪機基礎加高，主廠房相應增加高度。由于占地面積和高度均較大，廠房體積也是燃氣輪機3種進氣方式下最大的。高位布置的燃氣輪機運轉層可以與汽輪機島的運轉層齊平，形成運轉層大平臺，便于機組的檢修維護，同時，燃氣輪機廠房也可以增加中間層與汽輪機中間層齊平，部分燃氣輪機的輔機可布置在中間層，燃氣輪機發電機布置在主廠房內運轉層，燃氣輪機、燃氣輪機輔機、發電機的檢修條件比較理想，但廠房結構及基礎總造價最高；由于燃氣輪機發電機組及汽輪機發電機組廠房標高相同，同時燃氣輪機吸氣口布置在燃氣輪機排氣過渡段底部，廠房外觀也是比較整齊的。

3．3 燃氣輪機側進氣時典型主廠房布置特點

與燃氣輪機下進氣比較，燃氣輪機側進氣時（見圖3），燃氣輪機基礎不受風道高度影響，燃氣輪機基礎可以降低，有條件低位布置。與燃氣輪機上進氣比較，燃氣輪機發電機布置于主廠房內，主廠房占地面積增加，主廠房體積也有所增加。燃氣輪機側進氣時，燃氣輪機發電機未受到進氣道的阻擋，檢修條件較好。燃氣輪機及發電機均可以用大行車檢修起吊。廠房結構及基礎總造價較燃氣輪機上進氣時高，但低于燃氣輪機下進氣方案。若兩臺機組可以鏡像布置（兩臺燃氣輪機的側進氣鏡像布置指的是從發電機往燃氣輪機方向看，一臺燃氣輪機左側進氣，另一臺燃氣輪機右側進氣），將兩臺汽輪機布置在廠房中間，燃氣輪機布置在兩側，則廠房外觀相對較整齊。要實現鏡像布置，要求兩臺燃氣輪機進氣室、進氣道和部分其他管道和設備存在一定程度的不同設計，理論上可以實現，但一定程度上會影響設備成本及供貨周期。

3．4 不同進氣方式下主廠房布置方案比較

根據前文闡述，將燃氣輪機3種進氣方式下的典型“一拖一”多軸燃氣-蒸汽聯合循環電廠主廠房布置方案的特點進行比較，詳見表4。

4 結語

本文對三大主機廠燃氣輪機上進氣模式、下進氣模式和側進氣模式的結構特點和布置要求進行對比，并對燃氣輪機3種進氣方式下的典型“一拖一”多軸燃氣-蒸汽聯合循環電廠主廠房布置方案的特點進行比較。從設備采購費用和供貨周期方面考慮，擬選用有業績和成熟設計經驗的制造商，若工程對燃氣輪機進氣有特殊要求的，應在招標階段明確提出，有利于在工程實施過程中和制造商的主動配合和溝通。后續項目應根據項目自身特點和外部條件，結合3種燃氣輪機進氣模式下的特點和優缺點選擇合適的燃氣輪機進氣布置方案。

參考文獻：

［1］ 楊柏，黃杰．E型和F型燃機聯合循環電廠的性能及經濟性比較［J］．廣東電力，2003，16（2）：50- 52．

［2］ 朱軍輝．聯合循環機組單軸方案與多軸二拖一方案的比較［J］．燃氣輪機技術，2002，15（3）：29- 62．

［3］ 祝俊．F級重型燃機聯合循環在熱電聯供電廠中的應用［J］．上海電力，2005，（1）：70- 74．

［4］ 王鑫．三菱M701F4型燃機“二拖一”聯合循環機組調試中遇到的主要問題及解決方法［J］．燃氣輪機技術，2012，25（3）：56-63．

［5］ 李麗萍，李麗君，程祖田．燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組運行模式及熱經濟性分析［J］．電站系統工程，2012，28（6）：44- 46．

Effects of Air Inlet Characteristics of Im proved F Class Gas Turbine on Layout of M ain House

SHIHai-yun，HUANG Jing-huan
（China energy engineering group，Guangdong electric power design institute，Guangzhou 510663，China）

Improved F class gas steam combined cycle unit of energy saving and high efficiency，is widely applied．According to research and combined with the design experience，the characteristics and arrangement for three kinds of inletmode of improved F class gas turbine requirements for comparative study，expounds the effects of a one-on-onemulti shaft gas steam combined cycle power plant layout．Points out suitable air inletmode should be selected according to project characteristics and external conditions，combined with the characteristics of three kinds of gas turbine inletmode．This can provides a reference for engineering design．

improved F class；gas turbine；multi-shaft；air inletmode；layout

TK476

B

1009- 2889（2014）02- 0018- 05

2013- 08- 02改稿日期：2013- 09- 30

施海云（1979-），女，研究生，高級工程師，從事電廠熱機設計工作，E-mail：shihaiyun＠gedi．com．cn。