9FB与9FA联合循环供热机组对比

李凯;

【摘 要】对PG9351FA与PG9371FB联合循环供热机组的主要技术特点、供货及运行业绩、主要技术参数、联合循环机组供热能力、热经济指标等进行了对比.结果表明:相比9FA联合循环机组,9FB机组在性能上占有一定优势,而PG9351FA机组在供货业绩、运行经验等方面具有较明显的优势. 【期刊名称】《发电设备》 【年(卷),期】2014(028)006 【总页数】4页(P410-413)

【关键词】燃气-蒸汽联合循环;型号;对比 【作 者】李凯;

【作者单位】河北省电力勘测设计研究院,石家庄050031;河北省电力勘测设计研究院,石家庄050031 【正文语种】中 文 【中图分类】TK477

目前燃气 蒸汽联合循环机组已广泛应用于我国发电领域，最初主要应用于南方地区，以调峰为主，近年来由于其效率高、污染小而广泛应用于北方地区，兼有调峰和供热作用。我国三大动力集团的汽轮机厂与国外公司组成联合体共同生产“F”燃气轮机，其中哈尔滨动力集团（简称哈动力）和美国通用电气（GE）共同生产

的PG9351FA型 及PG9371FB型燃气轮机均在国内 “F”级燃气 蒸汽联合循环机组中得到应用。

笔者主要对9FA及9FB技术特点、供货及运行业绩、机组主要技术参数、供热能力、热经济指标等进行比较，以对机组选型提供参考。 1 联合循环机组概述

燃气蒸汽联合循环发电装置系统流程见图1，其中燃气轮机是联合循环中的关键部件，其性能对联合循环的热效率十分关键。燃气 蒸汽联合循环电站的机组选型工作，首先要确定燃气轮机。在选定燃气轮机的情况下，对蒸汽系统进行合理选择和优化，最大限度利用燃气轮机的排气余热，使蒸汽系统取得较高的效率，从而使整个电站的性能更好［1］。 图1 燃气蒸汽联合循环系统流程图

燃气蒸汽联合循环机组的轴系配置有以下三种形式：（1）“一拖一”单轴配置，即燃气轮机和汽轮机呈一根轴，共同拖动一台发电机运行；（2）“一拖一”双轴配置，即燃气轮机和汽轮机分别拖动各自的发电机运行；（3）“二拖一”多轴配置，即2台燃气轮机配置2台余热锅炉和1台汽轮机，即燃气轮机和汽轮机分别拖动各自的发电机运行。在上述机组配置中，“二拖一”多轴配置机组的主要优点在于相比同机型的两套“一拖一”双轴配置机组而言，其主厂房占地面积较小、电气设备相对较少、供热能力稍高、带满负荷时其热效率也稍高等。 2 9FA与9FB燃气轮机的技术特点 2.1 9FA燃气轮机的技术特点

PG9351FA型燃气轮机由1台18级轴流式压气机、18个分管型低NOx燃烧室和1台3级燃气透平等设备组成［2］。该机组由压气机端输出功率（冷端输出），ISO条件下输出功率为261MW，效率为37.3%，在35%～100%负荷内氮氧化物（NOx）的排放体积分数小于15×10-6（干基，φ（O2）＝15%）。

2.2 9FB燃气轮机的机型

GE公司在PG9351FA型燃气轮机的基础上，结合更为先进的“H”级燃气轮机的部分技术，推出了PG9371FB型燃气轮机。9FB型燃气轮机压气机的质量流量和压气机的空气动力特性与9FA保持一致，通过材料及涂层等技术的改进，进一步提高了燃烧室的燃烧温度、机组的输出功率及效率，ISO工况下机组简单循环功率为299MW，效率为38.6%，机组在38%～100%负荷内，NOx的排放体积分数约为25×10-6（干基，φ（O2）＝15%）。 9FB机组具有如下技术特点：

（1）采用增强型压气机设计，压气机压比提高至18.5。（2）透平转子进口燃气温度超过1 371℃。（3）改进了燃烧系统过渡段的密封和冷却技术。 （4）先进的涂层、材料和冷却技术增强了部件耐久性。

（5）透平叶片运用先进3D气动设计，并采用精密铸造的长叶根，由压气机抽气冷却动叶和喷嘴，第一级动叶采用单晶叶片和TBC涂层。 3 9FA与9FB机组供货及运行业绩对比

美国GE公司生产的PG9351FA型燃气轮机是世界上运行经验最为丰富的50Hz F级燃气轮机，截至2011年全世界共有210台PG9351FA型燃气轮机投入运行，实际运行时间达到914万h，哈动力通过引进GE公司的技术制造的PG9351FA型燃气轮机在国内的投产及在建台数也已达到42台。

截至2011年世界上共有33台PG9371FB型燃气轮机投入商业运行，实际运行时间达到38.2万h。2006年3月第一套209FB联合循环机组在西班牙投入商业运行，2007年109FB单轴标准电厂投入商业运行。哈动力已经获得了GE公司PG9371FB型燃气轮机周边设备及相关服务的授权，北京大唐高井热电厂采用了3台PG9371FB型燃气轮机，华能天津临港热电厂采用了2台PG9371FB型燃气轮机，目前项目均在建设中。

表1为GE公司9FA及9FB型燃气轮机供货业绩及运行经验等数据汇总。 表1 9FA与9FB机组供货及运行业绩备注全球累计运行台数 210 33 至2011年项目 PG9351FA PG9371FB全球累计运行小时数／万h 914 38.2 至2011年目前运行最长的机组累计运行小时数／h 113 118 26 000 至2011年累计启动次数 95 000 5 900 至2011年目前启动次数最多的机组累计启动次数 1 862 450 至2011年国内业绩 投产及在建共42台无投产业绩，在建业绩5台 至2012年国产化程度除转子和热通道外，其余基本实现国产化尚未国产化生产状况 在产 在产 从表1可以看出：PG9351FA型机组在国内业绩、全球累计运行小时数、国产化程度等方面与GE9371FB型机组相比，占有较明显的优势。 4 9FA与9FB联合循环机组主要技术参数

在联合循环蒸汽系统的设计中，随着蒸汽压力的升高，以及采用双压、三压和再热等复杂的系统，联合循环的效率都会有一定程度提高的趋势。双压循环和三压循环之间的效率差约为0.4～0.6百分点 ，采用再热循环后，效率约能再提高0.2～0.4百分点，超临界参数比亚临界参数效率约能再提高0.5百分点 。对余热锅炉来说，上述效率的提高是以增大余热锅炉的换热面积为代价的，特别是采用超临界参数循环时，为了增加效率需要更大的换热面积。另外，根据国外公司的设计经验，当燃气轮机的排气流量大于120kg／s、进入余热锅炉的燃气温度高于510℃时，可以采用双压或三压循环的汽水系统；当燃气轮机排气温度高于560℃时，就可以考虑采用三压再热循环的汽水系统。美国GE公司联合循环机组的设计和配置情况是当额定排气温度低于560℃时采用无再热循环，高于560℃时采用再热循环。按照这个温度划分，GE公司F级燃气轮机（包括6F、7F和9F）都采用三压再热循环［3］。

当联合循环机组带基本供热负荷时，“二拖一”机组相比同机型的两套“一拖一”机组而言，供热能力稍大，热效率也略高。因此，本文的机组技术参数及热经济指

标计算均是对“二拖一”机组而言的。

依照上述原则，采用GT-Pro软件对PG9351FA与PG9371FB的联合循环机组汽水参数进行优化选择，并参考国内工程的汽水参数取值，可以得到9FA和9FA联合循环机组配套燃气轮机、余热锅炉、汽轮机的典型技术参数，见表2、表3、表4。

表2 ISO条件下燃气轮机主要技术参数MW 261 299效率／% 37.3 38.6燃气轮机热耗／（kJ·kW-1·h-1） 9 9 9 342压气机级数 18 18压气机压比 16.5 18.5燃烧室型式 环管型 环管型燃烧器数量 18 18燃烧器类型 DLN2.6＋ DLN2.6＋透平转子入口温度／℃ 1 327 1 400排气温度／℃ 602 3涡轮级数 3 4排气量／（kg·s-1） 3 667排烟温度／℃ 599 634 NOx排放质量浓度／（mg·m-3） ＜50 ＜50 PG9351FA PG9371FB输出功率／项目

表3 余热锅炉主要技术参数（单台）MPa 9.995 13.421高压蒸汽温度／℃ 566.5 567.0高压蒸汽流量／（t·h-1） 286.1 329.9再热蒸汽压力／MPa 2.228 2.805再热蒸汽温度／℃ 566.2 566.3再热蒸汽流量／（t·h-1） 314.2 361.5低压蒸汽压力／MPa 0.405 0.611低压蒸汽温度／℃ 296.5 291.9低压蒸汽流量／（t·h-1）PG9351FA PG9371FB高压蒸汽压力／项目42.7 31.5

表4 蒸汽轮机主要技术参数项目MW 277 312汽轮机主汽门前额定蒸汽压力／MPa 9.704 13.019汽轮机主汽门前额定蒸汽温度／℃ 5.5 565.0汽轮机高压主蒸汽流量／（t·h-1） 572.2 659.9中压缸进汽压力／MPa 2.186 2.777中压缸进汽温度／℃ 5.2 5.3中压缸进汽流量／（t·h-1） 624.8 723.0低压缸补汽压力／MPa 0.372 0.574低压缸补汽温度／℃ 311.3 2.9低压缸补汽流量／（t·h-1）PG9351FA PG9371FB汽轮机额定输出功率（ISO）／85.4 63.0 从表2～表4可以看出：PG9371FB型燃气轮机在输出功率以及机组热效率、热耗方面相比，9FA机组占有一定的优势，其联合循环机组的高压主蒸汽、再热蒸

汽、低压主蒸汽的压力相比9FA机组均有一定的提高，蒸汽流量也较大。 5 9FA与9FB联合循环供热机组性能对比 5.1 联合循环机组提高供热能力的措施

目前热负荷的需求日益增长，越来越多的供热机组追求供热能力的提高，同时获得良好的热经济指标。联合循环机组提高供热能力的措施主要有以下几条： （1）供热蒸汽参数优化。通过对采暖抽汽参数进行优化，可以提高整个机组的供热效率。

（2）机组在冬季采用背压运行的供热方式，背压排汽全部用于加热热网循环水。北京草桥燃气联合循环热电厂二期工程建设2台350MW燃气蒸汽联合循环热电联产机组，配置为“二拖一”配置方案 （2台燃气轮发电机组、2台余热锅炉、1台汽轮发电机），其中汽轮机的布置为发电机 高／中压缸SSS离合器 低压缸 盘车装置。该机组可以带基本负荷运行，也可调峰运行，可在纯凝、抽凝供热，背压供热，汽轮机全切供热等方式下运行，其中的背压供热指的就是将汽轮机的低压缸甩开，高、中压缸做功后的余汽全部去热网供热。抽凝供热工况转背压供热工况就是SSS离合器脱开的过程，而反之则是SSS离合器啮合的过程［4］。

（3）采暖季低压蒸汽不再补至汽轮机，而是供至热网加热器，以增加供热能力。 （4）热网加热器采用矩形一体式热网加热器。矩形一体式热网加热器是管式换热器的一种，同时具有热网加热与热网疏水冷却的功能，在不增大换热站面积前提下可进一步增大供热能力。

（5）采用烟气余热利用装置，既增大了供热能力，又降低了排烟温度。 5.2 9FA与9FB联合循环供热机组性能对比

在下列假定前提下进行9FA与9FB联合循环供热机组的对比： （1）机组配置型式为一套“二拖一”联合循环机组。

（2）采暖季机组按最大供热能力确定供热负荷，并按照“以热定电”的原则确定

发电功率，为了增大机组供热能力，计算中采暖季工况汽轮机按背压供热计算，同时低压补汽不进入汽轮机做功，而是直接对外供热。 （3）机组年利用小时数为4 500h。 （4）天然气低位热值为34 650kJ／m3。 （5）余热锅炉热效率为88%，管道效率为99%。

9FA与9FB联合循环供热机组的主要热经济指标对比结果见表5。

表5 9FA与9FB供热机组性能对比PG9351FA PG9371FB项 目 纯凝运行联合循环总输出功率／采暖季运行纯凝运行采暖季运行MW 672.938 766.709 772.266 871.815全年发电量／（kW·h） 35.66×108 40.77×108总采暖供热量／

（GJ·a-1） 5 681 619.65 6 166 746.60平均发电天然气耗率／（m3·kW-1·h-1） 0.153 0.147全年联合循环热效率／% 72.17 74.25全年平均热电比／%44.26 42.02

从表5可以看出：与PG9351FA联合循环机组相比，PG9371FB联合循环在供热能力上大约提高了8%，其联合循环热效率提高了2百分点，因此该机型在热经济性能上占有一定优势。 6 结语

通过对美国GE公司生产的PG9351FA与PG9371FB型燃气轮机运行的综合对比，结果表明：PG9371FB机型在机组输出功率、热效率方面占有一定优势；而PG9351FA机型在国内业绩、全球累计运行小时数、国产化程度等方面占有较明显的优势。与PG9351FA机型联合循环机组相比，PG9371FB机组在供热能力上大约提高了8%，其联合循环热效率提高了2百分点，因此该机型在热经济性能上占有一定优势。

【相关文献】

［1］马悦，纪锦峰.燃气蒸汽联合循环电站机组配置及选型分析［J］.实用节能技术，2011（6）：52-57.

［2］陈文炎.GE9FA燃气轮机若干关键技术特点［J］.热力发电，2007，36（11）：4-6. ［3］阎洪波，刘艳芳.燃气蒸汽联合循环系统设计中热力参数的选择［J］.汽轮机技术，2003，45（4）：198-202.

［4］李磊，司派友，赵绍宏，等.SSS离合器在联合循环汽轮机上的应用［J］.华北电力技术，2013（7）：46-53.