9FB与9FA联合循环供热机组对比

第２８卷第６期　２０１４年１１月　发也没备　Ｐ０ＷＥＲ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｖｏｌ＿２８。ＮＯ．６　ＮＯＶ．２Ｏｌ４　９ＦＢ与９ＦＡ联合循环供热机组对比　李　凯，张健　（河北省电力勘测设计研究院，石家庄０５００３１）　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。　关键词：燃气蒜汽联合循环；型号；对比　中图分类号：ＴＫ４７７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１—０８６Ｘ（２０１４）０６—０４１０　０４　Ａ　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　９ＦＡ　ａｎｄ　９ＦＢ　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　Ｃｙｃｌｅ　Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｕｎｉｔｓ　Ｌｉ　Ｋａｉ，Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｎ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ｈｅａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ＰＧ９　３　５　１　ＦＡ　ａｎｄ　ＰＧ９３７１ＦＢ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｙｃｌｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｕｎｉｔｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　９ＦＡ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｙｃｌｅ　ｕｎｉｔｓ，９ＦＢ　ｕｎｉｔｓ　ｈａｖｅ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｗｈｉｌｅ　ＰＧ９３５１ＦＡ　ｕｎｉｔｓ　ｈａｖｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ—ｓｔｅａｍ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｃｙｃｌｅ；ｔｙｐｅ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　目前燃气一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　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　¨。　ＰＧ９３５１ＦＡ型及ＰＧ９３７１ＦＢ型燃气轮机均在国　内“Ｆ”级燃气蒜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。　图ｌ燃气　蒸汽联合循环系统沉程图　燃气景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）　“一１联合循环机组概述　燃气蒜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。燃气一蒸汽联　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　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　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　收稿日期：２０１４—０１　０８　作者简介：李凯（１９８０），男，工程师，从事火力发电厂热力系统设计工作。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｊｚｌｉｋａｉ＠１６３．ｃｏｒｎ　第６期　李凯，等：９ＦＢ与９ＦＡ联合循环供热机组对比　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ＮＯ　燃烧室和１台３级燃　气透平等设备组成ｌ２］。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２６１　ＭＷ，　效率为３７．３％，在３５　～１００　负荷内氮氧化物　（ＮＯ　）的排放体积分数小于１５×１０　（干基，　（Ｏ　）一１５　）。　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　２９９　Ｍｗ，效率为３８．６　，机组在３８　～１００　负　荷内，ＮＯ　的排放体积分数约为２５×１０　（干基，　（Ｏ２）一１５％）。　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５０　Ｈｚ　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　项目ＰＧ９３５１ＦＡ　ＰＧ９３７１ＦＢ　备注　全球累计　２１０　３３　至２０１１年　运行台数　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　ｌ１８　２６　０００　至２Ｏ１１年　累计启动次数　９５　０００　５　９００　至２Ｏ１１年　目前启动次数最多的　机组累计启动次数　１　８６２　４５Ｏ　至２０１１年　国内业绩　建共４２售　台在建业绩台５　　￣ｓ　２０１２年　’　除转子和热通　国产化程度　道外，其余基尚未国产化　本实现国产化　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０．２ｔ０．４百分点，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　１２０　ｋｇ／ｓ、进入余热锅炉的燃气温度高于５１０℃　发电没各　第２８卷　时，可以采用双压或三压循环的汽水系统ｉ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ｌ３ｊ。　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　表３余热锅炉主要技术参数（单台）　表４蒸汽轮机主要技术参数　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３５０　Ｍｗ　燃气蒜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　／中压缸＿ＳＳＳ离合器　压缸一盘车装置。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ｌ４ｊ。　（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，　第６期　李　凯，等：９ＦＢ与９ＦＡ联合循环供热机组对比　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４　５００　ｈ。　（４）天然气低位热值为３４　６５０　ｋＪ／ｍ。。　（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　联合循环总输出功率／ＭＷ　６７２．９３８　７６６．７０９　７７２．２６６　８７１．８１５　全年发电量／（ｋＷ．ｈ）　３５．６６×１０　４０．７７×１０　总采暖供热量／（ＧＪ・ａ　）　５　６８１　６１９．６５　６　１６６　７４６．６０　平均发电天然气耗率／　０．１５３　Ｏ．１４７　（ｍ３・ｋＷ　・ｈ一１）　全年联合循环热效率／　７２．１７　７４．２５　全年平均热电ＬＬ／　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。　参考文献：　［１］马悦，纪锦峰．燃铺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　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．