9E級(jí)燃機(jī)軸向與側(cè)向進(jìn)氣對(duì)比研究

李 凱

(河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

9E級(jí)燃機(jī)軸向與側(cè)向進(jìn)氣對(duì)比研究

李 凱

(河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

首先對(duì)PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)軸向及側(cè)向進(jìn)氣方式進(jìn)行了介紹；其次，對(duì)兩種進(jìn)氣方案從設(shè)備造價(jià)、進(jìn)氣系統(tǒng)壓損、機(jī)組熱耗等方面進(jìn)行了對(duì)比；最后，列舉工程實(shí)例說明了該項(xiàng)對(duì)比研究的應(yīng)用價(jià)值。

燃?xì)廨啓C(jī)；軸向進(jìn)氣；側(cè)向進(jìn)氣；可行性

0 引言

目前，世界上以重型燃?xì)廨啓C(jī)為核心的燃用天然氣的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)效率已經(jīng)超過60%[1]。燃?xì)廨啓C(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、集裝性強(qiáng)等特點(diǎn)，既可以室外布置，也可以室內(nèi)布置。國(guó)外燃機(jī)電廠大多采用室外布置，而國(guó)內(nèi)考慮到設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)、運(yùn)行習(xí)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(jī)廠商在國(guó)內(nèi)的合作多采用技術(shù)引進(jìn)形式，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商對(duì)燃機(jī)設(shè)計(jì)能力有限，大多只提供固定機(jī)型供用戶選擇，所以供貨燃機(jī)具有明顯的品牌特征，同一品牌機(jī)型差異很小，燃機(jī)房布置較統(tǒng)一。

1 PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)兩種進(jìn)氣方式

1.1 PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣布置

GE公司的PG9171E燃?xì)廨啓C(jī)模塊的典型布置為燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣，即燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣方向與燃?xì)廨啓C(jī)軸線平行，氣流在風(fēng)道內(nèi)折轉(zhuǎn)一次后進(jìn)入壓氣機(jī)，排氣口與燃?xì)廨啓C(jī)軸線垂直，余熱鍋爐布置在燃機(jī)廠房側(cè)面。燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣方案要求進(jìn)氣風(fēng)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(guó)內(nèi)已有近90臺(tái)的業(yè)績(jī)，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?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣布置

PG9171E的壓氣機(jī)除采用軸向進(jìn)氣典型布置型式外，還可采用側(cè)向進(jìn)氣布置。在壓氣機(jī)側(cè)向進(jìn)氣布置方案中，進(jìn)氣風(fēng)道是在壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣布置的基礎(chǔ)上，增加了一件90。的進(jìn)氣彎頭后實(shí)現(xiàn)的，因此氣流在風(fēng)道內(nèi)需折轉(zhuǎn)2次。這種進(jìn)氣布置方式的業(yè)績(jī)很少，國(guó)內(nèi)只在格爾木采用過。

燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣方式對(duì)應(yīng)的燃機(jī)房布置方案，比軸向進(jìn)氣方案增長(zhǎng)了0.9 m，主要是因增加了一個(gè)90。進(jìn)氣彎頭后風(fēng)道長(zhǎng)度有所增加。燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣方案也要求進(jìn)氣風(fēng)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(jìn)氣管道增加了彎頭，壓氣機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的壓損約會(huì)增加500 Pa，燃?xì)廨啓C(jī)在性能保證工況下出力下降約1 100 kW。

1.3 PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣方式特殊說明

這里需要特別說明的是，燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)直接側(cè)向進(jìn)氣方式(壓氣機(jī)進(jìn)氣朝向一側(cè)，氣流折轉(zhuǎn)一次，進(jìn)氣中心線與軸線垂直）主機(jī)廠還無(wú)法生產(chǎn)。主要原因是采用這種進(jìn)氣方式，空氣在風(fēng)道內(nèi)的流動(dòng)將十分紊亂，燃?xì)廨啓C(jī)性能無(wú)法保證。

2 PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)兩種進(jìn)氣方式對(duì)比

基于上述分析，我們對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)軸向和側(cè)向進(jìn)氣方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比:

(1）燃?xì)廨啓C(jī)采用壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣方式，進(jìn)氣系統(tǒng)造價(jià)低；采用側(cè)向進(jìn)氣方式，除了需要增加90。進(jìn)氣彎頭等材料費(fèi)用外，由于該布置不是PG9171E機(jī)型的典型設(shè)計(jì)，還需要增加一部分設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用，技術(shù)上有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因而會(huì)增加進(jìn)氣系統(tǒng)的造價(jià)。

(2）燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口壓降是影響其性能的重要因素之一。例如，在壓氣機(jī)進(jìn)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(huì)引起系統(tǒng)中的壓力損失。這些壓力損失的影響對(duì)每種設(shè)計(jì)都是獨(dú)特的[2]。采用壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣方式，氣流在風(fēng)道內(nèi)只需折轉(zhuǎn)一次，這使得進(jìn)氣系統(tǒng)的壓損較小；而壓氣機(jī)采用側(cè)向進(jìn)氣方式，氣流需要在風(fēng)道內(nèi)折轉(zhuǎn)2次，加之風(fēng)道長(zhǎng)度有所增加，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣壓損增加，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)性能，造成全廠的熱經(jīng)濟(jì)性有一定程度的下降。側(cè)向進(jìn)氣會(huì)使進(jìn)氣壓損增加500 Pa左右，燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)側(cè)向進(jìn)氣方式，燃?xì)廨啓C(jī)及進(jìn)氣風(fēng)道的總體尺寸會(huì)加大，這種進(jìn)氣方式相比壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣方式，燃機(jī)房加長(zhǎng)了0.9 m，因而將增加燃機(jī)房投資。

(4）對(duì)于南京汽輪機(jī)廠引進(jìn)的GE PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)，采用壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣布置的運(yùn)行業(yè)績(jī)較多，而側(cè)向進(jìn)氣布置的運(yùn)行業(yè)績(jī)僅為1臺(tái)。

3 工程實(shí)例

某燃機(jī)電站擴(kuò)建工程為2×9E級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，該廠一期為2×9F級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，二期為2×1 000 MW燃煤機(jī)組，本期工程與一期F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組相鄰。該工程主機(jī)為南京汽輪機(jī)廠配套產(chǎn)品，主機(jī)配置采用1+1+1多軸型式，即1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組+1臺(tái)余熱鍋爐+1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組不同軸布置。燃?xì)廨啓C(jī)為南汽引進(jìn)的美國(guó)GE公司的PG9171E機(jī)型，配套發(fā)電機(jī)為箱式結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)無(wú)刷勵(lì)磁，采用強(qiáng)制循環(huán)空氣冷卻；汽輪機(jī)為高壓、沖動(dòng)、單排汽、單軸、可調(diào)整單抽凝汽式；配套發(fā)電機(jī)為南汽產(chǎn)品，采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)冷卻，無(wú)刷勵(lì)磁；余熱鍋爐為703所產(chǎn)品。

在該電站的擴(kuò)建過程中，為了充分利用一期資源，減小占地，曾提出采用燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣的布置型式，以達(dá)到擴(kuò)建機(jī)組與老廠主廠房貼建的目的。按照GE公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，壓氣機(jī)進(jìn)氣口12 m范圍內(nèi)不能有遮擋物，否則燃?xì)廨啓C(jī)的性能無(wú)法得到保證，因此，若采用燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣布置方案，由于其壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣方向與燃?xì)廨啓C(jī)軸線平行，本期2臺(tái)9E級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組不能與老廠9F機(jī)組貼建。

當(dāng)采用燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣方式時(shí)，如前所述，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣壓損將增加500 Pa左右，燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性換來(lái)的初投資節(jié)約是得不償失的。

此外，燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣還會(huì)帶來(lái)進(jìn)氣系統(tǒng)造價(jià)及燃機(jī)房造價(jià)的增加。

基于上述原因，該電站在擴(kuò)建過程中未采納燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣的布置方案，而是采用了典型的燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣布置方案。

4 結(jié)論

PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)具有軸向進(jìn)氣和側(cè)向進(jìn)氣2種布置型式，本文對(duì)比研究結(jié)果如下:

(1）燃?xì)廨啓C(jī)軸向進(jìn)氣為GE PG9171E型燃機(jī)典型布置，而采用燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)向進(jìn)氣方式時(shí)，其設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本將增加，同時(shí)會(huì)帶來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)整體布置尺寸的增大，且其應(yīng)用業(yè)績(jī)也很少；

(2）采用壓氣機(jī)側(cè)向方案時(shí)，進(jìn)氣系統(tǒng)壓損約增大500 Pa，燃?xì)廨啓C(jī)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?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行性能下降。

具體到工程應(yīng)用，在燃機(jī)電站的擴(kuò)建中，為了節(jié)省占地或是利用老廠資源，通常采用擴(kuò)建機(jī)組與老廠主廠房貼建的措施。本文分析表明，當(dāng)采用側(cè)向進(jìn)氣的燃?xì)廨啓C(jī)與老廠貼建時(shí)，其進(jìn)氣壓損將增大，燃?xì)廨啓C(jī)出力將下降，這種以降低機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性換來(lái)的初投資節(jié)約是得不償失的。

[1]劉紅，蔡寧生.重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)展分析[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2012，25(3）:1～5

[2]Brooks F J.GE燃?xì)廨啓C(jī)性能特點(diǎn)[J].東方汽輪機(jī)，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(shè)計(jì)工作。