9E级燃机轴向与侧向进气对比研究

李 凯

(河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050031）

9E级燃机轴向与侧向进气对比研究

李 凯

(河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050031）

首先对PG9171E型燃气轮机轴向及侧向进气方式进行了介绍；其次，对两种进气方案从设备造价、进气系统压损、机组热耗等方面进行了对比；最后，列举工程实例说明了该项对比研究的应用价值。

燃气轮机；轴向进气；侧向进气；可行性

0 引言

目前，世界上以重型燃气轮机为核心的燃用天然气的燃气—蒸汽联合循环效率已经超过60%[1]。燃气轮机具有结构紧凑、集装性强等特点，既可以室外布置，也可以室内布置。国外燃机电厂大多采用室外布置，而国内考虑到设备的运行维护、运行习惯和降噪环保等因素的影响，大多采用室内布置。目前，燃机厂商在国内的合作多采用技术引进形式，国内生产商对燃机设计能力有限，大多只提供固定机型供用户选择，所以供货燃机具有明显的品牌特征，同一品牌机型差异很小，燃机房布置较统一。

1 PG9171E型燃气轮机两种进气方式

1.1 PG9171E型燃气轮机轴向进气布置

GE公司的PG9171E燃气轮机模块的典型布置为燃气轮机轴向进气，即燃气轮机压气机轴向进气方向与燃气轮机轴线平行，气流在风道内折转一次后进入压气机，排气口与燃气轮机轴线垂直，余热锅炉布置在燃机厂房侧面。燃气轮机轴向进气方案要求进气风道的宽度范围内留有12 m的空间，此范围内不能有遮挡物。该布置在国内已有近90台的业绩，如上海闸北、上海奉贤、浙江龙湾、浙江镇海、深圳南山等，还有广东地区，东北、华北地区等。

1.2 PG9171E型燃气轮机侧向进气布置

PG9171E的压气机除采用轴向进气典型布置型式外，还可采用侧向进气布置。在压气机侧向进气布置方案中，进气风道是在压气机轴向进气布置的基础上，增加了一件90。的进气弯头后实现的，因此气流在风道内需折转2次。这种进气布置方式的业绩很少，国内只在格尔木采用过。

燃气轮机侧向进气方式对应的燃机房布置方案，比轴向进气方案增长了0.9 m，主要是因增加了一个90。进气弯头后风道长度有所增加。燃气轮机侧向进气方案也要求进气风道的宽度范围内留有12 m的空间，此范围内不能有遮挡物。由于进气管道增加了弯头，压气机进气系统的压损约会增加500 Pa，燃气轮机在性能保证工况下出力下降约1 100 kW。

1.3 PG9171E型燃气轮机进气方式特殊说明

这里需要特别说明的是，燃气轮机压气机直接侧向进气方式(压气机进气朝向一侧，气流折转一次，进气中心线与轴线垂直）主机厂还无法生产。主要原因是采用这种进气方式，空气在风道内的流动将十分紊乱，燃气轮机性能无法保证。

2 PG9171E型燃气轮机两种进气方式对比

基于上述分析，我们对燃气轮机轴向和侧向进气方案从以下几个方面进行对比:

(1）燃气轮机采用压气机轴向进气方式，进气系统造价低；采用侧向进气方式，除了需要增加90。进气弯头等材料费用外，由于该布置不是PG9171E机型的典型设计，还需要增加一部分设计和制造费用，技术上有一定的风险，因而会增加进气系统的造价。

(2）燃气轮机进口压降是影响其性能的重要因素之一。例如，在压气机进气口放入空气过滤器、消音器、汽化冷却器或激冷装置，或在排气口放入热回收装置，会引起系统中的压力损失。这些压力损失的影响对每种设计都是独特的[2]。采用压气机轴向进气方式，气流在风道内只需折转一次，这使得进气系统的压损较小；而压气机采用侧向进气方式，气流需要在风道内折转2次，加之风道长度有所增加，会导致进气压损增加，从而降低燃气轮机性能，造成全厂的热经济性有一定程度的下降。侧向进气会使进气压损增加500 Pa左右，燃气轮机在性能保证工况下出力下降约1 100 kW，热耗将升高30 kJ/kW·h。

(3）采用压气机侧向进气方式，燃气轮机及进气风道的总体尺寸会加大，这种进气方式相比压气机轴向进气方式，燃机房加长了0.9 m，因而将增加燃机房投资。

(4）对于南京汽轮机厂引进的GE PG9171E型燃气轮机，采用压气机轴向进气布置的运行业绩较多，而侧向进气布置的运行业绩仅为1台。

3 工程实例

某燃机电站扩建工程为2×9E级燃气—蒸汽联合循环机组，该厂一期为2×9F级燃气—蒸汽联合循环机组，二期为2×1 000 MW燃煤机组，本期工程与一期F级联合循环机组相邻。该工程主机为南京汽轮机厂配套产品，主机配置采用1+1+1多轴型式，即1台燃气轮机发电机组+1台余热锅炉+1台汽轮发电机组，燃气轮机发电机组和汽轮发电机组不同轴布置。燃气轮机为南汽引进的美国GE公司的PG9171E机型，配套发电机为箱式结构，旋转无刷励磁，采用强制循环空气冷却；汽轮机为高压、冲动、单排汽、单轴、可调整单抽凝汽式；配套发电机为南汽产品，采用强迫空气循环冷却，无刷励磁；余热锅炉为703所产品。

在该电站的扩建过程中，为了充分利用一期资源，减小占地，曾提出采用燃气轮机侧向进气的布置型式，以达到扩建机组与老厂主厂房贴建的目的。按照GE公司的技术标准，压气机进气口12 m范围内不能有遮挡物，否则燃气轮机的性能无法得到保证，因此，若采用燃气轮机轴向进气布置方案，由于其压气机轴向进气方向与燃气轮机轴线平行，本期2台9E级燃气—蒸汽联合循环机组不能与老厂9F机组贴建。

当采用燃气轮机侧向进气方式时，如前所述，燃气轮机进气压损将增加500 Pa左右，燃气轮机在性能保证工况下出力将下降约1 100 kW，热耗将升高30 kJ/kW·h。这种以降低机组长期运行的热经济性换来的初投资节约是得不偿失的。

此外，燃气轮机侧向进气还会带来进气系统造价及燃机房造价的增加。

基于上述原因，该电站在扩建过程中未采纳燃气轮机侧向进气的布置方案，而是采用了典型的燃气轮机轴向进气布置方案。

4 结论

PG9171E型燃气轮机具有轴向进气和侧向进气2种布置型式，本文对比研究结果如下:

(1）燃气轮机轴向进气为GE PG9171E型燃机典型布置，而采用燃气轮机侧向进气方式时，其设计周期和设计成本将增加，同时会带来燃气轮机整体布置尺寸的增大，且其应用业绩也很少；

(2）采用压气机侧向方案时，进气系统压损约增大500 Pa，燃气轮机在性能保证工况下出力约下降1 100 kW，热耗约升高30 kJ/kW·h，燃气轮机运行性能下降。

具体到工程应用，在燃机电站的扩建中，为了节省占地或是利用老厂资源，通常采用扩建机组与老厂主厂房贴建的措施。本文分析表明，当采用侧向进气的燃气轮机与老厂贴建时，其进气压损将增大，燃气轮机出力将下降，这种以降低机组长期运行的热经济性换来的初投资节约是得不偿失的。

[1]刘红，蔡宁生.重型燃气轮机技术进展分析[J].燃气轮机技术，2012，25(3）:1～5

[2]Brooks F J.GE燃气轮机性能特点[J].东方汽轮机，2005(2）:52～65

2014-10-17

李凯(1980—），男，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，从事火力发电厂热力系统设计工作。