施海云，黃鏡歡

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)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(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院，廣州 510663）

F級改進型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組節(jié)能高效，日益得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)調(diào)研并結(jié)合我院設(shè)計經(jīng)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(lián)合循環(huán)電廠主廠房布置方案的影響，指出應(yīng)根據(jù)項目自身特點和外部條件，結(jié)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(xù)工程設(shè)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(tǒng)的燃煤機組比較，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(yōu)點。隨著西氣東輸二期工程及廣東省天然氣供應(yīng)項目的建設(shè)，大容量燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組日益受到市場的歡迎。

另一方面，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、供熱質(zhì)量高等綜合效益，應(yīng)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(yīng)用。國內(nèi)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(chǎn)的M701F4型燃氣輪機；哈爾濱電氣與GE公司合作生產(chǎn)的PG9371FB型燃氣輪機；上海電氣與西門子公司合作生產(chǎn)的SGT5-4000F（4）型燃氣輪機。各主機廠生產(chǎn)的F級改進型燃氣輪機具有不同的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)風(fēng)格。燃氣輪機的進氣模塊是燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組主要的組成部分之一，其結(jié)構(gòu)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(lián)合循環(huán)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(fā)電機組廠房外部獲取空氣，經(jīng)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(wǎng)和百葉窗、過濾器、自清洗裝置、除濕器、膨脹節(jié)、防雨裝置、從過濾器到壓氣機入口的氣密風(fēng)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(wǎng)可以通過壓縮空氣進行反沖清潔，本文所述相關(guān)尺寸均為配置自清式過濾器的尺寸。

根據(jù)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(cè)進氣模式。

2 進氣模塊結(jié)構(gòu)特點和布置要求

2．1 上進氣模塊結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計方案，但相關(guān)尺寸和布置要求各不相同。

2．1．1 燃氣輪機上進氣模塊結(jié)構(gòu)特點

東方電氣一般設(shè)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(fā)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(jù)燃氣輪機發(fā)電機廠房屋面標高來確定，在滿足燃氣輪機發(fā)電機檢修起吊要求的情況下，應(yīng)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(fēng)道均采用鋼制結(jié)構(gòu)，尺寸設(shè)計首先考慮風(fēng)速在允許的范圍內(nèi)，其次噪音不能超標，再次壓損盡量小。風(fēng)道截面一般為技術(shù)轉(zhuǎn)讓方的成熟設(shè)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(fēng)道截面高度最高，高度為6．8 m；哈爾濱電氣進氣風(fēng)道截面最寬，寬度為11．38 m；上海電氣進氣風(fēng)道尺寸居中。東方電氣進氣風(fēng)道截面積最大，哈爾濱電氣進氣風(fēng)道截面積最小。

上進氣的進氣道在主廠房內(nèi)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(yīng)注意軌底標高要高于廠房內(nèi)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(wěn)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(zhuǎn)機械運行時的穩(wěn)定性及降低機組建造安裝成本，燃氣輪機發(fā)電機組中心線標高應(yīng)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(fā)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(shè)計，輔助系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計方案。其余兩家制造商目前尚未開發(fā)F級燃氣輪機下進氣模塊的改進設(shè)計，尚需對燃氣輪機島基座、燃氣輪機島設(shè)備布置進行更新設(shè)計以及對進氣系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(fēng)道為混凝土材質(zhì)，與燃氣輪機基座結(jié)合在一起，進氣風(fēng)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(shè)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(chǔ)等因素后確定，為三菱的成熟設(shè)計。

2．3 側(cè)進氣燃氣輪機結(jié)構(gòu)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(cè)進氣模塊的結(jié)構(gòu)特點和布置要求對比表。目前，三大主機廠設(shè)計的側(cè)進氣燃氣輪機多用于單軸機組，僅東方電氣的技術(shù)支持方三菱在國外有多軸機組側(cè)進氣業(yè)績。哈爾濱電氣和上海電氣及其技術(shù)支持方目前暫無多軸聯(lián)合循環(huán)機組燃氣輪機側(cè)進氣設(shè)計經(jīng)驗。

2．3．1 燃氣輪機側(cè)進氣模塊結(jié)構(gòu)特點

燃氣輪機側(cè)進氣時，進氣道一般為全鋼制結(jié)構(gòu)。東方電氣燃氣輪機側(cè)進氣為水平側(cè)向，設(shè)計為3面進氣方式；哈爾濱電氣典型的單軸機組側(cè)進氣設(shè)計為側(cè)上進氣，單面進氣；上海電氣單軸側(cè)進氣機組，進氣設(shè)計也為側(cè)上進氣，進氣口布置在燃氣輪機軸線側(cè)前上方的屋頂上，一般設(shè)計為3面進氣方式。2．3．2 燃氣輪機側(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(shè)備的布置等因素，東方電氣目前無低位布置側(cè)進氣燃氣輪機業(yè)績，但技術(shù)支持方三菱在國外有此業(yè)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(cè)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(cè)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(lián)合循環(huán)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(fā)電機組斷面圖，燃氣輪機上進氣時，燃氣輪機及其發(fā)電機一般為低位布置。燃氣輪機廠房與燃氣輪機發(fā)電機毗屋的標高有一定落差，燃氣輪機發(fā)電機毗屋屋頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)給進氣模塊提供支撐?？梢娙細廨啓C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(fā)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(fā)電機無法與燃氣輪機共用行車檢修，發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子主要有兩種方式：一是采用專用的裝抽轉(zhuǎn)子工具以及現(xiàn)場適當?shù)闹巍⒒瑒用娴闹С謥硗瓿?；二是適當抬高進氣濾支撐面標高，在發(fā)電機毗屋設(shè)置抽轉(zhuǎn)子專用行車。燃氣輪機由于低位布置，燃氣輪機基礎(chǔ)及廠房造價低，同時燃氣輪機發(fā)電機布置在毗屋內(nèi)，燃氣輪機廠房跨度小，廠房結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)總造價較小，但燃氣輪機發(fā)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(fā)電機組斷面圖，燃氣輪機下進氣時，燃氣輪機及其發(fā)電機一般為高位布置。但主廠房跨度需考慮燃氣輪機發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子空間，另外，相比上進氣，為了留出燃氣輪機吸風(fēng)口位置并考慮燃氣輪機吸風(fēng)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(fēng)道布置在燃氣輪機基座內(nèi)，燃氣輪機基礎(chǔ)加高，主廠房相應(yīng)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(zhuǎn)層可以與汽輪機島的運轉(zhuǎn)層齊平，形成運轉(zhuǎn)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(fā)電機布置在主廠房內(nèi)運轉(zhuǎn)層，燃氣輪機、燃氣輪機輔機、發(fā)電機的檢修條件比較理想，但廠房結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)總造價最高；由于燃氣輪機發(fā)電機組及汽輪機發(fā)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(cè)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(cè)進氣時（見圖3），燃氣輪機基礎(chǔ)不受風(fēng)道高度影響，燃氣輪機基礎(chǔ)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(fā)電機布置于主廠房內(nèi)，主廠房占地面積增加，主廠房體積也有所增加。燃氣輪機側(cè)進氣時，燃氣輪機發(fā)電機未受到進氣道的阻擋，檢修條件較好。燃氣輪機及發(fā)電機均可以用大行車檢修起吊。廠房結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)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(cè)進氣鏡像布置指的是從發(fā)電機往燃氣輪機方向看，一臺燃氣輪機左側(cè)進氣，另一臺燃氣輪機右側(cè)進氣），將兩臺汽輪機布置在廠房中間，燃氣輪機布置在兩側(cè)，則廠房外觀相對較整齊。要實現(xiàn)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(shè)備存在一定程度的不同設(shè)計，理論上可以實現(xiàn)，但一定程度上會影響設(shè)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(jù)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(lián)合循環(huán)電廠主廠房布置方案的特點進行比較，詳見表4。

4 結(jié)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(cè)進氣模式的結(jié)構(gòu)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(lián)合循環(huán)電廠主廠房布置方案的特點進行比較。從設(shè)備采購費用和供貨周期方面考慮，擬選用有業(yè)績和成熟設(shè)計經(jīng)驗的制造商，若工程對燃氣輪機進氣有特殊要求的，應(yīng)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(xù)項目應(yīng)根據(jù)項目自身特點和外部條件，結(jié)合3種燃氣輪機進氣模式下的特點和優(yōu)缺點選擇合適的燃氣輪機進氣布置方案。

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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(shè)計工作，E-mail：shihaiyun＠gedi．com．cn。