9F型燃?xì)廨啓C(jī)市場調(diào)研解析

1、9F型燃?xì)廨啓C(jī)市場調(diào)研9F型燃?xì)廨啓C(jī)市場調(diào)研目錄一.F型燃?xì)廨啓C(jī)的研制過程二 9F型 燃 氣 輪 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 能三 DLN-2.6燃 燒 室 的 研 制四 9F型 燃 氣 輪 機(jī) 構(gòu) 成 的 聯(lián) 合 循 環(huán) 機(jī) 組五 9F型 燃 氣 輪 機(jī) 構(gòu) 成 的IGCC電 廠六 9F型 燃 氣 輪 機(jī) 進(jìn) 一 步 發(fā) 展 的 研 究19F型燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)研報(bào)告一.F型燃?xì)廨啓C(jī)的研制過程美國GE公司于二十世紀(jì)八十年代中期投入了大量資金， 進(jìn)行F型燃?xì)廨啓C(jī)的開發(fā)研制，主要是將飛機(jī)發(fā)動機(jī)的先進(jìn) 技術(shù)和部件移植到工業(yè)和發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)上，從 而使其性能 大幅度提高。例如， 由于應(yīng)用了飛機(jī)發(fā)動機(jī)上的先進(jìn)冷卻

2、技 術(shù)和材料，使透平的進(jìn)氣溫度一下提高了167C,從而使燃 氣輪機(jī)的性能有了較大幅度的提高，奠定了F型燃?xì)廨啓C(jī)的 基礎(chǔ)。GE公司于1987年制成了首臺60Hz的MS7001 F型燃?xì)?輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，輸出功率135.7MW， 發(fā)電效率32.8%。接著，GE公司與GECAIsthom公司聯(lián)合開發(fā)，通過MS7001 F型燃?xì)廨啓C(jī)的?；糯?， ?；禂?shù)1.2， 制成了50Hz的MS9001 F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組， 輸出功率212.2MW， 發(fā)電效 率34.1%。其燃?xì)廨啓C(jī)的所有部件， 除軸承和燃燒室以外， 都是按1.2的 比例進(jìn)行?；糯?。第一臺MS9001 F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組于1991年8月在 美

3、國南卡羅萊納州的格林維爾(Greenville)廠制造成功并滿意地運(yùn)行。第二臺MS9001 F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組由EGT公司(GEC Alsthom公司的法國子公司)制造，并裝在法國 電力公司的Gennevelliers電站作簡單循環(huán)運(yùn)行。該 機(jī)組于1993年初投入商業(yè)運(yùn)行。接 著，按照用戶的要求，進(jìn)行了嚴(yán) 格的可靠性試驗(yàn)。在30天的連續(xù)試驗(yàn)中， 頭15天每天起動 一次， 每天運(yùn)行8小時(shí)。接著的15天每天起動2次， 每次 試 驗(yàn) 運(yùn) 行1小 時(shí) 。 該 試 驗(yàn) 證 實(shí)了MS9001 F型 機(jī) 組 有 較 高 的 起動和運(yùn)行可靠性。接著，GE公司又將其MS7001 FA型燃?xì)廨啓C(jī)?；s小， ?；?/p>

4、比2/3,于1995年末研制成70MW等級的MS6001 FA型 燃?xì)廨啓C(jī)， 通過齒輪箱減速， 用于50Hz/60Hz發(fā)電。2GE公司還與其意大利的伙伴新庇隆公司聯(lián)合開發(fā)了50Hz的9EC型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組結(jié)合了9E燃?xì)廨?機(jī)的設(shè)計(jì)和9F型燃?xì)廨啓C(jī)的透平段技術(shù)，使9E型燃?xì)廨啓C(jī) 發(fā)電機(jī)組的性能有了較大幅度的提高。燒天然氣時(shí)，9EC型 機(jī)組的額定功率達(dá)169MW發(fā)電效率35%,首臺9EC型發(fā)電 機(jī)組于1996年秋天制成。二.9F型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)和性能1.9FA型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)圖1是9FA型燃?xì)廨啓C(jī)的縱剖面圖。 該機(jī)組為典型的單 軸結(jié)構(gòu)， 與傳統(tǒng)的9E型燃?xì)廨啓C(jī)相比較，省去了一個(gè)中間 軸承

5、，三支承變成了雙支承。動力輸出由透平排氣端（熱端） 改變?yōu)閴簹鈾C(jī)進(jìn)氣端（冷端）。 透平改變?yōu)檩S向排氣，有利 于 與余 熱 鍋爐 的 連接 。 其 控制 系 統(tǒng) 應(yīng) 用GE公 司 的Speedtronic MKV，有三冗余度，由3臺 計(jì)算機(jī)分擔(dān)燃?xì)廨?機(jī)的控制職能，三冗余的計(jì)算機(jī)或傳感器之一發(fā)生故障時(shí)， 內(nèi)部的表決邏輯將透平控制重新定向于兩臺能工作的計(jì)算 機(jī)和傳感器，因而有較高的可靠性。 其輔機(jī)安裝在分開的底 盤 上 ，也 有一 定的 冗余 度。圖1MS9001 FA型燃?xì)廨啓C(jī)的縱剖面圖9FA型燃?xì)廨啓C(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)、性能和材料的情況如 下：壓氣機(jī)：18級軸流式，壓比15.4:1,空氣質(zhì)量流量6

6、45kg/s。頭兩級為跨音速級，帶可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉，用于調(diào)節(jié) 透平的排氣溫度，提高運(yùn)行效率。第9級和第13級開有排 氣口，以配合起動過程。其轉(zhuǎn)子是由單個(gè)葉輪用多根IN 738合金3鋼軸向拉桿連接成的剛性轉(zhuǎn)子，末級葉輪上附有一向心 式透平槽道，將壓縮空氣引入中心孔，用于透平段的冷卻。 轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速20%。燃燒室：有18個(gè)逆流管環(huán)形燃燒室，直徑350mm每個(gè) 燃燒室有6個(gè)燃料噴嘴，共108個(gè)燃料噴嘴?？蔁烊粴?、蒸餾油和中熱值氣體燃料。兩只高能點(diǎn)火器分裝在兩個(gè)燃燒 室上點(diǎn)火，各燃燒室之間用聯(lián)餡管聯(lián)餡?？梢宰⒄羝蜃⑺?抑NOx的形成，或應(yīng)用干式低NOx(DLN)燃燒室。透平：為3級軸

7、流式，應(yīng)用壓氣機(jī)的排氣冷卻。第1、2級動葉應(yīng)用空氣內(nèi)冷，并采用真空等離子噴涂保護(hù)涂層。第3級動葉不冷卻，但應(yīng)用堆積涂層保護(hù)。第1級動葉無圍帶， 第2、3級動葉應(yīng)用整體的乙形圍帶。3級靜葉都應(yīng)用空氣內(nèi) 冷，第1、2級靜葉設(shè)計(jì)成2葉片塊結(jié)構(gòu)，應(yīng)用真空等離 子 噴涂合金保護(hù)涂層。第3級靜葉設(shè)計(jì)成三葉片塊結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 堆積涂層保護(hù)。軸承：由拉桿組裝的整體轉(zhuǎn)子支承在兩個(gè)可傾瓦支持軸 承上，軸向推力由雙銷軸推力瓦軸承自行平衡。排 氣 ：排 氣缸 應(yīng)用 加 長 的軸向 擴(kuò) 壓器 ，減小 了 排氣 速 度 。 降低了排氣損失。材料和涂層：壓氣機(jī)的19級動葉和靜葉以及進(jìn)口導(dǎo)葉的材料為C-450(Custom450

8、)，這是一種抗腐蝕的 不銹鋼， 可以不加 保 護(hù) 涂 層 安 裝 在 受 化 學(xué) 侵蝕 的 環(huán) 境 中 。其 它 級 的 葉 片 應(yīng) 用 加 鈮的AISI403不銹鋼，同樣不加保護(hù)涂層。氣缸 用球墨鑄鐵 鑄造。葉輪用CrMoV鋼和NiCrMoV鋼制造。燃燒室外的火焰筒由Hastelloy X制造，后段應(yīng)用HS-188材料，內(nèi)表面加隔熱涂層。 過渡段材料為Nimonic 263，帶 冷卻。 后座為鑄造的FSX-414。外殼為SA/516-55鋼。透平的三級動葉都應(yīng)用GTD-111材料，它是由Rene 80改進(jìn)了抗熱腐蝕性能而形成的，與常用的U-500材料比較， 其強(qiáng)度提高了50%，低周疲勞性能改

9、4進(jìn)了20%。動葉為精密 鑄造， 第一級動葉為定向結(jié)晶， 頭兩級動葉應(yīng)用了CoCrAly涂層，外面再復(fù)以氧化物表層。 第3級動葉采用堆積工藝的 高鉻涂層，并進(jìn)行了擴(kuò)散熱處理。 氣缸由CrMo鋼制造。 軸 和葉輪都是Inconel 706合金。 第1級噴嘴是熔模燒鑄的FSX-414鈷基超級合金。 第2、3級靜葉為熔模燒鑄的GTD-222鎳基合金。 第1級噴嘴加真空等離子噴涂涂層，第2級靜葉加堆積工藝涂層排氣缸由SA/516-55鋼制造，再加347不銹鋼內(nèi)襯 部件的冷卻：第1級定向結(jié)晶動葉應(yīng)用蛇形通道形成對流冷卻，并且， 鑄造時(shí)在通道中加進(jìn)了擾流子，冷卻空氣由葉根部進(jìn)入，由 葉頂和尾緣部排出，如圖

10、2所示。第1級噴嘴有前、后兩個(gè)冷卻空腔，采用氣膜、沖擊和 對流綜合冷卻，每一個(gè)雙葉片塊有近600個(gè)冷卻孔，如圖3所示。第2級動葉應(yīng)用徑向孔形成對流冷卻，冷卻空氣由葉頂排出。第3級動葉不冷卻圖2第1級動葉冷卻通道5第2級靜葉應(yīng)用沖擊冷卻+對流冷卻，第3級靜葉僅用 對流冷卻。第1級噴嘴和圍帶的冷卻空氣取自壓氣機(jī)排氣，第1級 動葉的冷卻空氣由壓氣機(jī)第17級通過轉(zhuǎn)子中心孔引入，其 余部件的冷卻空氣由壓氣機(jī)第13級抽氣口經(jīng)外部回路引入。輔機(jī)組件：9F型燃?xì)廨啓C(jī)采用了快裝結(jié)構(gòu)，其主機(jī)、輔機(jī)和連接元 件分裝在幾個(gè)底盤上。輔機(jī)組件的底盤上裝有潤滑油箱，容 量30280kL，有帶切換閥的雙聯(lián)潤滑油過濾器和換熱器

11、、兩 臺全尺寸的交流電動機(jī)驅(qū)動的潤滑油泵、交流/直流電動機(jī) 驅(qū)動的密封油泵、冗余的交流電動機(jī)驅(qū)動的液壓油泵和轉(zhuǎn)子 頂升油泵。該底盤還裝有雙聯(lián)燃料油過濾器、3臺50%容量 的交流電動機(jī)驅(qū)動的燃料油泵和兩臺100%容量的交流電動 機(jī)驅(qū)動的霧化空氣壓縮機(jī)。輔機(jī)底盤上的設(shè)備布置如圖4所 示。該組件是工廠裝配、試驗(yàn)后，作為一整體發(fā)運(yùn)的。6圖4輔機(jī)組件的布置此外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)內(nèi)部連接組件，將以前散裝運(yùn)輸和 現(xiàn)場安裝的一些元件和內(nèi)部連接管道集中安裝在一個(gè)底盤 上，在工廠內(nèi)裝配，整體運(yùn)輸，大大減少了現(xiàn)場工作量。該 組件的布置如圖5所示。其中裝有用于天然氣系統(tǒng)和清吹系 統(tǒng)的氣體截止比例控制閥、分流器和清吹閥；用

12、于液體燃料 系統(tǒng)的流量分配器和控制NOx排放的回注水分級隔離閥以及 連接輔機(jī)組件與燃?xì)廨啓C(jī)的所有管道。7圖5內(nèi)部連接組件的布置燃?xì)廨啓C(jī)、輔機(jī)組件和內(nèi)部連接組件都有完全配套的罩 殼，其中裝有照明系統(tǒng)、插座、CQ滅火保護(hù)系統(tǒng)、出入門、 通風(fēng)系統(tǒng)和隔音層，隔音層和消音設(shè)施根據(jù)需要使用，可以 滿足1m處噪聲等級85dBA的要求。9F燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組還備有一電氣設(shè)備控制室，該外箱 中裝有Mark VSpeedtronic透平控制盤、發(fā)電機(jī)控制盤、 馬達(dá)控制中心、帶雙充電器的機(jī)組蓄電池和勵磁系統(tǒng)。所有 電氣設(shè)備都是在工廠內(nèi)組裝，并加PEECCM（快裝電氣設(shè)備控 制室）標(biāo)簽。9F燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組應(yīng)用GE公司

13、的324S型發(fā)電機(jī)，用 剛性聯(lián)軸器連接到燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)氣端。這是一種氫冷 發(fā)電機(jī)。有一套低速盤車設(shè)備連接到發(fā)電機(jī)的集流環(huán)端。進(jìn)口空氣過濾器一般布置在發(fā)電機(jī)上面，其濾芯水平安 裝。該過濾器為“自潔型”脈沖反吹下來的灰塵依靠重力 排出。 整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)的額定壓降為89mmHO。此外，還有一 套壓氣機(jī)水洗設(shè)備，能夠離線或在線清洗壓氣機(jī)，以清除積 垢，減少堵塞，保持壓氣機(jī)的效率接近新機(jī)狀態(tài)。9F型燃?xì)廨啓C(jī)連同底盤的凈重約299噸，連同罩殼的體 積約870m3。89F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的起動：9F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組應(yīng)用靜態(tài)起動，即起動時(shí)將同步 發(fā)電機(jī)用作起動電動機(jī)，采用變頻器供應(yīng)起動電力。2.9F型燃

14、氣輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的性能GE公司的9F型燃?xì)廨啓C(jī)研制過程中，其性能經(jīng)過了不 斷的改進(jìn)和完善。表1列出了9F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組性能 改進(jìn)的情況。表1 9F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組性能改進(jìn)情況型號PG9281FPG9301FPG9331FA PG9351FA制成年份1987199119921996輸出功率，MW212.6216226.5255.6熱耗率，kJ/kWh1055010320100959759效率，%34.134.935.736.9透平進(jìn)氣初溫，c1260126012881300排氣溫度，C583583589609壓比13.613.615.015.43.F型燃?xì)廨啓C(jī)壽命管理系統(tǒng)的研究F型燃?xì)廨啓C(jī)較

15、大幅度的提高了循環(huán)效率， 但由于其燃 氣初溫提高到1300C左右，因此，相應(yīng)地產(chǎn)生了一系列有關(guān) 高溫部件的安全性、可靠性和使用壽命的問題，增加了維修 和更換的成本。例如，其透平第1級動葉的正常設(shè)計(jì)壽命為25000小時(shí)，以后，經(jīng)更換保護(hù)涂層和適當(dāng)維修，還可再繼 續(xù)運(yùn)行25000小時(shí)。然而，經(jīng)常 在運(yùn)行15000小時(shí)后便可 發(fā) 現(xiàn)一些葉片產(chǎn)生裂紋，甚至在運(yùn)行3000小時(shí)后便可發(fā)生 涂 層損壞。因此，對于F型先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)，提高其高溫段部件 的 運(yùn)行 可 靠 性 和 壽 命 ，降 低 維 修 成 本 便 變 得 非 常 重 要 。為 此 ， 美國 電力 研究 所（EPRI）于1998年 后 期 開始

16、了 一項(xiàng)研 究 計(jì) 劃，以優(yōu)化F型燃?xì)廨啓C(jī)高溫段部件的可靠性和可用性。該 計(jì) 劃 首 先 通 過7F型 和9F型 燃 氣 輪 機(jī) 實(shí) 際 硬 件 的 研 究 和 軟 件 的模擬，努力形成一種分析方法，9使運(yùn)行和維修人員可以確 定一種運(yùn)行和維修方案，以增加透平動葉、靜葉等高溫部件 的使用壽命。高溫部件損壞的原因主要有三個(gè)：一是由于高運(yùn)行溫度 引起的蠕變斷裂；二是由于起動/停機(jī)的交變產(chǎn)生的熱力 機(jī) 械 疲勞 （TMF）； 三 是 由于高 溫 、氧化 的 環(huán)境 和 溫 度交 變 使 涂層損壞。為 此 ，EPRI準(zhǔn) 備 研 究出一 種 壽命 管 理 程序 ，可 以精 確地 追 蹤和 預(yù) 測 高 溫 段

17、 的 透 平 葉 片 壽 命 ， 包 括 蠕 變 壽 命 、TMF壽 命和涂層氧化壽命，這些都是機(jī)組運(yùn)行工況的函數(shù)。該方法 可以幫助運(yùn)行人員決策，確定機(jī)組是繼續(xù)運(yùn)行、維修或更換 部件。首 先 ，EPRI集 中 力 量研究 了F型 燃 氣 輪機(jī) 工 作環(huán)境 最為 惡劣的透平第一級動葉，對其GTD-111DS（定向結(jié)晶）超級 合金的物理和機(jī)械特性進(jìn)行了測量，對涂有MCrAly（M為鎳、 鈷或鎳和 鈷） 涂層的GTD-111DS試樣進(jìn)行等溫老化試驗(yàn)， 在4種不同的 溫度下試驗(yàn)10000小時(shí)。通過這種試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 某 些 微 觀 結(jié) 構(gòu)特 征 的 改 變是 試 樣 暴 露 溫度 和 時(shí) 間 的 函 數(shù)，

18、因 此，建立了一種確定局部葉片溫度的間接方法。所有的GTD-111數(shù)據(jù)都用于葉片分析，其 目的是尋找葉 片上的溫度和應(yīng)力分布，以便預(yù)測蠕變斷裂和熱疲勞壽命。EPRI主要通過計(jì)算，包括氣動熱力分析，來 確定第一級 動葉周圍的流動分布，進(jìn)而確定溫度分布，這是決定其性能 的最關(guān)鍵的參數(shù)。接著，對實(shí)際運(yùn)行的F型燃?xì)廨啓C(jī)，在各 種 工 況 下 用 光 學(xué) 高 溫 計(jì) 對 第 一 級 動 葉 的 溫 度進(jìn) 行 測 量 ，將 其 數(shù) 據(jù) 與計(jì) 算分 析的 結(jié) 果 進(jìn)行比 較 ，以 證 實(shí) 計(jì)算 分析 的溫 度 分 布與實(shí)測結(jié)果的關(guān)系，因而，可預(yù)測故障損壞的位置。EPRI還收集了流道數(shù)據(jù)，測 量了動葉的幾何型

19、線、記 錄 了噴嘴裂紋的情況、進(jìn)行了冷卻通道的流動試驗(yàn)。通過以上工作，開發(fā)了一種涂層壽命規(guī)程，可預(yù)測鋁化 物 或MCrAly涂 層10的概 率 壽命 。EPRI建立的壽命管理系統(tǒng) 將從第 一級動葉擴(kuò)大到其它的 高溫段部件，可用于高溫段部件的“運(yùn)行檢修更換”決 策，提高高溫段部件的壽命、減少高溫段部件的運(yùn)行和維修 成本，還可為優(yōu)化高溫段部件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。4.F型燃?xì)廨啓C(jī)曾發(fā)生過的主要質(zhì)量問題由于F型燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣初溫已達(dá)1300C左右，機(jī)組的 運(yùn)行安全可靠性便成為比較突出的問題，也是改進(jìn)機(jī)組性能 的 重 要方 面 。GE公司的7F和9F型燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行早期曾出現(xiàn)過一些 質(zhì)量問題， 影響了機(jī)組的

20、安全可靠性。 例如，7F和9F型燃 氣輪機(jī)由傳統(tǒng)的透平端輸出功率的“熱端輸出”改變?yōu)橛蓧?氣機(jī)端輸出 功率的“冷端輸出”， 因而增大了壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子各葉輪之間傳遞的扭矩。由于沒有采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，導(dǎo)致 壓 氣 機(jī)拉 桿的 強(qiáng)度和 預(yù) 緊力不 足 ，使 得 機(jī) 組運(yùn) 行 一 段時(shí) 間 以 后，發(fā)生拉桿松動，壓氣機(jī)葉輪間形成微量偏移，產(chǎn)生強(qiáng)烈 振動，甚至發(fā)生拉桿斷裂等故障。透平轉(zhuǎn)子也發(fā)生過拉桿松動、葉輪間微量偏移、產(chǎn)生強(qiáng) 烈振動、拉桿周圍的葉輪出現(xiàn)裂紋等故障。后來，GE公司改 進(jìn)了這部分的 設(shè)計(jì)和材料， 使問題得到了解決， 但已造成 了 較大的經(jīng)濟(jì)損失，一度影響了F型機(jī)組的銷售。三 DLN-2.6燃

21、 燒 室 的 研 制最初，F(xiàn)型燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用DLN-2干式低NOx燃燒室，它 使燃料氣與助燃空氣進(jìn)行貧燃料預(yù)混合， 因而， 較大幅度地 降低了 燃燒區(qū)的火焰溫度， 大大地減少了NOx的產(chǎn)生量。DLN-2燃燒室可 以達(dá)到NOx排放w25ppm,CO排放w15ppm。由于全球范圍的環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，DLN-2燃燒室已 不能滿足某些特別嚴(yán)格地區(qū)對排放物的要求，因此，GE公司 對DLN-2燃燒室又作了進(jìn)一步改進(jìn)，研 制成功了DLN-2.6燃 燒室，在燃?xì)廨啓C(jī)燒天然氣時(shí)，負(fù)荷從50%100%的較寬范 圍內(nèi)，可以達(dá)到排放指標(biāo)：NOxW9ppm,CCw9ppm。目前， 該燃燒11室已普遍應(yīng)用到7FA和9FA

22、型燃?xì)廨啓C(jī)上，取得了很 好 的 效果 。圖6是DLN-2.6燃燒室的縱剖面圖， 它主要由火焰筒、 過濾段、 導(dǎo)流襯套、 帽罩、 噴嘴、 端蓋、 前外殼和后外殼等 部件構(gòu)成。 其中， 端蓋、 噴嘴、前外殼和帽罩又形成了一個(gè) 可以單獨(dú)拆卸的頭部組件。 壓縮空氣由壓氣機(jī)的排氣缸流 出 ， 首先對過濾段形成沖擊冷卻， 再逆流向前， 流過火焰筒 與導(dǎo)流襯套之間的環(huán)形空間，流向燃燒室頭部。其中，有少 量空氣用于冷卻帽罩，其余空氣經(jīng)噴嘴上的旋流器進(jìn)入頭部 的預(yù)混區(qū)，與由燃料噴管噴出的燃料氣進(jìn)行預(yù)混合，燃料/空氣混合物由預(yù)混區(qū)經(jīng)帽罩流入火焰筒，被置于2個(gè)上部燃 燒室上的高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃，火焰附著在噴嘴尖端與帽罩

23、形成 的平面上，并被火焰筒包容，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過渡段進(jìn)入透平第 一級噴嘴環(huán)。各燃燒室之間用聯(lián)焰管連接，未安裝點(diǎn)火器的 燃燒室靠聯(lián)焰管聯(lián)焰而著火。DLN-2.6 cross section圖6DLN-2.6燃燒室每個(gè)燃燒室外的頭部均布置了6個(gè)預(yù)混噴嘴，如圖7所 示，其中5個(gè)噴嘴均布于四周，如同DLN-2燃燒室一樣，稱 為外圍噴嘴。但在其中央增加了一個(gè)噴嘴。這12樣，當(dāng)周圍的5個(gè)燃燒器的燃料/空氣比維持高于其貧著火極限時(shí)，可以使 中央燃燒器的燃料/空氣比低于周圍的貧著火極限，同樣可 以保持火焰的穩(wěn)定。由于增加了中央燃燒器，使總?cè)剂?空 氣比可以比均勻地供燃料的燃燒器減到更低的數(shù)值，從而使 總預(yù)混空氣量

24、增加了6%,因而，降低了燃燒區(qū)的火焰溫度，減少了熱NOx的產(chǎn)生量圖7DLN-2.6燃燒室的噴嘴布置DLN-2 6 outer fuel nozzle cut-away diagram圖8是DLN-2.6燃燒室外圍噴嘴的縱剖面圖，此噴嘴有 供擴(kuò)散和預(yù)混氣體燃料的兩條通道。預(yù)混氣體燃料通過外圍 的燃料通道供入，通過布置于旋流器中的燃料噴管噴入由旋 流器流出的空氣流中，進(jìn)行預(yù)混合。在噴嘴的前部布置有防 倒焰的“保險(xiǎn)裝置”以防火焰倒燃進(jìn)入預(yù)混區(qū)。當(dāng)發(fā)生倒 焰時(shí)，“保險(xiǎn)裝置”自動打開，將氣體燃料引入噴嘴尖端擴(kuò) 散噴出，從而使預(yù)混區(qū)的燃料/空氣比下降到貧著火極限以 下，使火焰熄滅。因而，火焰被重新附著至噴

25、嘴端部和帽罩 形成的平面上。圖8 DLN-2.6燃 燒 室 外 圍 燃 料 噴 嘴13此外，在燃燒器的燃料氣噴管下游加全整流片，可以防 止火焰附著在預(yù)混燃料噴管上。燃?xì)廨啓C(jī)燒液體燃料時(shí)，在噴嘴的芯管中增加了油、抑 制NOx的水和霧化空氣的通道?；鹧嫱矎念^部到過渡段進(jìn)口帶有一定的錐度， 在空氣側(cè) 利用不連續(xù)的 肋片 （擾流器）來強(qiáng)化冷卻，在燃?xì)鈧?cè)加隔熱 涂層。 火焰筒的后部有一雙層壁的圓柱段，在其周圍有多條 軸向冷卻槽道。 冷卻空氣由流動套流入該槽道，冷卻后排入 火 焰筒下 游。 該結(jié) 構(gòu) 能 以小冷 卻 流量 獲 得 高冷 卻 效果。F型燃?xì)廨啓C(jī)的上部有兩個(gè)燃燒室有高能火花塞，火花 塞可以伸縮

26、，當(dāng)點(diǎn)火以后機(jī)組加速時(shí)，火花塞被燃燒室中升 高 的 壓力 壓回 ，以 免 被 火焰燒 壞 。停機(jī) 后 ，火 花 塞 又被 彈 簧 力壓進(jìn)燃燒室，以便下一次點(diǎn)火起動。 還有4個(gè)上部燃燒室 裝有火焰檢測器。 每個(gè)燃燒室上還裝有一個(gè)動壓 力探頭，用 來 監(jiān) 測燃 燒的 脈動 ， 這 些孔也 可 用作 孔 探 儀的 進(jìn) 口。過渡段接收來自火焰筒的燃?xì)?，將其引入透平第一級?嘴環(huán)。過 渡段與透平第一級噴嘴環(huán)之間用浮動的金屬密封連 接 。 最 近 ， 又 采 用 了 “ 金 屬 布密 封 ”， 改 進(jìn) 了 密 封 能 力 ， 減 少了磨損，提高了可靠性。DLN-2.6燃燒室的燃料是分級供應(yīng)的，其控制系統(tǒng)比

27、較 復(fù)雜。氣體燃料供應(yīng)分為4條管路：PM1供應(yīng)中央噴嘴、PM2供應(yīng)周圍的2個(gè)噴嘴、PM3供應(yīng)周圍其余的3個(gè)噴嘴、第4條管路（Q）供向預(yù)混區(qū)四周15根50mm長的短噴管，用來控制燃燒脈動，如圖9所示。圖9中，SRV為速度/比例閥，DI N一2. (5 I gn I L ion, cross-Ti reaecel eraLionand lofiditi目slralegy用來維持控制閥前的燃料氣壓力；GCV、GCV、GCV3和GCV為相應(yīng)管路的控制閥，用來控制通向各管路的燃料氣流量。PM3-3 NQ PREFIX ONLYPI 翊!述 NO 疋 PR&MIXONLYPM -t NOZ PR&

28、amp;WXOK.YQ - OUAT MANIFOLD. CASING, PRE-MIX ONLYDLN2. 6 fuel distribution and control呂system圖9DLN-2.6燃燒室的燃料分配和控制燃?xì)廨啓C(jī)起動時(shí)，各燃料管路和相應(yīng)的噴嘴是逐步投入 工作的，如圖10所示。點(diǎn)火時(shí)，PM1+PM2兩條管路投入工作, 然后關(guān)斷PM1，由PM2完成聯(lián)焰，并升速至95%額定轉(zhuǎn)速。 此時(shí)，由PM2切換為PM1工作，使機(jī)組繼續(xù)加速至全速空負(fù)荷。當(dāng)帶至約10%負(fù)荷時(shí)，再投入PM2管路，又變?yōu)镻M1+PM2工作。繼續(xù)增至25%負(fù)荷，關(guān)斷PM2,投入PM3,變?yōu)镻M1+PM3PM2+PM

29、3+Q為PM1+PSleT7RF1詢軸*110Z)(TTOFi nilcfttl匕 就25ptfc t X(TTRFI( (nFFtiwtohbrttf( (Mwto0fK + *tiTBci4iay to #4電4S prat Ind)TTRFl swftdi M ta bne io呦SRV 9PEED/RATO VALVE GCV1SAS CONTRX FM1 GCV3GA3CONTROL PM2GCV3GJkS CONTROL PM3 GCV4GAS CONTROL Quaternary工作擋負(fù)FTTJTtlDW6則CAPM2+PM3工作。持LOADINGSEQUENCE），變?yōu)?PM1

30、4PMrPM1,變17圖10DLN-2.6燃燒室點(diǎn)火、聯(lián)焰、加速和帶負(fù)荷程序燃?xì)廨啓C(jī)卸負(fù)荷和熄火時(shí)，DLN-2.6燃燒室的程序如圖11所示。正常停機(jī)順序大致與起動順序相反。此外，控制系統(tǒng)還要保證從氣體燃料運(yùn)行到液體燃料運(yùn) 行相互之間的可靠平衡切換。DLN-2.6燃燒室燒天然氣作基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，檢查間隔 時(shí)間為8000小時(shí)/400次起動。其它運(yùn)行工況，如燒蒸餾油、 燒蒸餾油并注水抑制NOx、燒天然氣作尖峰負(fù)荷運(yùn)行或回注 蒸汽以增加功率時(shí)， 都將使燃燒室的檢查間隔時(shí)間縮短?，F(xiàn)GE公司正在繼續(xù)努力，爭取將該檢查間隔時(shí)間增加至12000小時(shí)。截止1999年9月，已有16臺裝有DLN-2.6燃燒室的F1

31、8型燃?xì)廨啓C(jī)投入了商業(yè)運(yùn)行。四.9F型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組目前，由9F型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組有S109FA和S209FA兩種，GE公司傳統(tǒng)的構(gòu)造方式是采用多軸 結(jié)構(gòu)，即1臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組+1臺余熱鍋爐構(gòu)成一標(biāo)準(zhǔn)模 塊，一個(gè)或幾個(gè)這樣的模塊配一臺汽輪發(fā)電機(jī)組可構(gòu)成多種圖12 S109FA方案圖13 S209FA方案多軸方式的優(yōu)點(diǎn)是組合靈活方便，其中，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電 機(jī)組可以單獨(dú)起動和運(yùn)行，起動功率小，運(yùn)行方式靈活。電 廠可以分階段建造，即先上燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組作簡單循環(huán)運(yùn)S109FA和S209FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的方案如圖12和圖13所示19行，以后再擴(kuò)建成聯(lián)合循環(huán)電廠。后來，為了

32、降低成本，GE公司的S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組也采用了單軸結(jié)構(gòu)方式。 即由1臺燃?xì)廨啓C(jī) （C）+1臺余熱 鍋爐+1臺汽輪機(jī) （S）+1臺發(fā)電機(jī)（G）構(gòu)成。它又細(xì)分為CSG和CGS兩種型式，如圖14所示。圖14單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的構(gòu)成方案由于單軸結(jié)構(gòu)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組省去了一臺發(fā)電機(jī)和輸變 電系統(tǒng)，可使機(jī)組成本下降約5%o下面以英國的Medway電廠為例，說明S209FA聯(lián)合循環(huán) 機(jī)組的構(gòu)成情況。Medway電廠是一座早期的S209FA聯(lián)合循環(huán)電廠，它由2臺9FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組配2臺三壓再熱自然循環(huán)的余熱鍋 爐，向一臺再熱汽輪發(fā)電機(jī)組供汽，以天然氣為主燃料，以 燃料油為備用燃料。圖15為該電廠的平面布

33、置圖。Medway plant site arrangement20圖15 Medway電廠的平面布置圖該電廠的發(fā)電大廳內(nèi)安裝了2臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組 (CTG)、1臺汽輪發(fā)電機(jī)組(STG)、透平輔機(jī)組件、離相封 閉母線、開關(guān)設(shè)備、行車、給水/凝結(jié)水/蒸汽循環(huán)過程部件、 汽輪發(fā)電機(jī)組的潤滑油組件、公用的透平油冷卻器、控制室 和輔助系統(tǒng)。圖16是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐的正視圖。由此圖 可見，余熱鍋爐布置在室外，與燃?xì)廨啓C(jī)的排氣法蘭相連接。 其進(jìn)口管道加有隔聲的罩殼。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣管道在發(fā)電機(jī) 的上方平行地布置。進(jìn)口空氣過渡器在屋頂安裝。離相封閉 母線導(dǎo)管布置在發(fā)電機(jī)中心線下面，并與發(fā)電機(jī)中心線

34、平 行，直接接向發(fā)電機(jī)的斷路器。升壓變壓器位于離相封閉母 線中心線的上部。燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)的底盤安裝在混凝土基 礎(chǔ)上。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的輔機(jī)墊高安裝在底座上。除氧器高于屋頂安裝，可以向鍋爐給水泵提供最大的吸入壓頭。兩 套燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及與其相連接的余熱鍋爐平行地重復(fù) 著相同的布置。Combustion turbine elevation21圖16燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和余熱鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)組安裝在發(fā)電大廳內(nèi)運(yùn)行層的混凝土底座上，其輔機(jī)布置在汽輪發(fā)電機(jī)組下面的中層和底層。DCIS（分散控制和信息系統(tǒng)）安裝在運(yùn)行層的控制室內(nèi)。圖17是汽IUUUSteam turbine elcvatiori輪發(fā)電機(jī)組的

35、正視圖。圖17汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組的維修使用行車和專用的檢修撐架。在運(yùn)行層留有檢修放置空間，見圖18。圖19是該電廠主要設(shè)備的平面布置圖n22聯(lián)合循環(huán)電廠的起動是從燃?xì)廨啓C(jī)開始，燃?xì)廨啓C(jī)是將 發(fā)電機(jī)用作電動機(jī)起動的，電網(wǎng)的供電經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)變成變頻 電源，用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)。在起動程序開始之前，循環(huán)水系統(tǒng)、 冷卻塔、閉路冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等輔機(jī)系統(tǒng)先投入 運(yùn)行。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到10%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，供入燃料氣并開始點(diǎn) 火，使燃?xì)廨啓C(jī)加速直到自持轉(zhuǎn)速。這時(shí)，關(guān)斷供向發(fā)電機(jī) 的變頻電源，燃?xì)廨啓C(jī)繼續(xù)加速。燃?xì)廨啓C(jī)起動后不久，透平的排氣便開始加熱余熱鍋爐。余熱鍋爐沒有燃?xì)廨啓C(jī)的排氣旁通煙囪，也不供應(yīng)輔助

36、蒸 汽，所以，整個(gè)系統(tǒng)必須同時(shí)起動。最初，余熱鍋爐產(chǎn)生的 蒸汽通過排汽管和疏水管泄放。當(dāng)主蒸汽壓力達(dá)到某一數(shù)值 時(shí)，汽輪機(jī)的密封可以起作用，凝汽器的抽氣機(jī)起動，在凝 汽器中建立真空。一旦凝汽器中建立了真空，從余熱鍋爐向 凝汽器的排汽閥便可打開，汽輪機(jī)可以開始暖機(jī)。根據(jù)余熱 鍋 爐 和 汽 輪 機(jī) 允 許 的 暖 機(jī) 速 率 ，燃 氣 輪 機(jī) 可 以 同 步 和 帶到 選 擇的負(fù)荷。汽輪機(jī)的工況跟隨余熱鍋爐的輸出而變，節(jié)流以 維 持 一 不 變 的蒸 汽 壓 力 ， 帶 到80%負(fù) 荷 以 后 ， 再 滑 壓 力 升 至100%負(fù) 荷 。圖19Ground floor plan電廠主要設(shè)備的平面

37、布置23每一臺發(fā)電機(jī)配一臺升壓變壓器，所發(fā)電力通過升壓變 壓器，連接到附近的一變電所，并入電網(wǎng)。正常運(yùn)行時(shí)，電力負(fù)荷通過調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒速率來 調(diào)整，汽輪機(jī)跟隨燃?xì)廨啓C(jī)變負(fù)荷。當(dāng)汽輪機(jī)跳閘時(shí)，余熱 鍋 爐 產(chǎn) 生 的 蒸 汽 通 過 一 系 列 減 溫減 壓 站 排 向 凝 汽 器 ，允 許 燃 氣 輪 機(jī) 繼 續(xù) 運(yùn) 行 。 如 果 事 故 的 情況允 許 汽 輪機(jī) 再 起 動， 一 臺 燃?xì)廨啓C(jī)將回調(diào)負(fù)荷，并完成汽輪機(jī)的再起動。如果汽輪機(jī) 不能再起動，燃?xì)廨啓C(jī)可以繼續(xù)按需要發(fā)電，余熱鍋爐所產(chǎn) 生蒸汽的能量通過凝汽器排向循環(huán)水系統(tǒng)。該 聯(lián) 合 循 環(huán) 電 廠 的 主 要 設(shè) 備， 除2臺9

38、FA燃 氣 輪 機(jī) 發(fā) 電 機(jī)組外，還有：12臺Nooter/Eriksen自 然 循環(huán) 、三 壓 再 熱 余熱 鍋 爐，余熱鍋爐不補(bǔ)燃，配有隔聲內(nèi)襯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排氣消音器，減 少了壓力損失，降低了燃?xì)廨啓C(jī)的背壓，因而，可改進(jìn)循環(huán) 效率。余熱鍋爐的排氣溫度113 C,通向65m高的鋼煙囪排 向 大 氣 。21臺汽輪 發(fā) 電機(jī) 組 ， 汽輪 機(jī) 是GE公司 的 雙 缸 再 熱 汽 輪 機(jī) 。其 高 壓 段 與 中 壓 段 合 缸 ， 結(jié)構(gòu)很 緊 湊， 如 圖20所 示 。24高壓段與中壓段都是由中部進(jìn)汽，流動方向相反，因而軸向 推力相互抵消。高壓缸為全周進(jìn)汽，主蒸汽參數(shù)為538C、97bar、65

39、5t/h，再熱蒸汽進(jìn)入中壓段，其參數(shù)為355C、28bar。圖20汽輪機(jī)高、中壓段剖視低壓缸為雙流結(jié)構(gòu)，如圖21所示。其進(jìn)汽參數(shù)為260C、6.7bar,排 汽壓力41mmHgA25圖21汽輪機(jī)低壓段剖視GE的汽輪機(jī)為沖動式結(jié)構(gòu)，每一級的壓力降幾乎全部在 噴嘴或靜葉中發(fā)生，只有少量壓降在動葉中發(fā)生，以改善流 過動葉的流動特性。動葉中的低壓力降減少了動葉前后的漏 汽損失和軸向推力，有利于提高級效率。靜葉前后雖有圈套 的壓力降，但由于采用了隔板結(jié)構(gòu)，通過減少司板與轉(zhuǎn)子配 合處的直徑和采用背墊彈簧的迷宮式密封來減少漏汽損失。 每一片動葉的葉尖都有徑向密封片，葉根處有軸向密封片， 可減少漏汽損失，改進(jìn)

40、級效率。低壓段的流道應(yīng)用計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）方法進(jìn)行了仔 細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，充分考慮了汽流的徑向膨脹和流動。末級 動葉長1067mm,應(yīng)用了自防護(hù)的合金鋼設(shè)計(jì)，可有效地防止 水汽的磨蝕。末級靜葉頂部葉型設(shè)計(jì)成縮放形流道，允許超 音速膨脹，減少了激波和二次流損失。頂部的隔板延伸出去 蓋住了末級動葉，允許動葉汽道中的水滴沿其排出。與汽輪機(jī)相配的發(fā)電機(jī)也應(yīng)用GE公司的氫冷324S型發(fā) 電 機(jī) ，其 功率 因數(shù)0.85， 額 定值291MVA/15000V。3一 臺大傳熱表面積的 凝汽器，配 有鈦管和管板，水 箱 加涂層，可應(yīng) 用26含鹽的 冷卻水。當(dāng)余熱鍋爐產(chǎn)生的 蒸汽全部 旁通過汽輪機(jī)排入凝汽器

41、時(shí)，它仍能正常工作。4一臺Graham/Crane真空型給水除氧器 和貯箱，為兩 臺余熱鍋爐給水泵系統(tǒng)公用 。正 確選擇真空除氧器可改進(jìn)循 環(huán)效率。該除氧器運(yùn)行在150mmHgA壓力下，排氣至凝汽器。5一 套雙列、雙 床Glegg除鹽設(shè)備，具 有4670L/min的 水處理能力 。當(dāng)燒備用 的燃油時(shí)， 用 于向燃?xì)廨啓C(jī)注水， 抑 制NOx的排放。6一座12室的 機(jī)械抽風(fēng)、低速、低噪聲、混凝土結(jié)構(gòu) 的 蒸發(fā)冷卻塔。 上述特征可以減少對電 廠附近環(huán)境的 影響。 在環(huán)境溫度11C、80%的空氣相對濕度和612000L/min的流 量下，該冷卻塔的排熱能力為1.614x109kJ/h。72臺Graha

42、m水氣換熱 器， 用 來將燃 料氣的溫 度從27C升高到150C,以增加燃燒室進(jìn)口燃料氣的顯熱。加熱 用 的 水 來 自余 熱 鍋 爐 的 省 煤器 。 該 燃料 氣 加 熱 器布 置 在 室 外。83臺Alfa-Laval板式換熱器， 用 于電 廠輔助回路的 冷卻 ，包 括所有燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪 機(jī)的 潤滑油冷卻 以 及發(fā) 電 機(jī) 冷卻 器的 排 熱 。 如用 含鹽的 冷卻 水， 則選用 鈦合金材料。93臺GEC-Alsthom的 發(fā) 電機(jī)升 壓變壓器，在15kV/420kV時(shí) 額 定容 量290MVA， 通 過 現(xiàn) 場的 變電 所輸 入 國 家電 網(wǎng) 。2臺20MVA的輔助變壓器向電廠的輔助設(shè)

43、備供電。10 一套 帶冗 余結(jié) 構(gòu)的Bailey分散 控制 和信 息系 統(tǒng) （DCIS），這 種冗余結(jié)構(gòu)可以減少單點(diǎn)故障對DCIS系統(tǒng)數(shù)據(jù) 采 集 和 控 制 功 能 的 影 響 。操 作 員 界 面 通 過5臺48cm的CRT（非觸摸屏）上 相互作用的圖象顯示和報(bào)警信號來適應(yīng)操作 控制臺和鍵盤。DCIS是模塊結(jié)構(gòu)的微處理器系統(tǒng)，它用于下列情況的調(diào) 制控制、數(shù)字控制、監(jiān)測和指示：27 汽 輪 機(jī) 和 燃 氣 輪 機(jī) 的Mark V控 制 系 統(tǒng) 的 操 作 員 界 面 ； 根 據(jù) 機(jī)組 的 負(fù) 荷需求， 控制 到 發(fā) 電機(jī)的 信 號輸 出 ； 電廠其余系統(tǒng)的操作員界面顯示和控制； 對受控的電廠

44、設(shè)備和受控的工藝過程參數(shù)， 電廠的操 作員可以獲得信息；歷史數(shù)據(jù)的 儲存和檢索 。DCIS系統(tǒng)利用汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的Mark V控制系統(tǒng)、 基于控制系統(tǒng)的脫鹽裝置可編程邏輯控制器（PLC）和在線 性能監(jiān)測（OPM） 計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備界面。 所有的外部設(shè)備 界面都是雙向的數(shù)據(jù)連線，能 夠產(chǎn)生和接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的 數(shù) 據(jù) 。Mark V控 制 系 統(tǒng) 的 數(shù) 據(jù) 連 線 按 完 全 冗 余 設(shè) 計(jì) ， 包 括連 線兩端冗余的硬件和冗余的通信電纜。DCIS軟件可以重復(fù)在Mark V操作員界面上獲得的操作員界面功能。在主控制室內(nèi)還放置了一套附加的Mark V操作員界面信 息處理機(jī)和兩套交流電源， 可以

45、提供更多的冗余度。Medway電廠是早期的S209FA聯(lián)合循環(huán)電廠， 其基本負(fù) 荷時(shí)的性能參數(shù)如下：每臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的功率=228MW( 1C)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的熱耗率=10180kJ/kWh(LHV)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的效率=35%汽輪發(fā)電機(jī)組的功率=247MW汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率=7934kJ/kWh汽輪發(fā)電機(jī)組的效率：高壓段等熵效率=88.7%中壓/低壓段等熵效率=91.8%輔機(jī)電力和變壓器損耗w2.5%可用凈輸出功率=682MW28凈熱耗率=6800kJ/kWh凈電廠效率=53%最近的S109FA和S209FA聯(lián)合循環(huán)電廠的性能指標(biāo)列于 表2,它已比Medway電廠的性能指標(biāo)有了較大

46、的改進(jìn)。表2 S109FA和S209FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能型號凈功率MW凈效率%熱耗率kJ/kWh燃機(jī)功率MW汽機(jī)功率MW燃?xì)廨啓C(jī)S109FA390.856.76350254.1141.81XMS9001FAS209FA786.957.16305508.2289.22XMS9001FA五.9F型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的IGCC電廠雖然迄今還沒有9F型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的IGCC電廠的運(yùn)行 報(bào)導(dǎo)，但50Hz的9F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的姐妹機(jī)組一60Hz的7F型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組已經(jīng)在美國本土上成功地構(gòu)成了 兩座IGCC電廠，一是Wabash河電廠，另一是Tampa電廠。 該二電廠都已投入了正常運(yùn)行，說明GE公司的F

47、型燃?xì)廨?機(jī)發(fā)電機(jī)組是適合構(gòu)成IGCC電廠的。最近，西 班牙決定建造800MW等級的Piemsa IGCC電廠， 燒 石 油焦 原料 。它 應(yīng) 用 兩套9FA/HRSG系 統(tǒng)， 每 臺燃?xì)?輪 機(jī) 發(fā)電機(jī)組的輸出功率294MW配一套347MW的汽輪發(fā)電機(jī)組， 形成2+1的多軸系統(tǒng)，總輸出功率935MW扣除輔機(jī)耗功后， 凈輸出功率784MW。該項(xiàng)目要求于2001年末或2002年初開始建造，于2004年 末 或2005年初開始 起 動。該項(xiàng)目總投資約11億歐元，其 中35%用于工藝設(shè)備（ 包 括 制 氧設(shè) 備） ，33%用 于 聯(lián)合循 環(huán) 設(shè)備 （ 包 括高 壓 開關(guān)設(shè) 備 ），20%用于公用設(shè)施

48、和現(xiàn)場外的設(shè)施，12%用于電廠升級和業(yè)主 費(fèi)用。Piemsa電廠應(yīng)用了帶空分裝置的部分整體化系統(tǒng)，其FA型燃?xì)廨啓C(jī)燒合成氣時(shí)可比燒天然氣多發(fā)14%的功率。29燃?xì)廨啓C(jī)燒合成氣時(shí)的功率增加， 其主要原因是合成氣 的熱值比天然氣低得多，因而合成氣的氣耗量約是天然氣的45倍，因而增加了燃?xì)廨啓C(jī)的質(zhì)量流量。GE公司的燃?xì)廨啓C(jī)燒合成氣比燒天然氣一般可增加約20%的功率。 不同的燃?xì)廨啓C(jī)型號， 其機(jī)械設(shè)計(jì)和喘振邊界 要求限制了這一能力。 所以， 對于它們的相對最大功率有不 同的限制，具體表現(xiàn)為扭矩極限的限制。最初，GE公司是為 燃?xì)廨啓C(jī)在某些非常低的環(huán)境溫度下運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。如 果燒 合成氣時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的功率

49、增加達(dá)到這一扭矩極限時(shí)，壓 氣機(jī) 進(jìn)口導(dǎo)葉便關(guān)小， 使空氣流量減少， 因而限制了功率進(jìn)一步 增加， 保證了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的安全性。隨著環(huán)境溫度的 升高 ， 進(jìn)口導(dǎo)葉 將逐漸打開， 以維持這一 最 大 功 率 ，直 到 進(jìn) 口 導(dǎo) 葉 完 全 打 開 。這 一 環(huán) 境 溫 度 稱 為“ 打開 溫度 ”。高于這 一環(huán) 境溫 度時(shí)， 燃?xì)?輪機(jī) 的功率 才開 始下 降。所以，GE公司的燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的IGCC電廠往往可以在 夏季的高環(huán)境溫度下發(fā)出與冬季相接近的高功率。GE公司的下一代燃?xì)廨啓C(jī)將設(shè)計(jì)成具有更高的扭矩極 限，因而，由其構(gòu)成的IGCC電廠將允許有更多的功率增加。 六 9F型 燃 氣 輪 機(jī) 進(jìn)

50、 一 步 發(fā) 展的 研 究9F型燃?xì)廨啓C(jī)的透平進(jìn)氣初溫已達(dá)1300C左右，要進(jìn)一 步提高其透平進(jìn)氣初溫和機(jī)組性能，應(yīng) 用現(xiàn)有的高溫合金材 料和冷卻技術(shù)已經(jīng)很困難。因此，GE公司從改進(jìn)冷卻技術(shù)著 手， 開發(fā)了透平前2級噴嘴和動葉應(yīng)用閉環(huán)蒸汽冷卻的7H和9H型燃?xì)廨啓C(jī)，使透平進(jìn)氣初溫提高到1430C,由其構(gòu) 成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的效率高達(dá)60%。此外，GE公司還對9F型燃?xì)廨啓C(jī)的某些高溫元件使用 陶瓷材料的問題進(jìn)行了較詳細(xì)的可行性分析和評估。較適宜 用陶瓷材料代替高溫合金的元件有：燃燒室過渡段；第1級 噴嘴、動葉和圍帶；第2級噴嘴和動葉， 如圖22所示。 考 慮采用氮化硅SN-88陶瓷， 其特性列于表3。30TrannttioTiOnoTwoPiece StajeOne Bucket SteOne Nozzle Stage TwoMS9OO1FA turbine-noteceramiccoaponcnts in benefitassessment圖22MS9001FA型燃?xì)廨啓C(jī)考慮應(yīng)用陶瓷材料的元件表3SN-88燒結(jié)氮化硅陶瓷的特性特性溫度（C ）2540080012001400密度,g/cm33.52 :楊氏模量，GPa300 1300300P 290280 :剪切模