GE公司9F重型燃氣輪機的演化

1、GE公司9F重型燃氣輪機的演化 . 簡介作為一家擁有130年能源創(chuàng)新歷史，并在160多個國家擁有機組運行經(jīng)驗的公司，在發(fā)電設(shè)備，能源服務(wù)及能源管理系統(tǒng)領(lǐng)域中，GE業(yè)已成為世界最大、產(chǎn)品最多樣化的供應(yīng)商之一。事實上, 在今天，GE產(chǎn)品承擔(dān)著全世界四分之一的發(fā)電量。作為世界燃氣輪機技術(shù)的領(lǐng)跑者，GE推出的F級燃氣輪機實現(xiàn)了多項業(yè)界第一，其中包括：第一家機組交運過1000臺，第一家機組在世界范圍內(nèi)運行服役超過3500萬小時，同時也是第一家為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)設(shè)計并制造F級燃氣輪機的廠商。融匯大量成熟產(chǎn)品技術(shù)，緊跟全球不斷變化的電力生產(chǎn)需求，GE 9F燃氣輪機持續(xù)革新改進，在保持原有F

2、級機組運行靈活性的同時，不斷改善發(fā)電出力，效率，排放并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。如今，F(xiàn)級燃氣輪機產(chǎn)品線下的9FA和9FB兩款機型，擁有著世界領(lǐng)先的技術(shù)及性能。II. 產(chǎn)品的演化9F級50Hz重型燃氣輪機家族已有超過20年的發(fā)展歷史，1991年，GE推出簡單循環(huán)出力達212MW，效率達35.0%的9F型燃氣輪機。隨后，很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃機(01版)。如圖1所示，9FA燃機持續(xù)改進，接著推出了9FA燃機(02版)以及現(xiàn)在的03版設(shè)計。目前，9FA燃機(03版)做了多種針對客戶需求的改進，包括了機組性能的提高，運行靈活性的增強和機組可用率的提升。這些技術(shù)中包括了增強型壓氣

3、機，干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+), 熱通道部件冷卻技術(shù)升級及葉片狀態(tài)監(jiān)測等。圖1：9F重型燃氣輪機的演化隨著客戶需求的不斷發(fā)展，9F燃機家族推出了更高出力和效率的9FB燃機。作為GE最先進的50Hz空冷燃機，9FB燃機應(yīng)用了與9FA燃機相同的壓氣機設(shè)計并提高壓比，使用了新型的可適應(yīng)更高燃燒溫度的熱通道部件。從干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+)，到更高性能的新型部件，再到可減少安裝時間的模塊化輔助系統(tǒng)，9FB燃氣輪機正用不斷的技術(shù)革新來滿足客戶日益發(fā)展的需求。2011年，為滿足客戶一直以來對機組運行靈活性的需求，GE推出了FlexEfficiency* 50聯(lián)合循環(huán)電廠，該電廠以全面革

4、新的9FB燃機為基礎(chǔ)，結(jié)合壓氣機和透平升級技術(shù), 繼續(xù)采用干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+), 單軸配置下額定出力可達510MW，滿負荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50聯(lián)合循環(huán)電廠設(shè)計和燃機設(shè)計平行進行，整體優(yōu)化，確保了機組高水平的運行靈活性。9FB燃機(05版)，9FA燃機，9FB燃機(03版)性能對比，請參見表1。9FA和9FB燃機系列運行效率高且兼顧運行靈活性。在考慮燃料成本時，9FB燃機的高效率緩解了燃料成本高企給電廠帶來的壓力，而在考慮機組成本時，9FA燃機為簡單循環(huán)調(diào)峰運行和聯(lián)合循環(huán)電廠提供了經(jīng)濟的解決方案。9FA和9FB燃機的運行靈活性可滿足當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)峰及

5、平衡可再生能源供電波動的快速響應(yīng)的需求。擁有靈活起停及更低的部分負荷運行能力的9FA和9FB燃機為電廠操作人員提供了適應(yīng)電力需求波動的最佳選擇。此外，9FA和9FB燃氣輪機還可滿足部分區(qū)域電網(wǎng)對于頻率波動和欠頻運行的要求(具體的偏頻運行水平需要根據(jù)具體現(xiàn)場和地方法規(guī)要求而定。)機群數(shù)據(jù)統(tǒng)計目前，9F燃機累計裝機240臺，總計運行超過9百萬小時和9萬次啟動。9F機組于20年前推出，目前已遍布世界各地。除了在像西歐這樣的發(fā)達國家市場上運行(如英國，意大利，西班牙等)， 9FA和9FB燃機市場亦擴展到了新興市場，例如東歐(拉脫維亞，立陶宛)，北非(阿爾及利亞，埃及)，中東，南美(智利，阿根廷)和中國

6、。圖2，圖3是一些機組的現(xiàn)場安裝照片。過去，大部分9F燃機主要在基本負荷下運行，但近年來由于電力需求的轉(zhuǎn)變，如圖4所示，機組運行已有向周期性起停和調(diào)峰運行發(fā)展的趨勢。將來，9F機組非常有可能像如今的7F機組一樣, 成為主要負責(zé)周期性起停和調(diào)峰運行的機組。如圖5所示，9F燃機的可靠性和可用率仍領(lǐng)先于世界水平。III. 產(chǎn)品共有特性9F燃機產(chǎn)品線通過對一些機組共有部件的技術(shù)升級，來增加機組出力，提高效率，降低排放，提高部分負荷運行能力,同時提高可用率和可靠性。圖6標(biāo)示了部分技術(shù)升級的所在位置，在接下來的章節(jié)中，我們將對這些升級技術(shù)進行具體介紹。增強型壓氣機隨著9F機組運行經(jīng)驗的積累，為了解決客戶最

7、為關(guān)注的問題，在提高機組運行可靠性的同時，提高壓氣機的耐久性和可用率，GE對9F壓氣機設(shè)計進行了如下改進： 􀀀升級壓氣機入口導(dǎo)葉，轉(zhuǎn)子前端和中部動葉，前端和后端靜葉，大幅減輕了老化和應(yīng)力對部件的影響。加之配套的先進材料處理工藝，大幅延長了壓氣機的耐久性和有效壽命。 通過增強葉片抗磨損性能和降低運行中的應(yīng)力，使壓氣機能夠在更寬泛的運行環(huán)境中正常運行，減少非計劃性檢修停機對電廠運營的影響。以上手段提高了機組可靠性和可用率，減少了例行檢查和維護的成本。而升級后的壓氣機將9F燃機的平均可用率提升了1.9個百分點。增強型壓氣機已是9FA和9FB(03版) 燃機的標(biāo)準(zhǔn)配置，并可用于現(xiàn)有安

8、裝機組的升級。為了協(xié)調(diào)現(xiàn)場的客戶檢修及安裝計劃，表2提供了不同的升級包所需要的標(biāo)準(zhǔn)檢修時間，包括只需一天即可完成的控制曲線改造升級包(1)到需在大修期間進行全部部件更換的升級包(3-5)。每個現(xiàn)場升級完成后，將不再需要做相應(yīng)的技術(shù)更新包和例行檢查，從而提高燃機的可用率。目前所有的9FA和9FB(03版) 燃機已排入升級檢修計劃。葉片狀態(tài)監(jiān)測葉片狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是用來監(jiān)測壓氣機R0, R1 和R2動葉的動靜撓度并進行實時數(shù)據(jù)測量的重要工具。該系統(tǒng)在壓氣機缸體安裝了一系列非接觸式傳感器，對葉片狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集(頻率，振幅)，并通過與GE研發(fā)的數(shù)據(jù)模型的比對來分析采集到的數(shù)據(jù)，從而得到葉片的狀態(tài)變化趨勢

9、，同時判斷是否有突變。例如，這些數(shù)據(jù)可以用來分析并確定葉片經(jīng)過多次起停后的狀態(tài)變化趨勢或者通過分析全速全載時葉片的靜撓度來判斷葉片的老化程度。截至2010年2月，包括改造項目和新機組銷售，已有18臺機組安裝了葉片狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+)DLN2.6+綜合了9FA DLN 2+和7FA DLN2.6燃燒系統(tǒng)以及9H和6CDLN2.5H燃燒系統(tǒng)的技術(shù)與優(yōu)勢。如圖7所示，DLN 2.6+具有DLN 2.6相同的燃燒系統(tǒng)配置：5個外圍燃料噴嘴和一個單獨的中心燃料噴嘴，中心燃料噴嘴確保了在較廣條件下燃燒的穩(wěn)定性。在DLN2.6結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，DLN2.6+增加了由DLN 2+和DL

10、N2.5H所采用的燃料噴嘴“swozzle”。Swozzle將燃料噴射口和旋流葉片結(jié)合在燃料噴嘴主體內(nèi)部，從而能夠?qū)⑷剂细没旌?，使燃燒區(qū)域更加穩(wěn)定。由于采用了GE專有的非平均燃料分配策略，DLN2.6+能夠在更低的部分負荷運行情況下保證排放達標(biāo)。另外，由于采用了先進材料，涂層和冷卻技術(shù)的采用，DLN2.6+燃燒室小修間隔在標(biāo)準(zhǔn)間隔的基礎(chǔ)上延長了8000小時。圖7：DLN2.6+ 燃燒室部件值得一提的是，9FA燃機DLN2.6+燃燒系統(tǒng)在50%的部分負荷下運行時，可維持NOx和一氧化碳的排放在20mg/Nm3的水平(相當(dāng)于NOx：9.7ppm，一氧化碳：16.2ppm)。當(dāng)負荷降至35%左右時

11、，NOx和一氧化碳的排放仍可維持在30mg/Nm3的水平上(相當(dāng)于NOx：15ppm，一氧化碳：24.3ppm)，同時可保證24000小時的燃燒室小修間隔。9FB(03版) 在保持NOx排放30mg/Nm3(30ppm)和一氧化碳排放12.5mg/Nm3(10ppm)時，機組可降至38%負荷水平運行，燃燒室小修間隔12000小時。9F(05版)在低于40%的負荷下運行時，NOx和一氧化碳排放水平可分別維持在30mg/Nm3的水平。DLN2.6+燃燒室部件2005年被應(yīng)用于9FA燃機，2007年為9FB(03版)所采用, 截至2011年3月，已在超過47臺燃機上累積運行超過450,000小時和7

12、000多次啟動。在各種燃機上得以應(yīng)用的DLN2.6家族(DLN 2.6, DLN 2.6+)已累計運行超過了1800萬小時470,000次啟動。如圖8所示，這些機組分別肩負著調(diào)峰運行，周期性起停和基本負荷運行的任務(wù)。圖8. DLN 2 燃燒系統(tǒng)機群數(shù)據(jù)DLN 2.6+在原有DLN燃燒系統(tǒng)上改進了燃料的適用性?；谙冗M的燃料噴嘴和控制技術(shù)，DLN2.6+在較低燃燒脈動水平下，可以適應(yīng)天然氣組分修正華白指數(shù)+5%的范圍變化。如果應(yīng)用OpFlex軟件和模型化自動調(diào)節(jié)控制技術(shù)，9FA DLN2.6+在主燃燒模式下，可適應(yīng)天然氣組分修正華白指數(shù)+20%的范圍變化，在所有燃燒模式下，可承受+10%的修正華

13、白指數(shù)變化。DLN2.6+燃燒系統(tǒng)同時保留了燃燒輕油的配置，并可利用注水控制NOx排放。在9FA 和9FB燃機應(yīng)用DLN2.6+燃燒系統(tǒng)的同時，GE開發(fā)升級了一整套模型化控制產(chǎn)品，其中包括OpFlex自動燃燒調(diào)整和OpFlex低溫環(huán)境性能優(yōu)化應(yīng)用等。模型化控制GE采用了基于航空領(lǐng)域豐富的經(jīng)驗，開發(fā)了的行業(yè)領(lǐng)先的燃機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)監(jiān)控實時的參數(shù)變化，通過模型模擬、整體優(yōu)化得到更精確的控制手段，從而提高了燃機的性能，靈活性和可靠性。GE的模型化控制已廣泛應(yīng)用于7FA機組多年，并于2009年推廣應(yīng)用于9FA燃機。模型化控制的核心是使用全負荷周期控制(ALCC)技術(shù)來取代一直沿用的預(yù)設(shè)模式控制技

14、術(shù)。ALCC通過綜合優(yōu)化入口導(dǎo)葉角度(空氣流量)和燃料閥位置(燃料流量)在額定的燃燒溫度，壓氣機喘振預(yù)量和燃燒室運行限能來保證機組出力。ALCC分析實時運行數(shù)據(jù)，并與熱力學(xué)模型不斷比對來幫助操作人員根據(jù)周圍具體條件和部件老化程度來取用相應(yīng)的運行參數(shù)。由于能夠更精確地識別機組物理狀態(tài)，模型化控制技術(shù)在提高機組整體可靠性的同時，亦可將其性能和靈活性發(fā)揮至極致。通過運用虛擬傳感器技術(shù)，當(dāng)控制系統(tǒng)診斷到某傳感器因為本身故障出現(xiàn)測量值不準(zhǔn)確或損壞時，會通過熱力學(xué)模型計算出合理值傳輸給虛擬傳感器來取代實際值，減少不必要的跳機，從而保持機組繼續(xù)可靠運行。與ALCC系統(tǒng)相結(jié)合，OpFlex燃燒自動調(diào)整程序?qū)⒛?/p>

15、型化控制形式用于燃燒系統(tǒng)控制，取代原有多燃料回路需要預(yù)設(shè)模式控制的方式，采用DLN 2.6+ 燃燒模型和控制邏輯來實現(xiàn)實時調(diào)整以降低排放和減少燃燒脈動。使燃燒系統(tǒng)實現(xiàn)在線燃燒調(diào)整并可更好適應(yīng)外部條件諸如環(huán)境溫度，燃料溫度和燃料組分的變化。該技術(shù)避免了季節(jié)性燃燒調(diào)整的需要，使9FA燃機DLN 2.6+燃燒系統(tǒng)能夠適應(yīng)天然氣組分修正華白指數(shù)+20%的變化。通過燃燒系統(tǒng)持續(xù)調(diào)整，實現(xiàn)了較低的燃燒脈動，避免了因周期性高脈動燃燒損壞部件而導(dǎo)致的維修成本的升高和檢修間隔的縮短。OpFlex低溫環(huán)境性能優(yōu)化應(yīng)用程序綜合利用ALCC和OpFlex自動調(diào)節(jié)技術(shù)，實現(xiàn)了燃機在高負荷和較低環(huán)境溫度下的靈活高效運行。

16、如果采用預(yù)設(shè)模式控制系統(tǒng)，由于受到燃燒脈動和預(yù)設(shè)安全限值的限制，燃機不得不降低性能來保障安全運行。然而采用OpFlex低溫環(huán)境性能優(yōu)化應(yīng)用程序，由于能夠獲得更為準(zhǔn)確的機組實時數(shù)據(jù)來實施燃燒自動調(diào)整，所以可以減低或避免了抑制性能運行的情況。在較低環(huán)境溫度下，機組出力最大可提高4.5%，熱耗可減少0.5%。燃氣輪機快速啟動9F燃機快速啟動綜合運用多種技術(shù)縮短了整個燃機啟動過程的時間，大幅減少了簡單循環(huán)電廠和聯(lián)合循環(huán)電廠的總啟動時間。簡單循環(huán)機組可以在15分鐘內(nèi)升至滿負荷，聯(lián)合循環(huán)機組啟動時間則在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減少了20分鐘。結(jié)合燃機快速啟動和聯(lián)合循環(huán)快速響應(yīng)的優(yōu)勢，聯(lián)合循環(huán)機組可以處于冷備用狀態(tài)并可實

17、現(xiàn)類似目前簡單循環(huán)機組的快遞啟動，并保持聯(lián)合循環(huán)機組在正常運行工況下較高的效率。圖9. GE 簡單循環(huán)快速啟動與傳統(tǒng)啟動的比較9F燃機快速啟動通過綜合采用六種技術(shù)來縮減啟動時間，請參見圖9和以下解釋：(1) 吹掃優(yōu)化技術(shù)為縮短啟動過程中吹掃的時間，該技術(shù)使原本在啟動過程中需要的吹掃過程提前在停機后馬上進行。為確保安全啟動，在燃料供給系統(tǒng)中增加了三段式管路，在燃料系統(tǒng)管路和燃燒系統(tǒng)之間設(shè)置了排空管路和充氮管路，控制系統(tǒng)通過監(jiān)測兩段管路的壓力變化，來判定在待機期間是否有天然氣泄漏到燃機中。(2) 變頻啟動(LCI)接入技術(shù)優(yōu)化LCI接入過程，從而更快啟動燃機。(在燃燒系統(tǒng)點火并產(chǎn)生足夠動力啟動前，

18、LCI系統(tǒng)將發(fā)電機轉(zhuǎn)換為馬達模式拖動并為燃機提供初始動力進行啟動)(3) 一旦確定需要重新啟機，加速點火技術(shù)可以使轉(zhuǎn)子在點火過程中持續(xù)加速，減少了原來在點火過程中需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持所需要的時間。(4) 快速升速率采用先進的升速控制邏輯來減少了燃機發(fā)電機加速至電網(wǎng)同步頻率所需的時間。(5) 快速并網(wǎng)技術(shù)采用閉環(huán)加速控制，通過對比實際加速率和目標(biāo)加速率，以保證在一定環(huán)境溫度范圍內(nèi)啟動時間更一致。(6) 快速升荷率使燃機從滿速空載到滿速全載的升負荷速度加快了近兩倍。加速啟動系統(tǒng)需要和Mark* Ve, Mark VI 或者Mark Vie控制系統(tǒng)相配合，使用新的壓氣機葉片，并使用帶有耐磨涂層的一級護環(huán)

19、。IV. 9FA燃氣輪機9FA燃氣輪機運行靈活，性能高效。截至目前，已有超過200臺機組在現(xiàn)場運行，累計燃燒超過820萬小時，啟動超過83,000次。其中，最早的9FA機組已累計運行超過113,000小時，累計啟動1650次。并且9FA燃機對于燃料具有廣泛的適應(yīng)性，可應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域。GE堅持在9FA燃機技術(shù)上不斷創(chuàng)新，通過綜合應(yīng)用先進的材料，空氣動力學(xué)技術(shù)，燃燒和控制系統(tǒng)，來提高機組的熱效，出力，運行靈活性，可用率，可靠性和降低排放。這些先進技術(shù)的采用可將簡單循環(huán)滿負荷效率最高提高5%，出力提高15%。機組可用率和可靠性相應(yīng)提高2%，同時降低氮氧化物和一氧化碳的排放。9FA燃機可以保持在3

20、5%低負荷水平運行同時滿足排放要求，并可滿足客戶對于更大的燃料組分變化范圍和運行靈活性的要求。新的應(yīng)用領(lǐng)域拓展除了傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，9FA燃氣輪機亦可用于其它工業(yè)應(yīng)用，如為煉鋁廠供電，使用油氣開采中所產(chǎn)生的工藝氣體和火炬氣發(fā)電，應(yīng)用于分布式能源實現(xiàn)區(qū)域發(fā)電和供熱，此外，可以結(jié)合除鹽技術(shù)來建立海水淡化及發(fā)電廠(IWPP)，為飲用水匱乏地區(qū)提供清潔的水資源。例如，一家配有209FA型燃機的海水淡化及發(fā)電廠(IWPP)每天可以供應(yīng)4000萬加侖的淡水。9FA燃機若采用多噴嘴低噪燃燒系統(tǒng)(MNQC,已累計運行超過過100萬小時)，可以燃燒低熱值燃料。其中，9FA衍生機組9F合成氣燃機，能夠以合成氣和高氫氣

21、體為燃料，適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電廠(IGCC)，或者應(yīng)用于其他可以產(chǎn)出合成氣和高氫氣體的領(lǐng)域. 如果采用燃燒前碳捕捉技術(shù)，9F合成氣燃機亦可在IGCC應(yīng)用中減少碳排放。冷卻優(yōu)化包冷卻優(yōu)化包(COP)通過減小透平動靜間隙和優(yōu)化冷卻氣流設(shè)計來提高9FA燃機的出力和性能，這項技術(shù)可以提高機組出力最大至1.5%，降低1.0%的熱耗。冷卻優(yōu)化包采用了帶耐磨涂層的一級護環(huán)和缸體溫度控制技術(shù)來減小第一級的動靜間隙。由于一級護環(huán)上附著耐磨涂層，所以一級動葉和護環(huán)的間隙可以設(shè)計得更小，當(dāng)一級動葉冠頂與護環(huán)涂層緊密接觸時，可將涂層輕擦掉少許而避免損傷葉冠。此外，涂層的專有結(jié)構(gòu)亦減少了冷卻空氣的泄露。缸體溫度控

22、制技術(shù)可以主動控制一級動葉與護環(huán)的間隙。在燃機啟動時，動葉膨脹比燃機缸體更快，因此，在啟動過程中，動葉和護環(huán)的間隙需要足夠大。當(dāng)燃機到達穩(wěn)定運行期，動葉和缸體的膨脹都達到穩(wěn)定值，原有的間隙就遠大于理想間隙了。在此時可投入缸體溫度控制技術(shù)，利用冷卻空氣冷卻一級動葉區(qū)域缸體，使缸體收縮，從而減小動靜間隙。為減少從壓氣機抽取的冷卻空氣量，采取了兩種技術(shù)措施：減少透平第三級噴嘴冷卻空氣量以及通過混流器來混合利用壓氣機抽氣以減少高品質(zhì)的抽氣。由于9FA等先進燃機燃燒溫度較高，需要利用空氣冷卻并使熱通道部件在其材料許可溫度內(nèi)運行。GE采用內(nèi)部空氣冷卻和外部膜式冷卻技術(shù)來冷卻熱通道部件。分別利用13級壓氣機

23、抽氣冷卻第二級噴嘴，9級壓氣機抽氣冷卻第三級噴嘴。由于第13級抽氣壓力等級較高，所以可以通過混流器混合，減少13級抽氣，混入部分9級抽氣來冷卻第二級噴嘴。由于減少了對高品質(zhì)抽氣的需求，所以燃機整體效率得以改善。抽氣控制系統(tǒng)根據(jù)負荷和環(huán)境條件來控制進入混流器的13級抽氣，維持所需壓比，確保第二級噴嘴得到足夠冷卻。同時由于冷卻第三級噴嘴的氣量減少，用于提供有用功的空氣增多，進一步提高了整體循環(huán)效率。V. 9FB 燃氣輪機(03版)當(dāng)燃料成本在電廠運營中越來越重要時，高效的9FB燃機(03版)就成為了客戶的最佳選擇。9FB可以使用天然氣或輕油作為燃料，用戶可以根據(jù)最優(yōu)燃料價格或供給情況來靈活運行機組

24、。目前，已有28臺機組投入現(xiàn)場運行，累計燃燒超過289,000小時，點火啟動超過4,400次。其中，機群中運行最久的單機累計運行超過2,5000小時，累計點火啟動超過390次。(9FB燃機全部從法國貝爾福生產(chǎn)，組裝并發(fā)運)隨著產(chǎn)品線的演進，GE不僅致力于技術(shù)研發(fā)以提高性能，同時也開發(fā)了整體解決方案以縮短電廠建設(shè)周期。性能的改善與提高9FB燃機通過綜合減少抽氣冷卻流量、燃燒室壓損、進氣壓損，增加抽氣流量控制來整體優(yōu)化性能。主要包括五部分： 在一級動葉上采用先進密封技術(shù)來提高冷卻空氣的使用效率 改進噴嘴、動葉和護環(huán)的密封性能,提高熱通道性能 改善進氣結(jié)構(gòu)設(shè)計以降低壓損 抽氣流量控制與9FA和7FA

25、燃機冷卻優(yōu)化包(COP)類似 燃燒系統(tǒng)和一級噴嘴重新設(shè)計以降低壓損在ISO標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，9FB 燃機(03版)簡單循環(huán)機組出力為291WM, 熱耗8,880BTU/kWh(9,369kJ/kWh), 效率38.4%，109FB聯(lián)合循環(huán)機組出力可達444MW，熱耗5,778 BTU/kWh(6,096kJ/kWh)，在基本負荷下效率為59.1%。(世界燃氣輪機雜志參考電廠運行條件)同時，該設(shè)計亦改善了燃機偏頻運行能力。圖10： 9FB燃氣輪機(03版)，模塊化管道組裝區(qū)域模塊化管道系統(tǒng)燃機的安裝周期對于整個電廠建設(shè)進度安排是非常關(guān)鍵的。因此GE針對9FB燃機(03版)設(shè)計了模塊化管道系統(tǒng)，盡可

26、能多地將管道及支架在工廠里進行組裝以減少現(xiàn)場安裝成本。該方案是將圖10中高亮部分的管道系統(tǒng)分為五個模塊，運到現(xiàn)場進行組裝。其中兩個模塊位于燃機底部，兩個位于燃機兩側(cè)，一個位于燃機頂部。該設(shè)計不僅可以顯著地降低現(xiàn)場安裝時間，同時還有以下優(yōu)點： 加快了現(xiàn)場進度，對于多軸配置尤為明顯 預(yù)拼裝的模塊設(shè)計保證了管道尺寸的準(zhǔn)確性，提高了安裝質(zhì)量，減少了浪費 增加了工廠裝配，減少了現(xiàn)場工作量，從而使得工作環(huán)境更安全 減少了現(xiàn)場物流和倉儲的壓力 更方便快捷的燃燒室檢查，提高了燃機可用率聯(lián)合循環(huán)電廠運用先進科技，GE將其9FB燃機(03版)與標(biāo)準(zhǔn)電廠設(shè)計進行整合，為客戶提供了更快速，更環(huán)保，更高效的專業(yè)整體能源

27、解決方案和增值技術(shù)服務(wù)，可以支持前期工程可研設(shè)計以幫助客戶獲得項目審批，到工程初步設(shè)計，在短時間內(nèi)提供廠房布置初設(shè)圖，再到工程后期，提供諸如運行協(xié)助和檢修項目的支持服務(wù)。如圖11，GE03版單軸布置聯(lián)合循環(huán)電廠，采用9FB燃氣輪機(03版)，109A Heat*蒸汽輪機，氫冷發(fā)電機，Mark VIe電廠控制系統(tǒng)，具有非常高的機組效率和運行靈活性。GE專有的快速響應(yīng)技術(shù)提供了高效的冷備用容量并能滿足啟動時對于排放限制的嚴(yán)格要求。燃機能夠以簡單循環(huán)升負荷率快速升至基本負荷，減少了啟動時間，提高了發(fā)電效益。同時, GE與余熱鍋爐供應(yīng)商合作設(shè)計了汽包式余熱鍋爐，以承受由于燃機快速升負荷和600攝氏度的

28、蒸汽所產(chǎn)生的周期性應(yīng)力。VI. FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠GE FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠是GE燃機領(lǐng)域的最新研究成果，該技術(shù)更加專注于機組效率，運行的靈活性，整體電廠設(shè)計優(yōu)化和全生命周期成本的降低。采用9FB 燃氣輪機(05版)，出力可達510MW，基本負荷下機組效率可超過60%。并且9FB燃機(05版)將在正式商業(yè)運行前在工廠完成整機驗證試驗。隨著越來越多的可再生能源并網(wǎng)發(fā)電，GE FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠通過以下運行的靈活性來響應(yīng)可再生能源不穩(wěn)定性導(dǎo)致的電網(wǎng)波動的影響。 行業(yè)領(lǐng)先的啟動技術(shù)，GE FlexEfficiency*

29、50聯(lián)合循環(huán)電廠可在30分鐘內(nèi)完成熱啟動，在減少燃料消耗，降低排放的同時，達到大于98%的啟動可靠性。 快速升負荷率，改善了燃機負荷調(diào)節(jié)能力，每分鐘可升降51MW的負荷。 改善部分負荷排放，可在低于40%負荷運行時，滿足一氧化碳排放要求。 燃料靈活性，可用輕油作為后備燃料，可適應(yīng)修正華白指數(shù)+/-10%的范圍變化。9FB 燃氣輪機(05版)如圖12 所示，應(yīng)用于GE FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠最新設(shè)計的9FB燃機采用了先進的3維空氣動力學(xué)設(shè)計的14級壓氣機，除進口導(dǎo)葉以外，增加了多級可調(diào)靜葉和聯(lián)合擴壓段來減少由于逆流燃燒所造成的靜壓損失。此壓氣機以7FA燃機為原型，按照相應(yīng)

30、速比設(shè)計。同時為增強機組的可維護性，壓氣機設(shè)計具備了現(xiàn)場更換葉片的能力。透平由四級空冷膨脹流道組成，未使用任何蒸汽或混合冷卻技術(shù)。與H System*動力島設(shè)計相似，透平段包括了內(nèi)外兩層缸體，熱通道部件通過薄壁內(nèi)缸支撐與外缸隔離，避免了高溫部件的自由膨脹帶來的問題。內(nèi)缸的設(shè)計使得啟動過程中各部分熱膨脹均勻，避免了膨脹不均引起的動靜間隙擴大。內(nèi)缸沿水平中分面分為兩部分，可以在現(xiàn)場從外部缸體里轉(zhuǎn)出。與現(xiàn)有F級技術(shù)相同，一級動葉采用單晶材料，其它動葉和噴咀采用同F(xiàn)級一樣的加強型材料，同時一、二級采用了耐熱涂層，使得9FB 燃機(05版)不需要混合冷卻或蒸汽冷卻即可適應(yīng)較高的燃燒溫度。圖13：Flex

31、Efficiency 50 聯(lián)合循環(huán)電廠聯(lián)合循環(huán)電廠GE FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠采用GE最先進的空冷燃氣輪機，水冷發(fā)電機和雙流側(cè)排蒸汽輪機技術(shù)。如圖13所示的電廠平面示意圖，電廠采用單軸配置，在蒸汽輪機和發(fā)電機間配置SSS離合器，余熱鍋爐采用了特殊設(shè)計提高現(xiàn)有材料對周期性應(yīng)力的適應(yīng)能力。GE FlexEfficiency*50聯(lián)合循環(huán)電廠布局更加合理，工作區(qū)域區(qū)分清晰，更方便維護。整體上減小了24%電廠占地面積，機組中心線高度5.5米(與現(xiàn)有109FB聯(lián)合循環(huán)電廠相同)，大大節(jié)約了罩殼、基礎(chǔ)和廠房的建設(shè)成本。Mark VIe全廠控制系統(tǒng)采用先進的數(shù)字現(xiàn)場總線控制和通訊技

32、術(shù)，使用數(shù)字化通信協(xié)議易于集散式分布連接，減少了50%的現(xiàn)場布線。絕大多數(shù)MCC和過程控制盤均可在工廠裝配。以模塊化實時預(yù)處理為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)具有一鍵式啟停和集群控制的功能。模型化控制方法大幅增強了燃機控制與電廠協(xié)調(diào)的能力，通過傳感器采集真實運行數(shù)據(jù)和實時模型來控制機組運行，并可糾正個別設(shè)備暫時的信號失真。模型化控制亦可預(yù)測機組性能，提供信息以便制定更為準(zhǔn)確的檢修計劃和評估設(shè)備的使用成本。VII. 總結(jié)運用GE重型燃氣輪機成熟技術(shù)，把握全球電力需求變化，GE 9F型燃氣輪機在不斷創(chuàng)新。在保證GE傳統(tǒng)F級燃機運行靈活性的同時，不斷持續(xù)改進機組出力、效率、排放和拓展應(yīng)用領(lǐng)域。GE在不斷提高現(xiàn)有技術(shù)

33、的同時，亦在積極開發(fā)新系統(tǒng)和新產(chǎn)品來滿足客戶需求。GE公司9F重型燃氣輪機的演化(1) 2012-09-06 08:43:24  來源：深度可再生資源網(wǎng)  點擊： 摘要:I. 簡介作為一家擁有130年能源創(chuàng)新歷史，并在160多個國家擁有機組運行經(jīng)驗的公司，在發(fā)電設(shè)備，能源服務(wù)及能源管理系統(tǒng)領(lǐng)域中，GE業(yè)已成為世界最大、產(chǎn)品最多樣化的供應(yīng)商之一。事實上, 在今天，GE產(chǎn)品承擔(dān)著全世界四分之一I. 簡介作為一家擁有130年能源創(chuàng)新歷史，并在160多個國家擁有機組運行經(jīng)驗的公司，在發(fā)電設(shè)備，能源服務(wù)及能源管理系統(tǒng)領(lǐng)域中，GE業(yè)已成為世界最大、產(chǎn)品最多樣化的供應(yīng)

34、商之一。事實上, 在今天，GE產(chǎn)品承擔(dān)著全世界四分之一的發(fā)電量。作為世界燃氣輪機技術(shù)的領(lǐng)跑者，GE推出的F級燃氣輪機實現(xiàn)了多項業(yè)界第一，其中包括：第一家機組交運過1000臺，第一家機組在世界范圍內(nèi)運行服役超過3500萬小時，同時也是第一家為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)設(shè)計并制造F級燃氣輪機的廠商。融匯大量成熟產(chǎn)品技術(shù)，緊跟全球不斷變化的電力生產(chǎn)需求，GE 9F燃氣輪機持續(xù)革新改進，在保持原有F級機組運行靈活性的同時，不斷改善發(fā)電出力，效率，排放并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。如今，F(xiàn)級燃氣輪機產(chǎn)品線下的9FA和9FB兩款機型，擁有著世界領(lǐng)先的技術(shù)及性能。II. 產(chǎn)品的演化9F級50Hz重型燃氣輪機家族

35、已有超過20年的發(fā)展歷史，1991年，GE推出簡單循環(huán)出力達212MW，效率達35.0%的9F型燃氣輪機。隨后，很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃機(01版)。如圖1所示，9FA燃機持續(xù)改進，接著推出了9FA燃機(02版)以及現(xiàn)在的03版設(shè)計。目前，9FA燃機(03版)做了多種針對客戶需求的改進，包括了機組性能的提高，運行靈活性的增強和機組可用率的提升。這些技術(shù)中包括了增強型壓氣機，干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+), 熱通道部件冷卻技術(shù)升級及葉片狀態(tài)監(jiān)測等。圖1：9F重型燃氣輪機的演化 隨著客戶需求的不斷發(fā)展，9F燃機家族推出了更高出力和效率的9FB燃機。作為GE最先進

36、的50Hz空冷燃機，9FB燃機應(yīng)用了與9FA燃機相同的壓氣機設(shè)計并提高壓比，使用了新型的可適應(yīng)更高燃燒溫度的熱通道部件。從干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+)，到更高性能的新型部件，再到可減少安裝時間的模塊化輔助系統(tǒng)，9FB燃氣輪機正用不斷的技術(shù)革新來滿足客戶日益發(fā)展的需求。2011年，為滿足客戶一直以來對機組運行靈活性的需求，GE推出了FlexEfficiency* 50聯(lián)合循環(huán)電廠，該電廠以全面革新的9FB燃機為基礎(chǔ)，結(jié)合壓氣機和透平升級技術(shù), 繼續(xù)采用干式低氮燃燒系統(tǒng)(DLN 2.6+), 單軸配置下額定出力可達510MW，滿負荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50聯(lián)合

37、循環(huán)電廠設(shè)計和燃機設(shè)計平行進行，整體優(yōu)化，確保了機組高水平的運行靈活性。9FB燃機(05版)，9FA燃機，9FB燃機(03版)性能對比，請參見表1。9FA和9FB燃機系列運行效率高且兼顧運行靈活性。在考慮燃料成本時，9FB燃機的高效率緩解了燃料成本高企給電廠帶來的壓力，而在考慮機組成本時，9FA燃機為簡單循環(huán)調(diào)峰運行和聯(lián)合循環(huán)電廠提供了經(jīng)濟的解決方案。9FA和9FB燃機的運行靈活性可滿足當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)峰及平衡可再生能源供電波動的快速響應(yīng)的需求。擁有靈活起停及更低的部分負荷運行能力的9FA和9FB燃機為電廠操作人員提供了適應(yīng)電力需求波動的最佳選擇。此外，9FA和9FB燃氣輪機還可滿足部分區(qū)域電網(wǎng)對于

38、頻率波動和欠頻運行的要求(具體的偏頻運行水平需要根據(jù)具體現(xiàn)場和地方法規(guī)要求而定。)機群數(shù)據(jù)統(tǒng)計目前，9F燃機累計裝機240臺，總計運行超過9百萬小時和9萬次啟動。9F機組于20年前推出，目前已遍布世界各地。除了在像西歐這樣的發(fā)達國家市場上運行(如英國，意大利，西班牙等)， 9FA和9FB燃機市場亦擴展到了新興市場，例如東歐(拉脫維亞，立陶宛)，北非(阿爾及利亞，埃及)，中東，南美(智利，阿根廷)和中國。圖2，圖3是一些機組的現(xiàn)場安裝照片。過去，大部分9F燃機主要在基本負荷下運行，但近年來由于電力需求的轉(zhuǎn)變，如圖4所示，機組運行已有向周期性起停和調(diào)峰運行發(fā)展的趨勢。將來，9F機組非常有可能像如今

39、的7F機組一樣, 成為主要負責(zé)周期性起停和調(diào)峰運行的機組。如圖5所示，9F燃機的可靠性和可用率仍領(lǐng)先于世界水平。III. 產(chǎn)品共有特性9F燃機產(chǎn)品線通過對一些機組共有部件的技術(shù)升級，來增加機組出力，提高效率，降低排放，提高部分負荷運行能力,同時提高可用率和可靠性。圖6標(biāo)示了部分技術(shù)升級的所在位置，在接下來的章節(jié)中，我們將對這些升級技術(shù)進行具體介紹。增強型壓氣機隨著9F機組運行經(jīng)驗的積累，為了解決客戶最為關(guān)注的問題，在提高機組運行可靠性的同時，提高壓氣機的耐久性和可用率，GE對9F壓氣機設(shè)計進行了如下改進：?升級壓氣機入口導(dǎo)葉，轉(zhuǎn)子前端和中部動葉，前端和后端靜葉，大幅減輕了老化和應(yīng)力對部件的影響

40、。加之配套的先進材料處理工藝，大幅延長了壓氣機的耐久性和有效壽命。?通過增強葉片抗磨損性能和降低運行中的應(yīng)力，使壓氣機能夠在更寬泛的運行環(huán)境中正常運行，減少非計劃性檢修停機對電廠運營的影響。以上手段提高了機組可靠性和可用率，減少了例行檢查和維護的成本。而升級后的壓氣機將9F燃機的平均可用率提升了1.9個百分點。增強型壓氣機已是9FA和9FB(03版) 燃機的標(biāo)準(zhǔn)配置，并可用于現(xiàn)有安裝機組的升級。為了協(xié)調(diào)現(xiàn)場的客戶檢修及安裝計劃，表2提供了不同的升級包所需要的標(biāo)準(zhǔn)檢修時間，包括只需一天即可完成的控制曲線改造升級包(1)到需在大修期間進行全部部件更換的升級包(3-5)。每個現(xiàn)場升級完成后，將不再需要做相應(yīng)的技術(shù)更新包和例行檢查，從而提高燃機的可用率。目前所有的9FA和9FB(03版) 燃機已排入升級檢修計劃。葉片狀態(tài)監(jiān)測葉片狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是用來監(jiān)測壓氣機R0, R1 和R2動葉的動靜撓度并進行實時數(shù)據(jù)測量的重要工具。該系統(tǒng)在壓氣機缸體安裝了一系列非接觸式傳感器，對葉片狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集(頻率，振幅)，并通過與GE研發(fā)的數(shù)據(jù)模型的比