F级改进型燃气轮机进气特点对主厂房布置的影响

施海云，黄镜欢

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州 510663）

F级改进型燃气轮机进气特点对主厂房布置的影响

施海云，黄镜欢

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广州 510663）

F级改进型燃气-蒸汽联合循环机组节能高效，日益得到广泛应用。根据调研并结合我院设计经验，本文对F级改进型燃气轮机三种进气模式的特点和布置要求进行比较研究，阐述其对“一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环电厂主厂房布置方案的影响，指出应根据项目自身特点和外部条件，结合三种燃气轮机进气模式下的特点选择合适的燃气轮机进气布置方案。为后续工程设计提供参考。

F级改进型；燃气轮机；多轴；进气方式；布置

与传统的燃煤机组比较，燃气-蒸汽联合循环机组具有热效率高、运行方式灵活、污染排放极低、运行可用率高等优点。随着西气东输二期工程及广东省天然气供应项目的建设，大容量燃气-蒸汽联合循环机组日益受到市场的欢迎。

另一方面，燃气-蒸汽联合循环供热机组具有节约能源、改善环境、供热质量高等综合效益，应用日益广泛。对于供热机组，一般采用多轴布置方案，其中“一拖一”多轴布置方案因其灵活可靠的特点得到广泛的应用。国内主推的大容量燃气轮机机型为F级改进型，分别为：由东方电气与三菱公司合作生产的M701F4型燃气轮机；哈尔滨电气与GE公司合作生产的PG9371FB型燃气轮机；上海电气与西门子公司合作生产的SGT5-4000F（4）型燃气轮机。各主机厂生产的F级改进型燃气轮机具有不同的结构特点和技术风格。燃气轮机的进气模块是燃气-蒸汽联合循环机组主要的组成部分之一，其结构特点和布置方案对主厂房的布置有较大的影响。本文对其进行比较和研究，分析其对“一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环电厂主厂房布置方案的影响，为主厂房布置方案提供参考。

1 燃气轮机进气模块简介

燃气轮机通过进气模块从发电机组厂房外部获取空气，经过滤后，将空气引至燃气轮机压气机的入口处。燃气轮机进气模块包括入口滤网和百叶窗、过滤器、自清洗装置、除湿器、膨胀节、防雨装置、从过滤器到压气机入口的气密风道、消声器和安全控制所需的所有控制器和仪表。其中进气过滤器有自清式和板式两种不同类型，自清式是指滤网可以通过压缩空气进行反冲清洁，本文所述相关尺寸均为配置自清式过滤器的尺寸。

根据燃气轮机进气模块布置的位置，进气模块可分为3种模式：上进气模式、下进气模式和侧进气模式。

2 进气模块结构特点和布置要求

2．1 上进气模块结构特点和布置要求

表1为三大主机厂F级改进型燃气轮机上进气模块的结构特点和布置要求对比表。

三大主机厂在F级改进型“一拖一”多轴机组中均有上进气设计方案，但相关尺寸和布置要求各不相同。

2．1．1 燃气轮机上进气模块结构特点

东方电气一般设计为3面进气，另两家均为1面进气。自清式进气过滤室横截面尺寸东方电气高度较低，但3面加起来的总宽度最大，哈尔滨电气进气过滤室截面积最小。

燃气轮机上进气模式的进气滤通常布置在厂房毗屋，发电机厂房屋面顶部。一般情况下，东方电气进气滤支撑面标高约为11．5 m，哈尔滨电气进气滤支撑面标高约为14．2 m，上海电气进气滤支撑面标高约为12．2 m。进气滤支撑面标高主要根据燃气轮机发电机厂房屋面标高来确定，在满足燃气轮机发电机检修起吊要求的情况下，应尽量降低毗屋标高，以减小进气道的噪音和压损。

三大主机厂上进气风道均采用钢制结构，尺寸设计首先考虑风速在允许的范围内，其次噪音不能超标，再次压损尽量小。风道截面一般为技术转让方的成熟设计，三大主机厂一般不轻易改动。从表1可以看出，三大主机厂中东方电气进气风道截面高度最高，高度为6．8 m；哈尔滨电气进气风道截面最宽，宽度为11．38 m；上海电气进气风道尺寸居中。东方电气进气风道截面积最大，哈尔滨电气进气风道截面积最小。

上进气的进气道在主厂房内为垂直布置，在主厂房外为水平布置。进气道水平与垂直管道之间，东方电气用44°的斜管连接，而哈尔滨电气和上海电气用弯头连接。燃气轮机厂房行车布置时应注意轨底标高要高于厂房内进气道的顶面。

2．1．2 燃气轮机上进气进气口外的净空距离要求

进气口处的遮挡物会增加燃气轮机进气压损，降低进入燃气轮机的空气量，影响到燃气轮机的出力和效率。要求一定的净空距离可以保证燃气轮机压气机顺利吸入运行所需要的空气量，并保持进气气流流场稳定。其中东方电气要求进气面净空距离为7～10 m；哈尔滨电气要求净空距离约为8 m；上海电气要求净空距离不小于10 m。可见上海电气对进气口外的净空距离要求较高，但总体来说，三大主机厂对此项要求差距不大。

2．1．3 燃气轮机上进气时对燃气轮机中心线标高的要求

理论上，考虑旋转机械运行时的稳定性及降低机组建造安装成本，燃气轮机发电机组中心线标高应尽量降低。但燃气轮机中心线标高的确定还需要考虑下列因素：燃气轮机外形、发电机外形、燃气轮机布置、燃气轮机基座安装要求、排气支腿高度、余热锅炉烟道设计，辅助系统布置等。燃气轮机上进气时，东方电气的标准配置是燃气轮机中心标高4．8 m；哈尔滨电气燃气轮机中心线标高5．44 m；上海电气燃气轮机中心线标高4 m。上述尺寸为各主机厂的标准配置，一般情况下该尺寸很难修改。

2．2 下进气燃气轮机结构特点和布置要求

表2为F级改进型燃气轮机下进气模块的结构特点和布置要求表。仅东方电气在F级改进型“一拖一”多轴机组中有下进气设计方案。其余两家制造商目前尚未开发F级燃气轮机下进气模块的改进设计，尚需对燃气轮机岛基座、燃气轮机岛设备布置进行更新设计以及对进气系统的流场和压损进行计算。就目前情况下，该两家制造商尚未具备条件。

2．2．1 燃气轮机下进气模块结构特点

燃气轮机下进气时进气口布置在燃气轮机与余热锅炉之间的地面上，为降低进气口高度，一般设计为3面进气，与上进气相比，下进气过滤室横截面高度较低，宽度较大。进气滤支撑面标高为0．8 m。

东方电气的燃气轮机下进气风道为混凝土材质，与燃气轮机基座结合在一起，进气风道的截面尺寸与上进气相差不大。

2．2．2 燃气轮机下进气进气口外的净空距离要求

东方电气燃气轮机下进气3面进气口外的净空距离要求均为7～10 m，此要求与上进气时相同。

2．2．3 燃气轮机下进气时对燃气轮机中心线标高的要求

东方电气燃气轮机下进气设计时，要求燃气轮机中心线标高为13．76 m，由于进气道形状固定，该标高考虑燃气轮机基础等因素后确定，为三菱的成熟设计。

2．3 侧进气燃气轮机结构特点和布置要求

表3为三大主机厂F级改进型燃气轮机侧进气模块的结构特点和布置要求对比表。目前，三大主机厂设计的侧进气燃气轮机多用于单轴机组，仅东方电气的技术支持方三菱在国外有多轴机组侧进气业绩。哈尔滨电气和上海电气及其技术支持方目前暂无多轴联合循环机组燃气轮机侧进气设计经验。

2．3．1 燃气轮机侧进气模块结构特点

燃气轮机侧进气时，进气道一般为全钢制结构。东方电气燃气轮机侧进气为水平侧向，设计为3面进气方式；哈尔滨电气典型的单轴机组侧进气设计为侧上进气，单面进气；上海电气单轴侧进气机组，进气设计也为侧上进气，进气口布置在燃气轮机轴线侧前上方的屋顶上，一般设计为3面进气方式。2．3．2 燃气轮机侧进气进气口外的净空距离要求

从表3和表1可以看出，燃气轮机侧进气时，进气口外的净空距离要求与上进气相同。

2．3．3 燃气轮机侧进气时对燃气轮机中心线标高的要求

东方电气燃气轮机侧进气时燃气轮机中心线标高要求为12．76 m（高位布置），主要考虑进气过滤器布置检修、辅助设备的布置等因素，东方电气目前无低位布置侧进气燃气轮机业绩，但技术支持方三菱在国外有此业绩，低位布置时燃气轮机中心线标高为4．8 m；哈尔滨电气单轴机组侧进气时燃气轮机中心线标高要求为11．913 m，此中心线标高是综合考虑燃气轮机布置、汽轮机抬高布置、燃气轮机基座安装要求、燃气管道布置、排气支腿高度等因素确立的推荐高度；上海电气目前单轴机组侧进气机组中心线标高为5．5 m，汽轮机为轴向排气，轴系高度主要考虑了凝汽器的尺寸。

3 “一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环电厂主厂房布置方案

3．1 燃气轮机上进气时典型主厂房布置特点

图1为上进气燃气轮机发电机组断面图，燃气轮机上进气时，燃气轮机及其发电机一般为低位布置。燃气轮机厂房与燃气轮机发电机毗屋的标高有一定落差，燃气轮机发电机毗屋屋顶的钢结构给进气模块提供支撑。可见燃气轮机上进气时，燃气轮机厂房占地面积小，主行车跨度小，燃气轮机发电机所在毗屋标高较低，主厂房总体积较小。但由于进气模块的阻挡，燃气轮机发电机无法与燃气轮机共用行车检修，发电机抽转子主要有两种方式：一是采用专用的装抽转子工具以及现场适当的支撑、滑动面的支持来完成；二是适当抬高进气滤支撑面标高，在发电机毗屋设置抽转子专用行车。燃气轮机由于低位布置，燃气轮机基础及厂房造价低，同时燃气轮机发电机布置在毗屋内，燃气轮机厂房跨度小，厂房结构及基础总造价较小，但燃气轮机发电机毗屋屋顶标高低于主厂房屋顶标高，高低起伏，外观视觉效果稍差。

3．2 燃气轮机下进气时典型主厂房布置特点

图2为下进气燃气轮机发电机组断面图，燃气轮机下进气时，燃气轮机及其发电机一般为高位布置。但主厂房跨度需考虑燃气轮机发电机抽转子空间，另外，相比上进气，为了留出燃气轮机吸风口位置并考虑燃气轮机吸风口外的净空距离要求，在燃气轮机与余热锅炉之间需增加排气过渡段，排气过渡段长度约为12．6 m，占地面积增大。下进气风道布置在燃气轮机基座内，燃气轮机基础加高，主厂房相应增加高度。由于占地面积和高度均较大，厂房体积也是燃气轮机3种进气方式下最大的。高位布置的燃气轮机运转层可以与汽轮机岛的运转层齐平，形成运转层大平台，便于机组的检修维护，同时，燃气轮机厂房也可以增加中间层与汽轮机中间层齐平，部分燃气轮机的辅机可布置在中间层，燃气轮机发电机布置在主厂房内运转层，燃气轮机、燃气轮机辅机、发电机的检修条件比较理想，但厂房结构及基础总造价最高；由于燃气轮机发电机组及汽轮机发电机组厂房标高相同，同时燃气轮机吸气口布置在燃气轮机排气过渡段底部，厂房外观也是比较整齐的。

3．3 燃气轮机侧进气时典型主厂房布置特点

与燃气轮机下进气比较，燃气轮机侧进气时（见图3），燃气轮机基础不受风道高度影响，燃气轮机基础可以降低，有条件低位布置。与燃气轮机上进气比较，燃气轮机发电机布置于主厂房内，主厂房占地面积增加，主厂房体积也有所增加。燃气轮机侧进气时，燃气轮机发电机未受到进气道的阻挡，检修条件较好。燃气轮机及发电机均可以用大行车检修起吊。厂房结构及基础总造价较燃气轮机上进气时高，但低于燃气轮机下进气方案。若两台机组可以镜像布置（两台燃气轮机的侧进气镜像布置指的是从发电机往燃气轮机方向看，一台燃气轮机左侧进气，另一台燃气轮机右侧进气），将两台汽轮机布置在厂房中间，燃气轮机布置在两侧，则厂房外观相对较整齐。要实现镜像布置，要求两台燃气轮机进气室、进气道和部分其他管道和设备存在一定程度的不同设计，理论上可以实现，但一定程度上会影响设备成本及供货周期。

3．4 不同进气方式下主厂房布置方案比较

根据前文阐述，将燃气轮机3种进气方式下的典型“一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环电厂主厂房布置方案的特点进行比较，详见表4。

4 结语

本文对三大主机厂燃气轮机上进气模式、下进气模式和侧进气模式的结构特点和布置要求进行对比，并对燃气轮机3种进气方式下的典型“一拖一”多轴燃气-蒸汽联合循环电厂主厂房布置方案的特点进行比较。从设备采购费用和供货周期方面考虑，拟选用有业绩和成熟设计经验的制造商，若工程对燃气轮机进气有特殊要求的，应在招标阶段明确提出，有利于在工程实施过程中和制造商的主动配合和沟通。后续项目应根据项目自身特点和外部条件，结合3种燃气轮机进气模式下的特点和优缺点选择合适的燃气轮机进气布置方案。

参考文献：

［1］ 杨柏，黄杰．E型和F型燃机联合循环电厂的性能及经济性比较［J］．广东电力，2003，16（2）：50- 52．

［2］ 朱军辉．联合循环机组单轴方案与多轴二拖一方案的比较［J］．燃气轮机技术，2002，15（3）：29- 62．

［3］ 祝俊．F级重型燃机联合循环在热电联供电厂中的应用［J］．上海电力，2005，（1）：70- 74．

［4］ 王鑫．三菱M701F4型燃机“二拖一”联合循环机组调试中遇到的主要问题及解决方法［J］．燃气轮机技术，2012，25（3）：56-63．

［5］ 李丽萍，李丽君，程祖田．燃气-蒸汽联合循环供热机组运行模式及热经济性分析［J］．电站系统工程，2012，28（6）：44- 46．

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，高级工程师，从事电厂热机设计工作，E-mail：shihaiyun＠gedi．com．cn。