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6F.03燃气轮机介绍

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6F.03燃气轮机介绍

发布日期:2017-12-14 作者:无锡优航动力科技有限公司 点击:

6F.03燃机是在7F的基础上模化设计出来的,继承了7F压气机的成熟性和性,采用和7F相 同材料和燃烧温度。


经过20多年的发展,6F.03燃机出力从初(1994年)的70MW逐步提升到 目前的82MW,87MW的下一代6F.03也将于2019年推出市场,联合循环毛效率将达到了57%以 上。6F.03在逐步提高性能的同时,设备的可靠性也得到了充分的验证。


在热电联产和分布式能源的应用中,设备的可靠性显得尤为重要。范围 内已经有超过两百台机组的订单, 累计运行时间超过790万小时,启动次数逾11.7万次。



单轴、双轴承结构,推力轴承与#1轴承同在压气机端;

转子转速5,231rpm,燃机冷端通过的真空负荷齿轮箱将转速降到3,000rpm后驱动发电机;

燃机轴向排烟到余热锅炉,以降低排烟压力损失。


压气机 

6F.03压气机由18级组成,包含一级可调导叶(IGV)。

通过GE的OpFlex控制技术,可以实时地根 据环境条件变化,以及客户对负荷的要求,调节入口导叶及压气机旁路放气量,进一步优化压气 机性能,确保安全运行和较高的效率。

 

DLN2.6燃烧器(标准配置)

 6F.03配置6个DLN2.6火焰筒式燃烧器,高燃烧温度可以达到1400℃,标准NOx排放为15ppm, 低可以达到9ppm。DLN2.6燃烧器采用全预混燃烧技术,确保燃机在启动时NOx排放也控制在 比较低的水平,彻底消除了“冒黄烟”现象.


DLN2.6燃烧器具有业界高的燃料适应能力,燃料华白指数允许变化范围+10/-15%,便于客户在 采用不同的气源以及管道天然气的成分波动时仍保持安全、可靠运行。DLN2.6燃烧器在7F 和9F机组上都得到了广泛的应用,从1995年推出以来,已经有超过750台燃机和1,500万的运行小 时数。


通过GE的OpFlex控制技术的燃烧自动优化模块,可以实时地根据燃料、环境条件和运行工况的变 化,实时地调整燃烧和冷却空气配比,保持燃烧的稳定性和系统的性。 DLN2.6燃烧器取消了小修,具有和其它热部件一样的维修间隔,64,000小时的大修间隔,进一步 提高了设备的可用率,同时降低了维修成本。 为了适应非传统气体发电的需要,6F.03还可以配置MNQC燃烧器,来适应如低热值、高氢气体燃料或者液体燃料。



 6F.03配置的DLN2.6型燃烧器结构及示意图

率透平

6F.03配置了GE传统的三级透平部件,动、静叶采用了和9HA同等技术的热涂层和密封技术,叶片的冷却技术也得到了进一步的优化,在不降低部件寿命的情况下,适应更高的燃烧温度,意味着 更高的联合循环效率和供热能力(高排烟温度)。 一级、二级动静叶片采用内部空气冷却和高温涂层;三级动静叶片只有高温涂层,没有内部冷却。

02

 6F.03性能特点

  技术成熟、系统可靠

截至2018年3月,6F.03订单超过220台,其中190台已经投入商业运行,总运行小时超过800 万,约45%以上用于区域供热或者热电联产。 6F.03在中国订单已有19台,14台正在试运或者已经投入商业运行,性能和排放完全达到设计水 平;其中安装在新疆克拉玛依电厂的机组,已经稳定运行了近10年。国信高邮项目两台热电联产 机组,从点火到完成96小时试运,用时都不超过30天。


国内投运的6F.03热电联产项目现场(克拉玛依和国信高邮项目)


出力大、效率高 

目前面向市场的6F.03燃机,ISO工况下燃机出力82MW,燃机效率36.2%,联合循环出力达125MW,效率56%。6F.03燃机排烟流量760t/h,温度606℃,典型的余热锅炉蒸汽产量约 135t/h。其联合循环出力、效率以及供热能力都是80MW等级燃机中高的。两台机组的配置非 常适合蒸汽需求量在100~250t/h的项目。下图是6F.03燃机在不同环境温度下的性能。


6F.03燃机在不同环境温度条件下的典型性能(仅供参考)


高排烟温度更加适应热电联产

在燃机纯发电的项目中,联合循环的出力和效率是决定经济回报的主要因素,也是客户评价主设备性能的主要指标。但在中国目前燃气价格较高和电力普遍过剩的形势下,发展燃气轮机分布式能源或热电联产,实现能源的阶梯利用,提高清洁能源的利用效率,取代效率低、污染大的燃煤供热方式是中国燃气轮机发展的主流方向。以热定电、提高热电比,不仅是政策所向,也是提高项目经济性的重要保障。


按照一般双压、非再热余热锅炉设计,高压蒸汽产量约120t/h,低压蒸汽产量约15t/h。在配置抽凝式汽轮机的情况下,大抽汽能力可达90t/h;在采用背压式汽轮机时,供汽能力为120t/h(不含低压补汽)。在供汽参数不高的情况下,也可以将余热锅炉的低压蒸汽直接供汽,进一步提高供汽能力。下图是一个典型的6F.03单台机组发电出力、发电效率、热效率和供热量的关系。


单台6F.03热电联供时供汽量、发电效率、热效率和发电出力的关系(仅供参考)

综合热效率是评价一个热电联产机组能源综合利用的指标,但它把热和电同等对待,并没有区分同等单位热和电的不同“价值”,并不是一个项目经济性评价的有效指标,也不是能源有效利用的指标。对于两个纯凝发电效率相当而出力不同的机组,在供汽量一样的情况下,“小机组”综合热效率较高;而“大机组”发电效率高,度电成本低,因此经济性。


        热电联产的相对经济性取决于“热价”和“电价”的相对关系。按照典型工业蒸汽参数,机组每多供1吨蒸汽,大约少发电220-230度,按照江苏省上网电价0.584元/度,工业蒸汽价格220元/吨,供热部分的经济收益比发电高出64%。在蒸汽热价更高的地区,多供热经济性优势将更加明显;反之,在蒸汽价格较低的地区,则是多发电、少供汽的经济性。


下图是一个在电价相对固定的情况下,蒸汽与发电总收入与供汽量的关系(未扣除燃气及其它成本)。6F.03较高的排烟温度,在联合循环纯发电应用中,可以进一步优化底循环,提高联合循环发电效率;在热电联产的应用中,蒸汽产量比例更大,供热能力更强,为用户带来的经济效益。同时如果在供热量相同的条件下, 6F.03发电效率明显高于同类机组,则发电成本也较低。


单台6F.03热电联供时毛收入和供热量及热价的关系


NOx排放

燃烧温度是影响NOx排放的主要因素,也是决定燃机及联合循环性能的主要参数。在同等的燃烧技术(同一类燃烧器)下,降级NOx排放必然需要降低燃烧温度,从而牺牲燃机和联合循环性能。目前标准配置的DLN2.6燃烧器在非常广泛的环境条件和燃料华白指数变化范围内NOx排放均为15ppm,同时不影响出力和效率。这一点在国内外众多投运的6F.03项目中得到了充分的验证。 GE正在为6F.03研发的下一代燃烧器DLN2.6+Flex,更具备了NOx排放9ppm的能力。


目前中国的国标及大部分地区都要求燃气轮机燃烧天然气时NOx排放为25ppm(15% O2)。但是在一些发达地区NOx排放要求已经降到15ppm,更加严格的环保标准是一个趋势。 6F.03低NOx排放性能,可以确保客户提前布局,在不增加脱硝费用的前提下,适应未来和本地区更加严格的环保要求。对于80MW等级的燃机,如果通过SCR把烟气中的NOx从25ppm降低到15ppm,两台机一年的脱硝费用(运行小时按照5,000小时/年)大约增加400万元左右,另外增加约2%的厂用电。


目前我国对一氧化碳( CO)的排放虽然没有严格规定,但是6F.03也在保证性能的情况下达到9ppm,也是所有燃机中低的。


燃料适应性强

燃料的成分和热值会影响燃烧器喷嘴的设计选型以及火焰的稳定性,华白指数是衡量一个燃料单位体积热值的一个指标,又称热负荷指数,也是影响燃烧喷嘴设计选型关键的因素之一。在燃烧器喷嘴和燃气压力固定的情况下,两种华白指数相近的燃料在互换时,可以保持相似的燃烧热负荷。


通常的同一个气源的燃料华白指数变化区间在+/-5%以内,因此大部分燃气轮机厂家根据客户给定的燃料,选取相应的燃料喷嘴,确保燃料华白指数在+/-5%区间内波动时,燃机的运行安全性和经济型不受影响;但在燃料华白指数变化超过这个允许的区间时,通常需要通过技术改造更换喷嘴,以适应变化了的燃料,否则会影响燃烧的稳定性和部件寿命。


目前国内天然气发电项目的气源多样化越来越普遍,在客户更换气源时,加上燃料自身组分的波动,华白指数超过+/-5%的几率将大大增加,对燃机安全、可靠运行造成了挑战。 6F.03 DLN2.6燃烧器可以适应+10/-15%的华白指数变化范围,确保了客户可以根据形势和市场价格变化,


OpFlex优化运行技术

OpFlex技术是GE根据其丰富的燃机运行经验和数据,可以跟根据客户的特殊需求和现场条件,自动选择预定的运行模式,并对设备及系统的运行进行实时优化,主要包括:启动优化,负荷调节灵活性优化,燃料适应性优化,调峰能力优化,运行效率优化,以及电网稳定性优化等,确保机组始终在佳的模式下运行。


03

 6F.03燃机发电机组主要辅助系统及布置

6F.03辅助系统采用模块化设计,可以根据环境特点、要求以及客户的特殊条件采用室内或者室外布置。燃机和发电机采用经济型的低位布置。发电机组主要辅助系统包括燃机进气模块,真空负荷齿轮箱,润滑油、控制油和燃气模块, LCI启动模块,燃气轮机罩壳及内部消防模块,燃机水洗站,燃机控制( Mark VIe)模块,发电机励磁和保护模块。在使用液体燃料的项目上,还有燃油、雾化空气和注水模块。



燃机发电机组主要辅助系统布置示意图(不代表供货范围)


两台6F.03二拖一联合循环电厂典型布置图

04

 6F.03的本地化服务

GE在国内的合作伙伴南京汽轮电机有限公司(南汽)已经具备6F.03燃机本体的组装和测试能力,转子的本地化生产工作也在计划中。燃烧器和部分热部件也即将在GE在沈阳的工厂进行生产认证, GE在秦皇岛的维修工厂也具备对6F.03所有热部套的维修能力。


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