9FA燃机的研发历程
美国GE公司于二十世纪八十年代中期投入了大量资金，进行F型燃气轮机的开发研制，主要是将飞机发动机的先进技术和部件移植到工业和发电用燃气轮机上，从而使其性能大幅度提高。GE公司于1987年制成了首台60Hz的MS7001 F型燃气轮机发电机组，输出功率135.7MW，发电效率32.8%。接着，GE公司与GEC Alsthom公司联合开发，通过MS7001 F 型燃气轮机的模化放大，模化系数1.2，制成了50Hz的MS9001 F型燃气轮机发电机组，输出功率212.2MW，发电效率34.1%。其燃气轮机的所有部件，除轴承和燃烧室以外，都是按1.2的比例进行模化放大。第一台MS9001 F型燃气轮机发电机组于1991年8月在美国南卡罗莱纳州的格林维尔（Greenville）厂制造成功并满意地运行。
接着，GE公司又将其MS7001 FA型燃气轮机模化缩小，模化比2/3，于1995年末研制成70MW等级的MS6001 FA型燃气轮机，通过齿轮箱减速，用于50Hz/60Hz发电。GE公司还与其意大利的伙伴新庇隆公司联合开发了50Hz的9EC型燃气轮机发电机组，该机组结合了9E燃气轮机的设计和9F型燃气轮机的透平段技术，使9E型燃气轮机发电机组的性能有了较大幅度的提高。烧天然气时，9EC型机组的额定功率达169MW，发电效率35%，首台9EC型发电机组于1996年秋天制成。
9F型燃气轮机的结构和性能
1．9FA型燃气轮机的结构
该机组为典型的单轴结构，与传统的9E型燃气轮机相比较，省去了一个中间轴承，三支承变成了双支承。动力输出由透平排气端（热端）改变为压气机进气端（冷端）。透平改变为轴向排气，有利于与余热锅炉的连接。其控制系统应用GE公司的Speedtronic MKV，有三冗余度，由3台计算机分担燃气轮机的控制职能，三冗余的计算机或传感器之一发生故障时，内部的表决逻辑将透平控制重新定向于两台能工作的计算机和传感器，因而有较高的可靠性。其辅机安装在分开的底盘上，也有一定的冗余度。
9FA型燃气轮机主要部件的结构、性能和材料的情况如下：
压气机：18级轴流式，压比15.4∶1，空气质量流量645kg/s。头两级为跨音速级，带可调进口导叶，用于调节透平的排气温度，提高运行效率。第9级和第13级开有排气口，以配合起动过程。其转子是由单个叶轮用多根IN 738合金钢轴向拉杆连接成的刚性转子，末级叶轮上附有一向心式透平槽道，将压缩空气引入中心孔，用于透平段的冷却。转子的一阶临界转速高于同步转速20%。
燃烧室：有18个逆流管环形燃烧室，直径350mm，每个燃烧室有6个燃料喷嘴，共108个燃料喷嘴。可烧天然气、蒸馏油和中热值气体燃料。两只高能点火器分装在两个燃烧室上点火，各燃烧室之间用联馅管联馅。可以注蒸汽或注水抑NOx的形成，或应用干式低NOx （DLN）燃烧室。
9FA采用的DLN-2.6燃烧室主要由火焰筒、过滤段、导流衬套、帽罩、喷嘴、端盖、前外壳和后外壳等部件构成。其中，端盖、喷嘴、前外壳和帽罩又形成了一个可以单独拆卸的头部组件。压缩空气由压气机的排气缸流出，首先对过滤段形成冲击冷却，再逆流向前，流过火焰筒与导流衬套之间的环形空间，流向燃烧室头部。其中，有少量空气用于冷却帽罩，其余空气经喷嘴上的旋流器进入头部的预混区，与由燃料喷管喷出的燃料气进行预混合，燃料/空气混合物由预混区经帽罩流入火焰筒，被置于2个上部燃烧室上的高能点火器点燃，火焰附着在喷嘴尖端与帽罩形成的平面上，并被火焰筒包容，燃烧产物经过渡段进入透平第一级喷嘴环。各燃烧室之间用联焰管连接，未安装点火器的燃烧室靠联焰管联焰而着火。每个燃烧室外的头部均布置了6个预混喷嘴，其中5个喷嘴均布于四周，称为外围喷嘴。但在其中央增加了一个喷嘴。这样，当周围的5个燃烧器的燃料/空气比维持高于其贫着火极限时，可以使中央燃烧器的燃料/空气比低于周围的贫着火极限，同样可以保持火焰的稳定。由于
增加了中央燃烧器，使总燃料/空气比可以比均匀地供燃料的燃烧器减到更低的数值，从而使总预混空气量增加了6%，因而，降低了燃烧区的火焰温度，减少了热NOx的产生量。透平：为3级轴流式，应用压气机的排气冷却。第1、2级动叶应用空气内冷，并采用真空等离子喷涂保护涂层。第3级动叶不冷却，但应用堆积涂层保护。第1级动叶无围带，第2、3级动叶应用整体的乙形围带。3级静叶都应用空气内冷，第1、2级静叶设计成2叶片块结构，应用真空等离子喷涂合金保护涂层。第3级静叶设计成三叶片块结构，应用堆积涂层保护。
轴承：由拉杆组装的整体转子支承在两个可倾瓦支持轴承上，轴向推力由双销轴推力瓦轴承自行平衡。
排气：排气缸应用加长的轴向扩压器，减小了排气速度。降低了排气损失。
材料和涂层：
压气机的1～9级动叶和静叶以及进口导叶的材料为C-450（Custom 450），这是一种抗腐蚀的不锈钢，可以不加保护涂层安装在受化学侵蚀的环境中。其它级的叶片应用加铌的AISI403不锈钢，同样不加保护涂层。气缸用球墨铸铁铸造。叶轮用CrMoV钢和NiCrMoV 钢制造。
燃烧室外的火焰筒由Hastelloy X制造，后段应用HS-188材料，内表面加隔热涂层。过渡段材料为Nimonic 263，带冷却。后座为铸造的FSX-414。外壳为SA/516-55钢。
透平的三级动叶都应用GTD-111材料，它是由Rene 80改进了抗热腐蚀性能而形成的，与常用的U-500材料比较，其强度提高了50%，低周疲劳性能改进了20%。动叶为精密铸造，第一级动叶为定向结晶，头两级动叶应用了CoCrAly涂层，外面再复以氧化物表层。第3级动叶采用堆积工艺的高铬涂层，并进行了扩散热处理。气缸由CrMo钢制造。轴和叶轮都是Inconel 706合金。第1级喷嘴是熔模烧铸的FSX-414钴基超级合金。第2、3级静叶为熔模烧铸的GTD-222镍基合金。第1级喷嘴加真空等离子喷涂涂层，第2级静叶加堆积工艺涂层。气缸由SA/516-55钢制造，再加347不锈钢内衬。
燃气轮机、辅机组件和内部连接组件都有完全配套的罩壳，其中装有照明系统、插座、CO2灭火保护系统、出入门、通风系统和隔音层，隔音层和消音设施根据需要使用，可以满足1m处噪声等级85dBA的要求。
9F燃气轮机发电机组还备有一电气设备控制室，该外箱中装有Mark V Speedtronic透平控制盘、发电机控制盘、马达控制中心、带双充电器的机组蓄电池和励磁系统。所有电气设备都是在工厂内组装，并加PEECCTM（快装电气设备控制室）标签。
9F燃气轮机发电机组应用GE公司的324S型发电机，用刚性联轴器连接到燃气轮机的压气机进气端。这是一种氢冷发电机。有一套低速盘车设备连接到发电机的集流环端。
进口空气过滤器一般布置在发电机上面，其滤芯水平安装。该过滤器为“自洁型”，脉冲反吹下来的灰尘依靠重力排出。整个进气系统的额定压降为89mmH2O。此外，还有一套压气机水洗设备，能够离线或在线清洗压气机，以清除积垢，减少堵塞，保持压气机的效率接近新机状态。
9F型燃气轮机连同底盘的净重约299吨，连同罩壳的体积约870m3。
GE公司F级燃气轮机
董卫国
国家电力公司热工研究院，陕西西安710032
0引言
GE公司的F级燃气轮机是80年代末开发出来的一代性能优良的发电机组，是其长期发展
计划的成果。1981年GE公司开始实施F级燃气轮机计划，使用较高燃烧温度的大型燃气轮机，来提高联合循环电厂的效率，降低发电厂的运行成本。此项计划采用了GE航空发动机公司和研究发展中心共同推出的先进技术，促进了一批新技术的应用。这些新技术包括了叶片冷却技术（如蛇形紊流式冷却通道和气膜冷却）、先进的空气动力学设计（如具有大容量空气流量的超音速压气机叶型）、新型合金材料以及定向结晶甚至单晶超耐热合金铸件等。这些新技术在F级燃气轮机上的应用，使机组的燃烧温度提高到超过前几代机组的水平。第一台7F型燃气轮机在1987年组装完成，并进行了各种试验。1990年安装在美国弗吉尼亚电力公司的Chesterfied第7座电站，到1993年6月可靠性就达到98.8％。1992年末，韩国采用7F型燃气轮机联合循环装置建成的1910MW Seoinchon电站净热效率达55％。后来在7F基础上，采用模化原理设计制造了50Hz的9F型燃气轮机和可用于50Hz及60Hz 的6FA燃气轮机。目前GE公司F级燃气轮机订货和投运的已超过800台，积累了330多万h的实际运行经验，是目前世界上商业应用数目最多、运行时间最长的大功率先进发电燃气轮机。
1F级燃气轮机产品系列及其性能演变
F级燃气轮机已有多种多样的型号可满足不同用户的需要，在MS6000、MS7000、MS9000系列中都有F级的产品，表1列出F级燃气轮机最新机型简单循环的性能，表2列出50Hz 的F级燃气轮机联合循环（三压再热蒸汽循环）的性能。
表1F级最新机型燃气轮机简单循环性能
基本参数MS9351FA MS7241FA MS6101FA
净出力/MW 255.6 171.7 70.1
效率/% 36.9 36.4 34
透平进口温度/℃ 1327 1327 1288
压比15.4 15.5 14.9
质量流量/kg?s-1 624 432 198
排气温度/℃ 609 602 597
频率/Hz 50 60 50/60
表250HzF级燃气轮机联合循环性能
基本参数S109FA S209FA S106FA S206FA
净出力/MW 390.8 786.9 107.4 218.7
净热耗率/kJ?（kWh）-1 6350 6305 6767 6654
净效率/% 56.7 57.1 53.2 54.1
MS9001FA、MS7001FA、MS6001FA型燃气轮机都有18级的压气机和3级的涡轮机，以冷端驱动和轴向排气为特点，有利于联合循环布置。F级燃气轮机采用GE公司传统可靠的分管式燃烧系统，并可配备双燃料燃烧系统，如在以天然气为主燃料时，可以轻油为辅助燃料。当天然气供应发生故障时，机组可自动切换到轻油燃烧，使燃机不因燃料供应故障而停机，进一步保证了机组的可靠性和可用性。机组也可根据要求，在一定条件下使用双燃料混合燃烧。此外，F级燃气轮机可燃用低热值燃料，从而扩大了发电厂的燃料使用范围和灵活性。F级燃气轮机应用于IGCC电厂，可最大程度地降低燃煤电厂对环境的影响。
GE公司在其制造MS6000型、MS7000型和MS9000型机组的基础上，发展完善了底盘部套、控制和辅机组合一体的快装模块结构，这种标准化布置可减少管道、布线及其他现场相关联接的工作量，缩短安装和启动周期，降低建设成本，同时也提高了机组的运行可靠性。F级燃气轮机还显示出不同寻常的环保特点。由于机组的效率高，单位发电量的NOx和CO
排放量较少。采用干式低NOx（DLN）燃烧室，大大降低了NOx的排放。180多台采用干式低NOx燃烧室的F级燃气轮机已累计运行近300万h。有些电厂的NOx排放量甚至低于10mg/kg。
1.17F和7FA、7FB型燃气轮机
自从1987年生产第一台7F型燃气轮机后，经过不断改进，形成了一系列F级的燃气轮机。其主要性能见表3。
表37F系列燃气轮机主要性能
基本参数PG7211F PG7221FA PG7231FA PG7241FA PG7251FB
出力/MW 147.2 159 167.8 171.7
压比13.5 15 15 15.5 18.5
燃气温度/℃ 1260 1288 1316 1327 1371
压气机级数18 18 18 18 18
透平级数 3 3 3 3 3
燃烧室个数14 14 14 14 14
出厂日期1988～1991 1993 1997 1999 2002
从1992年开始，美国能源部推出A TS（先进的燃气轮机系统）计划，资助进行新机型的开发。GE公司在这个项目的支持下开发了H型机组。开发和研究的新技术包括：增加压比，提高初温，采用DLN和催化燃烧系统，材料高温防腐，研制了隔热涂层和陶瓷基体合成燃烧室火焰管，以及陶瓷透平喷嘴和静子组件，先进的密封和冷却（蜂窝密封、蒸汽冷却）设计，长寿命的轴承等。1998年初，第一台9H型机组已在美国进行工厂试验，计划2002年投入商业运行。由于H级燃气轮机开发成功，GE公司又将某些H级技术反过来用到7FA 型机组上，得到7FB型。这些技术包括：单晶叶片（单晶N4合金DSN4或GTD444），耐热涂层，三维气动力设计，更多冷却气膜等。使7FB型机组的压比提高到18.5，燃烧温度提高到1371℃，7FB型燃气轮机的主要性能见表3。表4列出7FA、7FB和7H型燃气轮机组成联合循环时的性能对比。107FB型的出力比107FA型稍有增加，效率有明显提高。
表47FA、7FB和7H型机组成 联合循环时的性能对比
基本参数107FA 107FB 107H
出力/MW 262.6 280 400
效率/% 56 57.3 60
燃气温度/℃ 1327 1371 1427
压比15.5 18.5 23
空气流量/kg?s-1 430.9 430.9 557.9
NOx/mg?kg-1 9 25 9
1.29F和9FA型燃气轮机
9F型燃气轮机是在7F型基础上采用模化原理设计出来的，模化系数为1.2。9F型燃气轮机也经历了一系列发展过程，压比、燃气透平入口温度逐步提高，从而机组出力和效率也相应提高。目前，最新型号的9F型机组（PG9351FA）简单循环出力达255.6MW，热效率为36.9％；联合循环机组S109FA型出力达390.8MW，效率为56.7％。表5列出9000系列主要机型的参数变化情况。
表59000系列主要机型的参数变化情况
基本参数PG9281F PG9311FA PG9351FA
净出力/MW 212 226.5 255.6
净热耗率/kJ?（kWh）-1 10535 10298 9750
压比13.5 15.0 15.4
燃气温度/℃ 1260 1288 1327
压气机级数18 18 18
压气机流量/kg?s-1 605.3 607.2 645
透平级数 3 3 3
出厂日期1993～1994 1994 1996
1.36FA型燃气轮机
90年代初，GE公司又将7FA型技术转移到已经有30多年运行经验的6B型机组上，开发出6FA型机组。1993年开始设计6FA型，模化系数为0.69，得到了大流量压气机，同时将燃气温度提高到1288℃。1995年第一台机组出厂，满足了市场对具有高效率的中等容量机组的需求。MS6001FA型燃气轮机简单循环的额定功率为70MW，用于联合循环的功率为107MW。燃烧室数量由6B型的8个减少到6个，减少了维修工作量。表6列出6FA和6B型机组的性能对比。
表66FA和6B型机组的性能对比
基本参数简单循环联合循环
MS6001B MS6001FA S106B S106FA
出力/MW 39.2 70.1 59.8 107.1
效率/% 31.8 34.2 48.7 52.8
压比11.8 14.9 11.8 14.9
进气温度/℃ 1104 1288 1104 1288
排气温度/℃ 541 597 538 597
燃烧室个数8 6 8 6
转速/r?min-1 5100 5250 5100 5250
6FA型燃气轮机与6B型机组一样，通过齿轮箱可以将转速降低到3000r/min或3600r/mim，以适应不同发电频率的要求。减速齿轮箱是由德国Renk AG公司研究开发的。
2F级燃气轮机的结构特点
GE公司生产的重型燃气轮机在结构上彼此是非常相似的，F级燃气轮机的主要结构特点有：（1）它们都是整体式结构型式。压气机、燃烧室和燃气透平都联接成为一个整体，安装在同一个底座上。一些辅助设备，诸如润滑油系统、冷却水系统、燃料系统、启动机系统、传动齿轮箱等也都安装在一个底座上，这样就能节省现场的安装时间和机组设备的运输费用。（2）不同于B级和E级燃气轮机，F级燃气轮机改为由压气机侧的冷端输出功率的方案。这样就可以使燃气透平实现轴向排气，其排气扩压器能直接与余热锅炉相联，有利于减小流阻损失，但却会增大压气机的传扭负载。
（3）采用双轴承支承的方案，2个轴承分别位于压气机和燃气透平转子的两端，这样可以使燃气轮机的总体结构最简单。
（4）压气机和透平均采用水平中分面结构，便于安装和检修。
2.1压气机
GE公司F级燃气轮机所用的压气机，是由E型燃气轮机17级压气机按空气动力学模化原理设计的，并增加了1个零级，由18级组成，压缩比为15左右。为了防止启动过程中压气机发生喘振，压气机中都装有进口可转导叶和1～2个中间级的放气口，F级机组的放气口布置在第9和第13级后。在联合循环方式运行时，进口可转导叶还能在一定负荷范围内确保透平前的燃气温度恒定不变，以提高部分负荷时的效率。
压气机通流部分的前5级采用等内径的结构型式，其后各级则采用等外径的结构型式。由于叶片外径增大，圆周速度增加，前2级为超音速级，相应的叶型设计为直线形薄叶片，以减小流动损失。为适应空气流量与压缩比的增加，压气机叶片要求强度高，疲劳强度和衰减率大的材料。在第0～8级，用新开发的强度高耐腐蚀的C-450材料代替以前的防腐涂层叶片。第9～17级采用高温强化材料SUS403。压气机转子根据以前用15根通穿螺栓紧固的经验，采用多段积层结构与透平转子结合成高刚性转子，其一阶弯曲振动频率为额定转速的125%。
压气机气缸除采用具有水平中分面外，还把气缸沿轴向分为2～3段。分段气缸结构的优点是：由于前后段温度的不同，前后段可以采用不同材料；每段气缸比较短，便于气缸内表面静叶叶根槽的加工；配合中间级防喘放气，在每段的接合处可以设计成为圈环状的放气口，使气流均匀，减少对叶片的激振力。
GE公司生产的燃气轮机，压气机的转子采用了外围拉杆螺栓联接的盘鼓式的转子结构型式。盘鼓式的转子是把各级轮盘在接近轮缘处的鼓环，用多根细而长的拉杆螺栓彼此压紧而连接成为一体的，因而它在接近轮缘处是一个转鼓，可以使转子具有很好的刚性。转子旋转时产生的离心力则是依靠轮盘来承受的，致使这种转子也能具有很高的强度。压气机转子的拉杆数目大约为14～18根不等。为了保证转子运行的安全和可靠，各轮盘之间必须有足够的压紧力，因而拉杆的预紧力是很大的。
2.2燃烧室
GE公司F级燃气轮机均采用其传统的逆流式分管型燃烧室，不同容量的机组配用不同数量的燃烧室。GE公司提供2种燃烧室，一种是标准型的，可用于气体或各种液体燃料，一般都配置空气雾化式的双燃料喷嘴，可带或不带用于降低NOx排放的或为增加出力的注水或注蒸气装置。另一种是干式低NOx燃烧室，采用稀释态燃料预混干式低NOx燃烧技术，可用于气体或轻质液体燃料，在燃烧天然气时NOx排放量低于25mg/kg，但是用于液体燃料时需要注水来降低NOx排放。
随着燃气透平前温度的提高，燃烧室出口过渡段的冷却必须加强。GE公司在F级燃气轮机上专门设计了一种有冲击冷却效果的过渡段。该过渡段是双壳体型式的，内过渡段被一个钻有许多小孔的外套包围着。从压气机来的空气通过这些小孔，形成射流去冲击冷却内过渡段。外套用AISI-304不锈钢制成。内过渡段是用Nimonic263制作，并在其内表面喷涂耐热涂层。燃烧室的外壳选用SA/516-55钢制造，火焰管的前段用HASTX/HS-188制造，火焰管尾部一段改用HS-188制造，火焰管的内表面上均喷涂耐热涂层。
2.3透平
GE公司F级燃气轮机的透平均采用3级轴流式透平，是运用GE公司航空技术进行设计的。随着高温材料和冷却技术地不断发展，其进口燃气温度由最初的1260℃逐步提高到最新FA 型的1327℃和FB型的1371℃。
第1、2级动叶片与全部3级静叶片采用适应高温化的高性能空气冷却。压气机第13级抽气用于透平第2、3级冷却后，作为转子冷却空气与密封空气使用。压气机第17级空气由通道内径侧抽出，由于流场的离心作用，消除了气流中的有害粒子，清洁的抽气作为第1级冷却空气。利用从另外的压气机引入的空气冷却透平轴承座和透平第3级叶根。透平第1级静叶片温度最高，采用耐高温腐蚀与热疲劳强度高、焊接性能优良的Co基超合金FSX-414，第2、3级静叶片采用抗蠕变与热疲劳强度高的Ni基超合金GTD-222。3级静叶片均采用精密铸造，第1级静叶片内部有为冲击冷却用的金属插件，除冲击冷却外，前缘采用喷头冷却，内背弧采用气膜冷却。第2级静叶片采用冲击冷却与强制对流冷却相结合，冷却空气从叶片后缘吹出。第3级静叶片仅采用强制对流冷却。
3级动叶片均采用具有航空使用经验、高温强度好的γ相析出硬化型Ni基超合金GTD-111，
也采用精密铸造成型。使用环境严酷的第1级动叶片采用定向凝固的GTD-111DS，以控制径向晶界，改善蠕变断裂强度。第1级动叶片是由先进的航空技术引进的蛇形通道对流冷却，冷却空气从叶片底部输入，从叶顶和叶片后缘的轴向开口混入主流燃气，同时也通过叶片前缘与侧壁排出并形成冷却气膜。9FA型机组透平第1级工作部分与叶根之间的长柄减轻了通流部分向叶根的传热，第2级动叶片采用以前从叶根到叶顶钻有许多冷却孔的强制对流冷却。第1级扇形护环是保持叶顶最小间隙的主要部件，为改善低频热疲劳，护环的高温内侧与低温外侧采取分开结构，内侧护环使用热疲劳强度好的材料IN-738，并采取冲击冷却、强制对流冷却与气膜冷却。热障涂层是延长零件寿命不可缺少的高温化技术之一。为保护在高温下工作的透平叶片，对前2级叶片进行双喷涂处理，即用真空等离子喷涂抑制腐蚀，用铂铝化合物喷涂抑制氧化。第3级叶片仅用Cr扩散防腐涂层。
GE公司设计的燃气轮机中采用外围拉杆型式的透平转子，它们是依靠压紧面上的摩擦力传递转矩的。每级轮盘上都轴向地开出枞树形叶根槽，用于安装动叶片。这种叶根槽的优点是多对齿承力，强度高，承载能力大；尺寸紧凑，连接质量轻，可以使动叶片的叶根接近于等强度设计；采用有间隙的松装结构，能自由热膨胀，可以让冷却空气从间隙中流过，增强了对叶根和轮盘轮缘的冷却效果。
透平气缸采用双层结构并有空气进行冷却，其外层为气缸，内层则由静叶片的外缘板和护环等元件组成，是一种承压件与承热件分开的结构型式。气缸与高温燃气隔绝，这样不仅可以有效地降低气缸的工作温度，以便采用较差的材料，同时还能减少气缸的热膨胀量和热应力，并能减少对气缸的热冲击，有利于机组的快速启动和加载，还有利于控制透平动叶片顶部径向间隙在运行之中的变化。
2.4关于F型燃气轮机转子故障问题
1994～1995年期间，一些7F和9F型机组在运行中出现了一些质量问题。后来GE公司经过分析与改进，将很多机组返厂进行检修，基本解决了这些问题。出现的转子问题主要有：（1）转子轮盘间扭转侧滑。转子轮盘间侧滑仅发生在一台7F型机组上，其原因是：在确定用15根拉杆螺栓将多个轮盘结合在一起所需要的拉力时，设计者计算错误，致使施加给螺栓的拉力不够。GE公司对20多台运行中的机组增加了螺栓的拉力，问题就解决了。（2）机组振动增大及拉杆问题。关于机组振动增大的问题，在7F、9F型机组中均有发生，主要是由二方面原因造成的。其一，2～3级级间轮盘刚性太低，由于转子自身质量使转子轴线下垂弯曲，运转时偏心质量力使转子振动较大，并使第2级和第3级叶轮与第2～3级级间轮盘发生相对运动，使振动水平进一步扩大。这个问题主要出现在9F型机组中，通过更换一个刚性更高的第2～3级级间轮盘，解决了这个问题。另外，9F型机组有5根拉杆螺栓出了问题，2根失效，3根断裂。经调查，9F型机组的螺栓由2个供货商提供，出问题的5根螺栓都是其中一个供货商的产品，原因是他们没有按规定的标准加工螺栓。GE公司已经取消了这个供货商的订货。
3GE公司F级燃气轮机的运行业绩
截止到2000年8月，共有800台F级燃气轮机已安装或已订货，其中202台机组已累计运行315万h。某台MS7001F型机组至今已累计运行超过55220h，并经历了2005次启动。MS9001FA型机组运行最长的已达到35 798h，经历了725次启动。F级燃气轮机的运行业绩见表7。
表7GE公司F级燃气轮机的业绩
机型已运行机组/台运行时间/h 启动次数
MS6001FA 16 214119 2471
典型单机31133 368
MS7001F/FA 134 1966800 50676
典型单机55220 2005
MS9001F/FA 52 971206 12344
典型单机35798 725
总数202 3152144 65491
DLN燃机180 2960844 59245
典型单机45734 2325
注：DLN是干式低NOx排放燃烧室。
1999年的一个可靠性统计数据表明，25台GE公司的7F和7FA型机组的平均可用率为89.3%，而包括GE公司机组在内的53台同等级世界主要燃气轮机的平均可用率为84.9%。另外，GE公司的7F和7FA型机组的平均可靠性为99.5%，而包括GE公司机组在内的同等级世界主要燃气轮机的平均可靠性为95.7%。
MS9001FA型联合循环机组应用的里程碑是东京电力公司的1座总容量为2800MW电厂的8台STAG109FA型机组。其中第一批2台机组于1996年1月并网发电，全部8台机组已于1998年投入运行。这些机组每天开机停机运行，周末完全停机，以液化天然气（LNG）为燃料，采用蒸汽拖动静态启动的方法，干式低NOx燃烧系统和干氨催化还原装置SCR可使NOx的排放量在满负荷运行时减少到5mg/kg（氧含量为16%）。世界上容量最大的联合循环发电厂是韩国电力公司的Seoinchon电厂。该厂一期有8台STAG107F型机组已累计商业运行约20万h，二期4台STAG 207FA型机组现已安装就位，该厂总出力达到4000MW，效率大于55%。中国香港中华电力公司的龙鼓滩（Black Point）电厂装有6台STAG 109FA 型机组，总容量超过1800MW。
F级燃气轮机有较大的燃料适应性，可燃用蒸馏油和天然气，包括煤制气、液化天然气和液化石油气（LPG）。机组启动后，燃料可以切换而不会导致性能损失。出力范围广，排气能量高，模块式组合设计布置使得在联合循环和IGCC系统中F级燃气轮机能理想地适应多种多样的用途，包括热电联产、地区供热或单纯发电。例如，美国佛罗里达州Tampa电力公司的Polk电站容量为250MW的机组是以GE S107FA型燃气轮机为基础的IGCC机组。自1996年以来，该机组燃用合成煤气累计运行了1万多h，电厂效率超过41%。1台6FA型机组用于加里福尼亚州Sierra Pacific电力公司的Pinon Pine IGCC电站，也于2000年投入运行。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/849632025.html, 燃气轮机技术发展及应用 作者：顾士国 来源：《山东工业技术》2017年第16期 摘要：燃气轮机是国家资源节约战略发展下的一项工业产品，也是能源管理方向的最高 技术水平的设备，因此发展燃气轮机技术，扩大燃气轮机的应用范围，是当下制造业的重点发展方向。本文从燃气轮机技术发展的趋势出发和燃气轮机技术发展的内容出发，分析了燃气轮机技术的应用方向，供从事燃气轮机技术探究与应用的工作人员参考。 关键词：燃气轮机；技术发展；应用方式 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/849632025.html,ki.37-1222/t.2017.16.239 0 引言 燃气轮机的应用在现代企业生产中十分广泛，能够对国民经济发展中所需要的电力和能源进行输送与分配，还是国防领域中的重要应用设备，总体来说燃气轮机在现代社会运行中有着不可取代的作用。随着科学技术的不断进步，近几年的燃气轮机发展技术已经达到了较高的水平，燃气轮机领域也取得了显著的科研成果。 1 燃气轮机技术发展的趋势 今后燃气轮机技术的发展趋势是，通过提高生产设备的温度和压力，来提高机组的运行功率及效率；燃气轮机要适应多种燃料的性质；改变燃气轮机的热力循环系统，运用新型的工质完善操作系统，优化操作的性能。重型的燃气轮机要不断朝着高参数、高性能、高效率、低污染的方向发展，经过相关技术人员与专家的研究，未来的燃气机轮最高温度可以达到1700 度，联合运行的功率可达到65%，并将持续上升。 科学先进的气动设计技术能够进一步的提高高压气机和透平部件的性能，气动设计技术中的可控漩涡技术、自由涡技术、扭叶片技术、多圆弧叶技术、散叶技术、抽吸技术、主动控制技术、被动控制技术、可调叶片技术、间隙控制技术等，能够有效的减少燃气轮机在工业生产中的损失与浪费。比方说运用可调叶片技术能够确保内压气机的工作效率，让内压气机能够在更宽的范围内运转；运用抽吸技术和主动控制技术，能够减少多级轴流压气机的级数和重量、扩大了多级轴流压气机的工作范围[1]。 为了拓宽燃料的适用范围，减少燃料燃烧过程中带来的污染，燃气轮机技术的研发专家要发展高效率低污染的稳定燃技术。目前很多国家的燃气轮机制造厂家都在研究减少污染排放的技术，并投入了一定的物力资源、人力资源和财力资源，建立了专门的实验基地，从事对燃气轮机节能减排技术的研究，并将研究的技术应用在自己生产的燃气轮机中。
燃气轮机技术国产化解决方案
目录 第一部分哈汽公司燃气轮机的发展 第部分 第二部分哈汽燃机自主与国产化生产工作第三部分哈汽燃机国产化的经验和意义
一、哈汽公司简介 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司是我国“一五”期间156项重点建设工程项目中的2哈尔滨汽轮机厂有限责任公司是我国“五”期间156项重点建设程项目中的2项——电站汽轮机和船用主动力装置的生产基地，是以生产制造大型火电汽轮机、核电汽轮机工业汽轮机船用主动力成套装置和燃气轮机为主的国有大型发电设备制造骨汽轮机、工业汽轮机、船用主动力成套装置和燃气轮机为主的国有大型发电设备制造骨干企业。 公司于1956年3月17日破土动工，1958年12月10日建成投产，是哈尔滨电气股份有公司于1956年3月17日破土动工1958年12月10日建成投产是哈尔滨电气股份有限公司（在香港H股上市）的全资子公司，隶属于哈电集团公司。
公司现拥有300MW 600MW 1000MW等级超临界大型空冷超超临界机组一、哈汽公司简介 公司现拥有300MW、600MW、1000MW等级超临界、大型空冷、超超临界机组、1000MW以上核电机组，以及重型燃气轮机、25MW级燃气轮机动力涡轮部分、30MW燃压等优势系列化产品具备了行业一流的科研开发水平和生产制造能力30MW燃压等优势系列化产品，具备了行业一流的科研开发水平和生产制造能力。
哈汽燃机自主 制与国产化作 二、哈汽燃机自主研制与国产化工作第一阶段—自主研发 国内六十年代开始研究设计制造工作自上世纪六十年代至今，哈汽公司在燃机产业方面主要经历了以下五个阶段： ?国内六十年代开始研究、设计制造工作 ?先后开发多台舰船动力、机车燃机、发电燃机、轴流压气机等完成试车和运行考验间冷回热研究? 完成试车和运行考验，间冷、回热研究 哈汽公司自主研发6种型号燃气轮机 哈汽公司开发的压气机
燃气轮机技术发展及应用要点分析 摘要：燃气轮机作为重要的工业设备，也是我国能源的战略性产业，燃气轮机 发展好坏影响我国制造业与能源技术的进展，也会对国民经济产生不同程度影响。本文中详细分析燃气轮机技术发展现状及应用情况，展望未来发展趋势，以供同 行借鉴与参考。 关键词：燃气轮机；技术发展；应用要点 引言 燃气轮机的应用在现代企业生产中十分广泛，能够对国民经济发展中所需要的电力和能 源进行输送与分配，还是国防领域中的重要应用设备，总体来说燃气轮机在现代社会运行中 有着不可取代的作用。近几年的燃气轮机发展技术已经达到了较高的水平，燃气轮机领域也 取得了显著的科研成果。 1、燃气轮机发展概述 1906年第一台效率为3%的燃气轮机问世。20世纪40年代起燃气轮机开始进入工业的各 个领域并得到了较为迅速的发展。例如：1939年诞生于瑞士BBC公司的燃气轮机，功率 1.5MW，初温550℃，效率17.3%。进入20世纪80年代后，燃气轮机单机容量有很大程度 的提高，特别是燃气-蒸汽联合循环技术日渐成熟。 随着世界范围内天然气资源的大力开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地 位发生了明显的变化，不仅可以作为紧急备用电源和调峰机组使用，而且还能用于带基本负 荷机组。经过不断应用最新的研究成果，提高技术水平，目前正在研究最大功率达460MW、燃气初温达1600℃、压气机压缩比约40、单循环效率为43%～44%的重型燃气轮机，其联合 循环效率将高达65%；同时也在着手研究未来更加先进的燃气轮机，燃气初温的目标是1700℃。 目前燃气轮机单机效率已达36%～41.6%，最大单机功率已达375MW。组成联合循环机 组后，发电效率达55%～60%。联合循环机组已成为发电市场的主流机组。日本三菱公司研 制的M501J型燃气轮机组成的联合循环在50%负荷工况下效率依然可以达到55%。阿尔斯通 公司的新GT26在40%负荷工况下NOx的排放依然低于25ppm(这里1ppm=10-6)。 2、燃气轮机技术应用 本部分以西门子SGT200-2SDLE型燃气轮机的燃烧控制系统为对象，详细分析技术应用原 理及注意事项。相对于燃烧系统采用扩散式设计的燃机而言，采用预混燃烧设计的西门子SGT200-2S型燃气轮机性能表现更优越，因为其燃烧室燃烧火焰更短、窄，燃烧温度高，氮 氧化物排放低，单位重量功率高，同等输出功率情况下效率更高，但其对空燃比和燃烧器的 进气流道设计要求更高，在运行过程中若空燃比波动较大，燃烧室火焰熄灭概率相对较高。 2.1燃料气量控制 两台燃料气阀门分别控制、分配进入8套燃烧器，其中辅助燃料气阀控制进入8个辅助 燃烧器的燃气量，主燃料气阀控制进入8个主燃烧器的燃气量。通过燃料气管形状、管径和 燃料气供气压力范围的设计，实现进入8台辅助燃烧器和主燃烧器的燃料气量的平均分配。 燃料气阀的流量特性曲线需要提前测定，根据测定的曲线来设定控制系统中燃气阀开度及其 对应的燃料气量、燃料气热值等相关燃烧参数，以便于控制燃烧功率变化速率，满足机组不 同工况下的要求及保持变负荷工况下机组的稳定。 2.2空气量控制 由于SGT200-2S型燃气轮机采用双轴设计（压气机轴和动力透平轴），燃烧后的能量首 先驱动前轴的压气机转动，以提供压缩空气供机组燃烧和部件冷却用，该段轴的转速设计为 不可调节，转速取决于燃烧功率，即机组设计的轴重量、摩擦阻力、排气背压等固定参数， 决定了在一定的燃烧功率下，轴转速一定，此时压气机的空气进气体积流量一定。但空气量 受空气温度、湿度和大气压力影响，一定体积空气的质量会发生变化。为了适应这一变化， 提高空气量调节精度，保证燃烧稳定及防止压气机喘振，燃机将部分定子叶片设计为可调， 对于SGT200-2S型燃机，其前5级定子叶片为可调，称为可调导向叶片（VGV）。总体上看，
60燃气轮机技术第30卷Processing of Breakdown on Gas Power Station Main Transformer Drivepipe Dielectric Loss Over-Standard WANG Ping (Fujian Jinjiang Gas Power Generation Co. , Ltd. , Fujian Jinjiang 362200, China) Abstract ：In a prevention experiment of gas power station No. 3 main transformer, 220 kV side two phase drivepipe dielectric loss was over-standard. After reason analysis and processing, finally experiment values were up to standard of the electricity equipments preven-tion experiment regulations. The article provided drivepipe end shield to install screw damage after dismantling and unloading method and keep drivepipe end from holding guarding against of the base silk tooth damage measure. Key words：high pressure side drivepipe；end shield foundation；drivepipe dielectric loss；on-line monitor equips IDD 简讯 4项燃气轮机国家标准2017年开始实施 由全国燃气轮机标准化技术委员会组织制定、修订的4项国家标准已经被批准发布，并于2017年开始 实施。具体标准介绍如下： GB/T32797—2016《热电联产系统用于规划、评估和采购的技术说明》等同采标ISO26382:2010,为 新制定的标准。该标准对同时提供电、热和/或冷的热电联产系统的规划、评估和采购进行了技术说明，规定 了热电联产系统规划过程中必要的检查项目，提供了适于实现各项目热电联产系统合理配置的程序，并包含 了关键开发步骤的详细流程图。该标准适用于项目评估中研究内容的确定、热电联产系统评估和热电联产 系统采购的主要信息和工作。 GB/T32821 —2016《燃气轮机应用安全》等同采标ISO21789:2009,为新制定的标准。该标准规定了 使用液体或气体燃料、用于陆地和海上包括浮动平台的、各种类型的开式（简单、联合、回热、再热等）循环的 燃气轮机，以及相关的控制、检测系统和必要的辅助设施的安全要求。阐明了与燃气轮机相关的预期的重大 危险，指出可以降低或消除这些危险的预防措施和过程。 GB/T14100—2016《燃气轮机验收试验》等同采标ISO2314:2009，是对GB/T14100—2009《燃气轮机 验收试验》的替代。该标准描述了燃气轮机试验的测量方法和相关仪表及其校验。规定了试验的准备和 执行的要求、定义了燃气轮机运行条件、边界条件及其限值以及标准条件，还规定了测量数据记录与处理、试 验结果计算和修正以及试验结果的不确定度。 GB/T15736—2016《燃气轮机辅助设备通用技术要求》将替代GB/T 15736—1995《燃气轮机辅助设备通 用技术要求》。该标准规定了燃气轮机辅助设备的通用技术要求，适用于发电用燃气轮机辅助设备的设计、制造、采购和使用。标准综合了目前国内主流重型燃气轮机产品的技术特点，适用于重型燃气轮机辅助设备 的通用技术要求。 通过本批标准的实施，为热电联产的燃气-蒸汽联合循环系统进行规划和评估提供技术准则;对燃气轮 机装置可能产生的危险以及可以采取的防范措施有了标准依据，填补了燃气轮机标准体系中关于燃气轮机 安全性的空白;确保燃气轮机性能试验结果高度精确，燃气轮机热力性能验收试验将更加完善;为燃气轮机 辅助设备的设计、制造、采购和使用提供技术准则。 全国燃气轮机标准化技术委员会秘书处 2017年3月1日
燃气轮机技术的发展与应用刘勇 发表时间：2017-12-01T10:12:03.443Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：刘勇 [导读] 摘要：我国燃气轮机核心技术基础薄弱，更要发挥我国社会主义制度能够集中力量办大事的制度优势，全行业要大力开展协同创新，坚持走完从基础和应用基础研究—关键技术验证—产品研发设计—生产制造—产品应用的全过程，以形成自主创新的技术体系和具有竞争力的产业体系。 （哈尔滨电气集团公司黑龙江 150028） 摘要：我国燃气轮机核心技术基础薄弱，更要发挥我国社会主义制度能够集中力量办大事的制度优势，全行业要大力开展协同创新，坚持走完从基础和应用基础研究—关键技术验证—产品研发设计—生产制造—产品应用的全过程，以形成自主创新的技术体系和具有竞争力的产业体系。本文介绍重型燃气轮机技术的发展，并对重型燃气轮机技术提出建议。 关键词：燃气轮机；技术；发展；分析 燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域。作为热功转换的动力装置，具有比功率大、起动及负荷变化快、可燃用多种燃料等优点，是实现能源高效洁净转换的核心装备。作为发电设备，它具有效率高、污染排放低的优点。燃气轮机是高温、高转设备，是众多高端设计、材料、制造等技术集成的重大动力装备，被誉为制造业王冠上的一颗明珠。它集中反映一个国家在能源动力、材料冶金、机械制造以及自动控制等多学科和多工程领域科技发展的综合水平。自主发展燃气轮机高新技术，提高燃气轮机产业水平对于我国能源结构调整，促进节能减排，保障国家能源安全，提高我国科技水平具有重要意义。 一、燃气轮机的发展 发动机是工业的心脏。西方工业革命初期，瓦特发明了蒸汽机，是一种外燃机。19 世纪中叶，往复式内燃机问世，直至今天仍广泛应用于各行各业。20 世纪上半叶欧洲率先制成世界上第一台工业燃气轮机，至今已走过了半个多世纪。燃气轮机利用燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。它在很大程度上弥补了兆瓦级以上内燃机的市场空白，很快占领了数兆瓦至数十兆瓦发电市场。当前工业燃气轮机的单机最大功率已接近300MW，简单循环最高效率超过40 %，联合循环最高效率已达60 %，无论在能源利用效率方面，还是环保方面，都对传统火力发电形成极大的挑战。燃气轮机工业的快速发展，对民用及军事工业都产生了深远的影响。但是，工业燃气轮机的技术特点使它在小型化方面受到较大的限制。兆瓦级以下单机发电效率还不到20 %，使其在发电市场望而却步。而在另一方面，随着全球分布式发电市场的迅速发展，对小型燃气轮机尤其是兆瓦级以下微型燃气轮机（简称微燃机）的需求却变得越来越迫切。 二、重型燃气轮机技术的发展 我国发展燃气轮机技术始于上世纪五十年代末，曾自主开发了多种型号的燃气轮机。但是后来由于我国能源政策调整，严格限制用油发电，几乎所有燃气轮机一律停机封存，我国燃气轮机技术发展转入低谷时期。八十年代中期开始，随着经济高速发展，电力需求不断增加，燃气轮机发电又得到了新的发展。进入本世纪，我国的燃气轮机技术和产业得到了全面的发展。通过“打捆招标”，我国机械行业企业均引进了国外的燃气轮机制造技术，并得到了包括制造图纸、技术规范、工艺规范、材料规范、采购规范、质保体系以及装配、调试、运行维护等技术资料。通过相关的技术改造，具有一定的制造能力，通过50余台/套燃气轮机的制造，积累了较为丰富的加工经验。但是“打捆招标”仅引进了部分制造技术，没有引进设计技术。一些核心制造技术外方并未转让，热部件的制造被控制在以外方为主的合资厂内，机组维修备品备件价格有不确定因素。“打捆招标”促进了我国的燃气轮机工业发展，但是我国的燃气轮机水平和国外先进水平相比还有很大差距。在技术上，国内基本上没有自己的重型燃气轮机设计技术。在市场方面，我国的大功率燃气轮机市场基本上被国外机组占领。为了提高燃气轮机相关基础研究水平，国家科技部在燃气轮机的高性能热－功转换科学技术问题和大型动力装备制造基础研究两个项目。通过两个项目的实施，系统地建设了测量技术先进的机理性实验平台，建成了重型燃气轮机全尺寸转子综合试验系统。开展了燃气轮机相关基础研究，获得了一批基础实验研究数据。尽管近十年在基础研究、高技术研究、制造技术方面取得了突破，但是我们还没有完全掌握F 级燃气轮机热端部件的制造技术，缺乏先进材料和先进部件的性能验证平台。通过几个燃气轮机型号的研制所形成的设计技术尚未在系列产品上进行充分验证，面向下一代新技术的基础研究设施缺乏，这些都是我国发展燃气轮机的软肋。 三、重型燃气轮机技术的建议 开展系统的燃气轮机基础研究，发展燃气轮机技术，进行关键技术的验证，建立部件的设计、试验、制造平台，是发展燃气轮机产业的基础。从我国60年发展燃气轮机技术的历程，特别是近十年的发展历程来看，为了推动燃气轮机技术的发展，必须接受经验教训，开展机制体制创新。这十年来，尽管以重型燃气轮机型号为引领，开展了相关的燃气轮机高技术研发；但是这些高新技术的原创性不高、系统性不足，所建立的设计体系不够成熟、完备，没有完全建立起发展关键技术的能力。而且对于引进的技术没有进行充分的技术消化吸收。另外从行业角度来看，机械航空部门壁垒分明，没有各取所长，充分融会贯通。技术开发过程中企业和高校、研究院所的联合不够紧密，科研与技术研发有一定的脱节。推动燃气轮机技术的发展，首先要全面开展燃气轮机各项先进技术的研究，包括：先进的燃气轮机总体设计技术，高性能压气机的设计制造技术，高性能透平设计制造技术，先进的热端部件冷却技术，燃料适应性强、高效、低污染稳定燃烧技术，长寿命整机的结构和强度，高温合金材料与涂层及其工艺，先进的自动控制与防护系统等。对燃气轮机相关的上述技术的研发要采用不同的技术方案。对于能立足自身独立完成的关键技术研究要联合国内优势力量全力突破，在技术突破上要尽量依托成熟技术加以优化集成，要充分重视和利用十年来我国自己的科研成果及设计制造经验。对于非常关键但基础薄弱的技术可以采取引进、消化吸收或国内外合作研究方式，最终为我所用，掌握关键技术。在先进技术的研究中，要注重跟踪前沿再创新，要形成具有自主知识产权的燃气轮机技术。对于开发的关键技术要依托于相关的产品和示范工程进行验证，促进科研成果转化和产业化。通过持续开展关键技术开发，实现关键技术验证，搭建设计制造体系，并利用搭建的设计制造体系开展燃气轮机系列产品的研发，在产品研发过程中完善设计制造体系，全面提升我国的燃气轮机产业水平。燃气轮机属于知识密集型的高科技含量产品，燃气轮机技术涉及专业、产业众多，因此对于燃气轮机技术的研发，必须注重产、学、研合作。国家要有统一规划、统筹安排，集中人力物力。以产业发展为导向、以关键技术研究为重点，以示范工程为依托与带动，有机结合基础研究、关键技术研究开发以及产品的研制，在全国范围组织产、学、研合作联合，研究开发先进燃气轮机关键技术。 重型燃气轮机是迄今为止效率最高的热-功转换类发电设备，它的研发制造水平代表了一个国家的重工业水平。就我国重型燃气轮机发