GE公司F级燃气轮机
1 F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
表1 F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-1624 432 198
排气温度/℃609 602 597
频率/Hz 50 60 50/60
表2 50HzF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）-16350 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
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
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NO x和CO排放量较少。采用干式低NO x（DLN）燃烧室，大大降低了NO x的排放。180多台采用干式低NO x燃烧室的F级燃气轮机已累计运行近30
0万h。有些电厂的NO x排放量甚至低于10mg/kg。
1.1 7F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。图１以7000系列中的F级燃气轮机为例，展示了F级燃气轮机的发展过程。(图中华氏温度t F 换算因数为)其主要性能见表3。
图1 F级燃气轮机的发展过程
表3 7F系列燃气轮机主要性能
从1992年开始，美国能源部推出ATS（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4 7FA、7FB和7H
1.2 9F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5 9000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）-110535 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-1605.3 607.2 645
透平级数 3 3 3
出厂日期1993～1994 1994 1996
1.3 6FA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6 6FA和6B型机组的性能对比
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-15100 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
2 F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，
（3）采用双轴承支承的方案，2个轴承分别位于压气机和燃
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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。
