李牧原 杨宝轩
（北京太阳宫燃气热电有限公司，北京 100028）
摘要：本文介绍了某燃气热电厂对其所使用的美国GE公司生产的PG9351FA型燃气轮机透平热 流通道的改造，简称AGP（Advanecd gas pass）改造，本次改造将燃机透平一级动叶、喷嘴、护环和二级喷嘴、护环更换为更先进的相应部件，并加装了辅助缸体间隙控制（CTM）模块，本次AGP改造还增加了冷却风量控制优化（EFM）模块，整体提高了燃机热经济性和热效率。本文对于使用美国GE公司所生产的燃气轮机的企业当遇到燃机热力学性能下降和燃机热经济性不理想时有着借鉴性意义。
关键词：热通道（AGP）、燃机静叶喷嘴、燃机动叶
0 概况
某热电厂为一套780MW级“二拖一”燃气--蒸汽联合循环供热机组。全厂配置为：二台PG9351FA燃气轮机及发电机、二台余热锅炉、一台蒸汽轮机及发电机。机组目前运行超10年，现准备进行升级改造。
1 AGP改造目的
1.进一步提高燃气轮效率
目前，燃机运行了一个大修期，热通道部件性能明显下降出力下降约3.3%，热耗增加约1.9%，现有热通道部件经济性能较差，无法实现目前经济性要求。燃机透平一级动叶通流间隙较大（7.47mm-9.30mm），燃机本体效率较低，无法实现目前节能减排经济性要求。压气机9级和13级抽气冷却燃机热通道运行方式单一，无法实现按需要分配，低冷却风量较大，压气机效率较低，机组经济性较差。
本次AGP改造燃机更换先进的热通道部件，增加辅助缸体间隙控制（CTM）模块和冷却风量控制优化（EFM）模块 ，将减少燃机天然气消耗，降低燃机年氮氧化物排放，为北京蓝天工程作出实际贡献，对建设电力行业减排典型示范单位、提升北京市绿色环保形象，支持国家环保导向产业发展均具有积极意义。
2.进一步提高机组使用寿命
本次某热电厂所要进行的AGP改造为美国GE公司9F.04先进热通道技术，结合增强的冷却和密封以及先进的材料技术，允许机组在提高透平进口初温约50℉时有效运转，延长了部件的检修间隔及寿命。增加机组的可利用率，确保780MW燃气轮机组处于长周期运行和备用状态，极大地提高北京区域内电力能源安全性，与常规能源供给相比更加体现其优越性。
2 燃机AGP改造内容
2.1燃气轮机热通道部件升级
2.1.1 1-3级新型动叶升级更新，更换GE目前较先进、性能优越、运行寿命较长、材料性能较好的部件，如下：
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图1 PG9351FA型燃机透平一级、二级、三级动叶升级前后对比
2.1.2 1-3级静叶喷嘴升级更新，更换GE目前较先进、性能优越、运行寿命较长、材料性能较好的部件，如下：
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图2 PG9351FA型燃机透平一级、二级、三级静叶升级前后对比
2.1.3 1-3级护环升级更新，更换GE目前较先进、性能优越、运行寿命较长、材料性能较好的部件，如下：
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图3 PG9351FA型燃机透平一级、二级、三级护环升级前后对比
2.2燃气轮机外围系统性能优化
2.2.1 增加辅助缸体间隙控制（CTM）模块
燃机增加户外布置的离心风机单元（进气过滤器、三相电机88CM-1和风机、加热器、流量控制阀20CM-1、温度变送器TT-CM-1、逆流挡板、接线盒等）、连接管道、8个喷嘴、16个缸体测温热电偶，对燃机透平一级动叶处缸体进行冷却。
2.2.2 增加冷却风量控制优化（EFM）模块
通过增加控制阀来控制压气机9和13级抽气到透平第3和2级冷却风量，采用最小的冷却空气量冷却S2N和S3N，提高压气机效率。EFM 流量控制阀使用仪表气驱动控制，同时安装了空气冷却罩壳保护EFM阀门执行机构。
3燃机AGP改造后机组性能指标的提升与经济性收益分析
3.1燃机热通道部件升级的性能指标提升
京阳热电本次AGP改造使用了9F.04先进热通道技术，结合增强的冷却和密封以及先进的材料技术，允许
机组在提高透平进口初温约50℉时有效运转，延长了部件的检修间隔及寿命。延长了燃机的检修周期，增加了燃机的可用小时数。改造后燃机的检修间隔由原先的24000小时增加至36000小时。
3.2燃机EFM模块改造后的性能指标提升
本次AGP改造引入的燃机透平EFM模块能够较为精确地分配由压气机9、13级所提供的冷却风量分别供给燃机三级透平和二级透平，从而提高了燃机的效率。例如在改造后，燃机在157MW负荷下，由于EFM模块的引入，压气机9级抽气阀门开度在65%，压气机13级抽气阀门开度在57%，透平冷却空气用量相比之前157MW负荷下透平冷却空气用量减少明显。
3.3燃机CTM模块改造后的性能指标提升
CTM模块的加入减小了一级动叶和护环间的间隙，减小了工质通流损失，进而使燃机整体增加约0.2%出力，降低0.2%热耗。
3.4燃机AGP改造后的济经性收益
（1）AGP先进热通道改造后，燃气轮机的透平初温得以提升，由改造前的1327℃提升至1354.4℃，这使得整个机组联合循环的热效率得以提升；
（2）AGP改造后，冬季、年平均、夏季等典型纯凝基本负荷工况下机组发电出力提高19~60MW (其中单台燃机出力提高 10~23MW)，机组发电热耗率下降77~116kJ/kWh，热经济性提高显著。
（3）燃机满负荷（Base Load工况）下，燃机出力提升9.78%，热耗降低3.33%。200MW负荷下，燃机热耗降低3.22%。
（4）AGP改造后燃机平均热耗降低1.49%，年节约燃气量720万标方，现行燃气价格2.41元/标方，增值税率11%，年节约资金1735.20万元（含税），节约成本1563.24万元（不含税）。
4 结语
京阳热电燃机经过AGP改造升级后，与改造前相比机组热通道部件寿命明显增加，延长了燃机检修时间间隔，通过燃机动叶片和护环的升级减小了燃机的通流损失，燃机加装EFM模块提高了燃机初温，提高了工质循环的初态参数，并有效提高各负荷下燃机效率，燃机增加CTM模块减小了燃机透平一级热流通道处的通流损失，最终在整体上提高了燃机的热效率和热经济性，使得机组使用寿命更长，经济收益更大。
参考文献
[1]成勋,黄伟栋.GE 9F.03型燃气轮机先进热通道改造效果分析[J].发电设备,2019,33(6):432-437.