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燃氣電廠性能加熱器配置方案研究

文檔作者：鄭昀，余建中，鄭敏文檔來源：福建省電力勘測設計院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月29日
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燃氣電廠性能加熱器配置方案研究
鄭 昀，余建中，鄭敏
(福建省電力勘測設計院，福建福州350003)
摘要：介紹了燃氣電廠天然氣性能加熱器配置方案， 通過GT-PRO軟件模擬， 分析性能加熱器對機組熱耗、
效率及出力的影響， 并對是否設置性能加熱器的經(jīng)濟性進行簡單的比較。
關鍵詞：燃氣電廠；性能加熱器；配置方案。
中圖分類號：TM621 文獻標志碼：B 文章編號：1671．9913(2016)06．0038．04
The Configuration Scheme
of the Perfelrmance Heater in the Gas Power Plant
ZHENG Yun，YU Jian Zhong，ZHENG M in
(Fujian Electric Power Survey＆Design Institute，F(xiàn)ujian 350003，China)
Abstract：The configuration scheme of the performance heater in the gas power plant was introduced．And the
influences of the performance heater on the unit heat consumption，eficiency and output were analysed by the simulation
of the GT-PRO software．Also the economical performance to set up the pertbrmance heater was compared simply．
Key words：gas power plant；performance heater；configuration scheme．
燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站是以天然氣等為
主要燃料，其燃料價格對機組的運營成本有
重要的影響。由于燃料價格較高，且呈上漲
趨勢，所以合理利用天然氣性能加熱器， 正
確選擇性能加熱器的熱源， 提高燃氣輪機入
口天然氣溫度，減少天然氣消耗量，從而達
到整體提高燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的效率
顯得尤為重要。
1燃氣輪機入口對天然氣溫度的要求
目前國內燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站以F級
的重型燃機為主， 分別是上海電氣f西門子1
的SGT5．4000F；東方電氣(三菱)的M701F3、
M701F4； 哈爾濱電氣(GE)的PG9351FA、
PG9371FB。不同型號的燃機對入口天然氣溫度
的要求也各不相同，詳見表1。
表1 燃機入口天然氣溫度要求
SGT5-4000F 5～ 13O
M 701F3 5～ 200
M 701F4 5～ 2OO
PG9351FA 26．7～ 185
PG9371FB l 5．7~ 204．4
2性能加熱器的型式
根據(jù)加熱熱源不同， 天然氣性能加熱器型
式主要有熱水加熱器、空／煙氣加熱器和電加熱
器等。熱水加熱器的優(yōu)點是加熱穩(wěn)定，可調性好。
熱水加熱器的形式有多種，主要采用管殼式，熱
水的水源取自余熱鍋爐的中壓給水。空／煙氣加
熱器的加熱介質來自于燃機壓氣機的冷卻空氣或
余熱鍋爐的尾部煙氣。電加熱器較少在實際工程
中運用，主要是其運行安全性相對較低，且增大
了電廠的廠用電率，節(jié)能效果不明顯。
收稿日期：2015-04—29
作者簡介：鄭昀(1983—1，男，福建仙游人，工程師，主要從事發(fā)電廠熱機專業(yè)設計工作。
38 -2016年12月第6期
I；m 疆I=九： L
3性能加熱器及其加熱熱源的選擇
不同廠家不同型號燃機對入口天然氣溫度
的要求不盡相同，在實際工程中是否在天然氣
系統(tǒng)中設置性能加熱器及如何選擇性能加熱器
的熱源也不盡相同。下面通過廠家提供的資料
利用GT-PRO軟件進行模擬，簡要介紹分析國
內幾個燃氣電廠的性能加熱器設置的情況，并
以燃氣聯(lián)合循環(huán)機組年運行2000 h、燃料(天
然氣1價格取4200元／t、保證機組的年發(fā)電量
相同等為主要條件，對天然氣系統(tǒng)性能加熱器
的配置進行經(jīng)濟性分析。
3．1上海電氣(西門子)燃機
根據(jù)上海電氣(西門子)燃機入口天然氣的
溫度要求，在實際的工程中，其天然氣系統(tǒng)既有
設置性能加熱器，也有未設置性能加熱器的情況。
以蕭山電廠5號機為例，選取ISO工況下
的邊界條件，通過GT-PRO軟件分別模擬機組
設置性能加熱器(方案一)和未設置性能加熱器
(方案二1，并根據(jù)熱平衡，分析性能加熱器對
機組熱耗、效率及出力的影響。
燃機天然氣前置模塊由上海電氣電站集團
供貨。天然氣低位發(fā)熱量：47468 kJ／kg(環(huán)境溫
度15℃、大氣壓力0．10135 MPa、大氣相對濕
度60％ 1。
機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平衡，可得：
(1)燃機入口處天然氣溫度為15℃、流量
為54．64t／h。
f21聯(lián)合循環(huán)機組出力為421118 kw，熱耗
為6162 kJ／kWh，效率為58．42％。
3．1．3方案比較
根據(jù)GT-PRO軟件模擬的熱平衡，方案一
與方案二的對比見表2。
表2 (西門子)燃機性能加熱器設置方案性能參數(shù)對比
燃機入口天然氣溫度／~C 127．7 15
燃機入口天然氣流量／(t／h) 54．34 54．64
機組熱耗／(kJ／kWh) 6133 6l62
機組效率／％ 58．7 58．42
機組出力／kW 420762 42l118
從表2中可以看出， 上海電氣(西門子)
SCC5—4000F聯(lián)合循環(huán)機組，在機組100％ 的負
荷條件下，天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器較未設
置性能加熱器，其機組出力減少了356 kW，熱
耗減小29 kJ／kWh，效率提高0．28％。
3．1．4經(jīng)濟性比較
根據(jù)上述熱平衡數(shù)據(jù)，對上海電氣(西門
子1SCC5—4000F聯(lián)合循環(huán)機組天然氣系統(tǒng)性能
加熱器的配置進行經(jīng)濟性分析。
3。1．1方’案一設置天然氣性能力口熱器 表3(西門子)燃機性能加熱器設置方案經(jīng)濟性對比
天然氣系統(tǒng)中設置有性能加熱器，其加熱
熱源采用余熱鍋爐中壓給水。
根據(jù)機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平
衡，可得：
(11性能加熱器氣側入口天然氣溫度為
15℃ 、流量為54．34 t／h， 經(jīng)過性能加熱器后，
天然氣溫度上升至127．7~C進入燃機。
(2)性能加熱器水側入口給水為144．4℃ 、
流量為81 ，經(jīng)過性能加熱器后，其水側出口
的溫度為104．4℃ 。
(3)聯(lián)合循環(huán)機組出力為420762 kW，熱耗
為6133 U／kWh，效率為58．7％。
3．1．2方案二未設置天然氣性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中未設置有性能加熱器， 根據(jù)
初投資／萬元 ～510 O +510
年發(fā)電量／kWh 84l524000 84l524000 O
年燃料耗量／t l08680 1O9188 ——508
年燃料費用／萬元 45645．6 45858．8 —213-2
注：初投資包括：1．設備費用f咨詢一 侶關廠家1；2．管道、閥門、
保溫等附件的材料及安裝費。
由表3可見， 上汽SCC5—4000F型聯(lián)合循
環(huán)機組，天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器的方案雖
然初投資增加了510萬元，但是由于機組效率
提高，每年可節(jié)省燃料費用213．2萬元，3年內
就可以收回初投資。
3．2東方電氣(三菱)燃機
根據(jù)東方電氣(三菱)燃機入口天然氣的
溫度要求，在實際的工程中，其天然氣系統(tǒng)一
2o16年12月第6期 ．39
般都設置有性能加熱器，但其加熱熱源有兩種，
分別是壓氣機引出的轉子冷卻空氣、余熱鍋爐
的中壓給水。
以大唐紹興電廠為例，選其ISO工況下的
邊界條件，通過GT-PRO軟件分別模擬機組未
設置性能加熱器(方案一)、設置空氣性能加熱
器(方案二)和設置熱水性能加熱器(方案三)，
并根據(jù)熱平衡，分析性能加熱器對機組熱耗、
效率及出力的影響。
天然氣TCA和FGH模塊由東方電氣股份
有限公司配供。天然氣低位發(fā)熱量：47971 kJ／kg
(環(huán)境溫度15~C、大氣壓力0．10135 MPa、大氣相
對濕度60％ )。
3．2．1方案一未設置天然氣性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中未設置有性能加熱器，根據(jù)
機組ISO條件下l00％ 負荷工況熱平衡，可得：
(1)未設置性能加熱器，燃機入口處天然氣
溫度為15℃ 、流量為60．1 t／h。
(2)燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱耗為
6192 kI／I ，l1，效率為58．14％，出力為465843 kW。
3．2．2方案二設置空氣性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中設置有性能加熱器，其加熱
熱源采用壓氣機引出的轉子冷卻空氣。
根據(jù)機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平
衡，可得：
(1)性能加熱器氣側入口天然氣溫度為
15℃ 、流量為59．52 t／I1， 經(jīng)過性能加熱器后，
天然氣溫度上升至200℃進入燃機。
(2)聯(lián)合循環(huán)機組出力為465594 kW，熱耗
為6135 kJ／kWh，效率為58．68％。
3．2．3方案三設置熱水性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中設置有性能加熱器，其加熱
熱源采用余熱鍋爐中壓給水。
根據(jù)機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平
衡，可得：
(1)性能加熱器氣側入口天然氣溫度為
15℃、流量為59．52 t／h，經(jīng)過性能加熱器后，
天然氣溫度上升至200℃進入燃機。
(2)性能加熱器水側入口給水為247．6℃、
40 ． 2o16年12月第6期
流量為32．21 t／h， 經(jīng)過性能加熱器后，其水側
出口的溫度為60℃。
(3)聯(lián)合循環(huán)機組出力為472457 kW，熱耗
為6046 kJ／kwh，效率為59．54％。
3．2．4方案比較
根據(jù)GT-PRO軟件模擬的熱平衡，方案一、
方案二和方案三的對比見表4。
表4 (三菱)燃機性能加熱器設置方案性能參數(shù)對比
一懂溷 ■ 哥_ ■明 ■■
‘ 加熱熱源 無 壓縮空氣 中壓給水
燃機入口天然氣溫度，℃ 15 200 200
燃機入口天然氣流量 t，h) 60．1 59．52 59．52
機組熱耗／(U／kWh) 6192 6135 6046
機組效率 58．14 58．68 59．54
機組出力／kW 465843 465594 472457
由表4可知，東方電氣(三菱)MT01V4燃
機組成的聯(lián)合循環(huán)機組，在機組100％ 的負荷
條件下，天然氣系統(tǒng)設置以中壓給水為加熱熱
源的性能加熱器比未設置性能加熱器，其機組
出力增加6614 kW，熱耗減小146 U／kWh，效
率提高1．4％ ：比以壓縮空氣為加熱熱源，其機
組出力增加6863 kW，熱耗減小89 kJ／kWh，效
率提高0．86％。
3．2．5經(jīng)濟性比較
根據(jù)上述熱平衡數(shù)據(jù)，對東方電氣(三菱)
M701F4聯(lián)合循環(huán)機組天然氣系統(tǒng)性能加熱器的
配置進行經(jīng)濟性分析，見表5、表6。
表5 (三菱)燃機性能加熱器設置方案經(jīng)濟性對比
初投資／萬元 ～l150 ～500 +650
年發(fā)電量／kWh 944914000 944914000 0
年燃料耗量／t l19040 120795 一l755
年燃料費用／萬元 49997 50734 —737
表6 (三菱)燃機性能加熱器設置方案經(jīng)濟性對比
■ ■ ■■ ■■ ■ ■■ ■ ■叫 ■瞻哥_ ■—婦酯■l I ¨E瑚i啊
初投資／萬元 ～1150 O +l15O
年發(fā)電量／kWh 944914000 944914000 O
年燃料耗量／t 1l9040 l21907 ——28867
年燃料費用／萬元 49997 5l201 —1204
注：初投資包括：1．設備費用(咨詢相關廠家)；2．管道、閥門、
保溫等附件的材料及安裝費。
目 ，矗I：幾-．L
由表5可知，東方M701F4型聯(lián)合循環(huán)機組，
天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器，加熱熱源為中壓
給水的方案與壓縮空氣的方案相比較，雖然初
投資增加了650萬元，但是由于機組效率提高，
每年可節(jié)省燃料費用737萬元，1年內就可以收
回初投資。
由表6可知，東方M701F4型聯(lián)合循環(huán)機組，
天然氣系統(tǒng)設置以中壓給水為加熱熱源的性能
加熱器方案與未設置性能加熱器的方案，雖然
初投資增加了1150萬元，但是由于機組效率提
高，每年可節(jié)省燃料費用1204萬元，1年內就
可以收回初投資。
3．3哈爾濱電氣(GE)燃機
根據(jù)哈爾濱電氣(GE)入口天然氣的溫度要
求，在實際的工程中， 其天然氣系統(tǒng)一般都設
置有性能加熱器。
以晉江燃氣電廠為例，選其ISO工況下的
邊界條件，通過GT-PRO軟件分別模擬機組設
置性能加熱器(方案一)和未設置性能加熱器
(方案二)，并根據(jù)熱平衡，分析性能加熱器對
機組熱耗、效率及出力的影響。
燃機天然氣前置模塊由哈爾濱動力設
備股份有限公司供貨。天然氣低位發(fā)熱量：
49509~／kg(環(huán)境溫度15~C、大氣壓力0．10135MPa、
大氣相對濕度60 1。
3．3．1方案一設置天然氣性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中設置有性能加熱器，其加熱
熱源選擇余熱鍋爐中壓給水。
根據(jù)機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平
衡，可得：
(1)性能加熱器氣側入VI天然氣溫度為
l5℃ 、流量為49．73 t／h， 經(jīng)過性能加熱器后，
天然氣溫度上升至185~C進入燃機；
(2)性能加熱器水側入口給水為220~C、流
量為24．54 t／h，經(jīng)過性能加熱器后， 其水側出
口的溫度為54．8℃ ；
(3)聯(lián)合循環(huán)機組出力為395288 kW，熱耗
為6232 kJ／l(Wh，效率為57．77％。
3．3．2方案二未設置天然氣性能加熱器
天然氣系統(tǒng)中未設置有性能加熱器，根據(jù)
機組ISO條件下100％ 負荷工況熱平衡，可得：
(1)未設置性能加熱器，燃機入口處天然氣
溫度為15~C、流量為50．17 t／h。
(2)聯(lián)合循環(huán)機組出力為396816 kW，熱耗
為6262 kJ／kWh，效率為57．49％。
3．3．3方案比較
根據(jù)GT-PRO軟件模擬的熱平衡，方案一
和方案二的對比見表7。
表7 (GE)燃機性能加熱器設置方案性能參數(shù)對比
—償灌
燃機入口天然氣溫度／~C 185 l5
燃機入口天然氣流量／( ) 49．73 50．17
機組熱耗／(kJ&amp;amp;Wh) 6232 6262
機組效率 57．77 57．49
機組出力／kw 395288 396816
由表7由可知， 哈爾濱電氣(GE)
STAG109FASS聯(lián)合循環(huán)機組，在機組100％ 的
負荷條件下，天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器較未
設置性能加熱器，其機組出力減少了1528 kW，
熱耗減小30 kJ／kWh，效率提高0．28％。
3．3．4經(jīng)濟性比較
根據(jù)上述熱平衡數(shù)據(jù)，對哈爾濱電氣(GE】
STAG109FASS聯(lián)合循環(huán)機組天然氣系統(tǒng)性能加
熱器的配置進行經(jīng)濟性分析，見表8。
表8 (GE)燃機性能加熱器設置方案經(jīng)濟性對比
■■■■■■■■■■■■■一“_’___________一 ■—田 ■l ■啊暖翟一 E l_E黿
初投資／萬元 ~-450 0 +450
年發(fā)電量／kWh 790576000 790576000 O
年燃料耗量／t 99460 99953．6 ——493．6
年燃料費用／萬元 41773．2 4l980．5 —207-3
注：初投資包括：1．設備費用f咨詢相關廠家)；2．管道、閥門、
保溫等附件的材料及安裝費。
由表8可知， 哈汽STAG109FASS型聯(lián)合
循環(huán)機組， 天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器的方案
雖然初投資增加了450萬元，但是由于機組效
率提高，每年可節(jié)省燃料費用207-3萬元，3年
內就可以收回初投資。 (下轉第47頁)
2016年12月第6期 ．41
(2)根據(jù)機組參數(shù)變化及采取的節(jié)能措施進
行修正，推算得出設計工況(THA工況 發(fā)電標
煤耗值，最終采用的發(fā)電標煤耗值可以根據(jù)項
目各方對項目不同的期望值進行調整。
(3)根據(jù)項目不同條件，按表5選取修正系
數(shù)k，按公式(5)計算BMCR鍋爐燃煤量。
于發(fā)電標煤耗的鍋爐燃煤量計算法可以簡便地
估算鍋爐燃煤量，該計算法根據(jù)機組容量和汽
輪機型式(濕冷或空冷)，適當選取發(fā)電煤耗，
并進行工況間必要的修正，可計算出鍋爐燃煤
量。這種計算方法比常規(guī)燃煤量計算法簡單，有
較高的準確性。
4結論 參考文獻：
f1)鍋爐燃煤量是火力發(fā)電廠設計工作中的
重要數(shù)據(jù)，是專業(yè)設計人員進行系統(tǒng)設計和設
備選型的依據(jù)和基礎。本文提出了燃煤量計算
的新思路，即基于汽輪機熱耗或發(fā)電標煤耗的
計算方法，實用、簡便，在工程設計的不同階
段均可以采用。
(2)在項目正式設計階段，取得機組汽機熱
平衡圖時，基于汽輪機熱耗的燃煤量計算法可
以準確地計算鍋爐燃煤量， 比常規(guī)燃煤量計
算方法輸入的原始數(shù)據(jù)少，僅需要熱耗、輸
出功率及燃料低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)， 兩種方法準
確度相當。
(3)在項目前期階段，沒有主機資料時，基
[1]DL／T 892-2004，電站汽輪機技術條件【S]．
【2]GB50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范[S]．
[3】DL／T 5240-201 0，火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設計計算技
術規(guī)程[S】．
[4】張方煒，等．超臨界火力發(fā)電機組二次再熱技術研
究[J]．電力勘測設計，2013，(2)．
[5 J黃甌，等．我國超超臨界汽輪機的發(fā)展方向[J]．熱
力透平，2004，33(1)．
[6】黃偉，等．大型機組典型工況含義、區(qū)別及關聯(lián)分
析[J]．湖南電力，2010，30(3)．
[7]鄭李坤，等．國產(chǎn)600 Mw超臨界汽輪機組能耗現(xiàn)
狀及存在的問題[J]．廣東電力，2011，24(2)．
[8]閆順林，等．進汽參數(shù)變化對汽輪機熱耗率影響的
分析『J1．汽輪機技術，2013，55(1)．
[9]沙偉，等．電廠汽輪機主要運行參數(shù)變化時的煤耗
分析[J]．陜西電力，2014，42(10)．
4結語
通過以上分析比較可知，燃氣一蒸汽聯(lián)
合循環(huán)機組的天然氣系統(tǒng)設置性能加熱器時，
雖然增加了設備的初投資，但可有效的減少
機組熱耗，提高機組的運行效率。面對日益
增長的天然氣價格，性能加熱器對燃氣一蒸
汽聯(lián)合循環(huán)機組的作用就顯得更為突出。
在燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中，天然
氣系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)之一，它關系到機組
的安全穩(wěn)定運行。在保證機組安全、穩(wěn)定運
行的前提下，合理選擇天然氣性能加熱器，
優(yōu)化加熱系統(tǒng)的配置，提高機組運行的經(jīng)濟
性，達到最大程度的節(jié)能降耗。
參考文獻：
[1]華浩磊．燃氣輪機天然氣系統(tǒng)配置方案的探討四
發(fā)電設備，2010，(4)．
2016年12月第6期．47

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