燃气轮机项目可行性研究报告

燃气轮机项目可行性研究报告
燃气轮机项目可行性研究报告

燃气轮机项目可行性研究报告报告辑要

对于初步确立投资意向的项目,在市场调查的基础上,对市场、投资、政策、企业等方面进行客观的机会分析,重点在于投资环境的分析及投资前景的判断,并提供项目提案和投资建议。包括:对投资环境的客观分析(市场分析、产业政策、税收政策、金融政策和财政政策);对企业经营目标与战略分析和内外部资源条件分析(技术能力、管理能力、外部建设条件);项目投资者或承办者的优劣势分析等。

为了积极响应国家《中国制造2025》和《工业绿色发展规划(2016-2020年)》以及宜宾、宜宾关于促进燃气轮机产业发展的政策要求,某某有限公司通过科学调研、合理布局,计划在宜宾新建“燃气轮机生产建设项目”;预计总用地面积57335.32平方米(折合约85.96亩),其中:净用地面积57335.32平方米;项目规划总建筑面积61922.15平方米,计容建筑面积61922.15平方米;根据总体规划设计测算,项目建筑系数71.49%,建筑容积率1.08,建设区域绿化覆盖率6.69%,固定资产投资强度173.32万元/亩。

根据谨慎财务测算,项目总投资17170.01万元,其中:固定资产投资(固定资产投资)万元,占项目总投资的86.77%;流动资金2271.42万元,占项目总投资的13.23%。在固定资产投资中建筑工程投资4935.54万元,

占项目总投资的28.75%;设备购置费5557.56万元,占项目总投资的32.37%;其它投资费用4405.49万元,占项目总投资的25.66%。

项目建成投入正常运营后主要生产燃气轮机产品,根据谨慎财务测算,预期达纲年营业收入18380.00万元,总成本费用13862.16万元,税金及附加78.77万元,利润总额4517.84万元,利税总额5253.05万元,税后净利润3388.38万元,达纲年纳税总额1864.67万元;达纲年投资利润率26.31%,投资利税率30.59%,投资回报率19.73%,全部投资回收期6.57年,提供就业职位281个,达纲年综合节能量45.24吨标准煤/年,项目总节能率20.47%,具有显著的经济效益、社会效益和节能效益。

目录

第一章项目绪论 (4)

第二章报告编制总体说明 (13)

第三章项目建设背景及必要性 (17)

第四章建设规模和产品规划方案合理性分析 (24)

第五章项目选址科学性分析 (26)

第六章工程设计总体方案 (28)

第七章原辅材料供应及成品管理 (35)

第八章工艺技术设计及设备选型方案 (37)

第九章环境保护 (41)

第十章消防专篇 (47)

第十一章节能分析 (52)

第十二章组织机构及人力资源配置 (57)

第十三章项目实施进度计划 (59)

第十四章投资估算与资金筹措 (61)

第十五章经济评价 (63)

第十六章项目招投标方案 (68)

第十七章综合评价 (77)

第一章项目绪论

本章作为可行性研究报告的首章,主要在于综述报告中各章节的主要内容和问题及研究结论,并对项目建设的可行与否提出综合建议。该报告从项目建设的必要性和依据、项目选址、设备选型方案、环境保护、投资方案及资金筹措、建设规模、建设内容、项目建设选址、项目总投资匡算、建设进度初步安排等各个方面对即将展开的项目进行数据详实与合理的分析,为某某有限公司“燃气轮机生产建设项目”建设决策和政府部门对该投资项目进行审核提供依据。

一、项目名称及建设性质

(一)项目名称

项目名称:燃气轮机生产建设项目。

(二)项目建设性质

本期工程项目属于新建工业项目,主要从事燃气轮机的研制开发与制造业务。

二、项目承办单位

承办单位名称:某某有限公司。

三、项目建设选址及用地综述

(一)项目建设选址

本期工程项目选址在宜宾,项目拟定建设区域地理位置优越,交通便利,规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备,非常适宜本期工程项

目建设。

(二)项目用地性质

本期工程项目计划在宜宾建设,用地性质为建设用地。

(三)项目用地规模

项目拟定建设区域属于工业项目建设占地规划区,建设区总用地面积57335.32平方米(折合约85.96亩),净用地面积57335.32平方米(红线范围折合约85.96亩),土地综合利用率100.00%;项目建设遵循“合理和集约用地”的原则,按照燃气轮机行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局,符合燃气轮机制造和经营的规划建设要求。

(四)项目用地控制指标

该工程规划建筑系数71.49%,建筑容积率1.08,建设区域绿化覆盖率6.69%,固定资产投资强度173.32万元/亩,建设场区土地综合利用率100.00%;根据测算,本期工程项目建设完全符合《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24号)文件规定的具体要求。

四、项目土建工程建设指标

本期工程项目净用地面积57335.32平方米,建筑物基底占地面积40989.02平方米,总建筑面积61922.15平方米,其中:规划建设主体工程45455.23平方米,项目规划绿化面积4143.19平方米,土地综合利用面积57335.32平方米。

五、设备选型方案

本期工程项目计划购置生产及检测设备共计143台(套),设备购置费5557.56万元。

六、主要能源供应及节能分析

(一)主要能源供应

1、本期工程项目生产用电为三级负荷,年用电量1157024.52千瓦?时,折合142.20吨标准煤。

2、根据测算年总用水量12534.75立方米,折合1.07吨标准煤,主要是生产补给水和办公及生活用水;本期工程项目用水由宜宾市政管网供给,在项目区内建设的给水管网,采用管径DN250㎜的PE管接入场外预留接口,即可保证项目的日常用水。

(二)项目节能分析

“燃气轮机生产建设项目”在设计过程中,对生产工艺、电气设备、建筑等方面采取有效节能措施,年用电量1157024.52千瓦?时,年总用水量12534.75立方米,项目年综合总耗能量(当量值)143.27吨标准煤/年。根据测算,与其他备选生产工艺技术相比,达纲年综合节能量45.24吨标准煤/年,项目总节能率20.47%,因此,该项目属于能源利用效果较好的项目。

七、环境保护及清洁生产和安全生产

(一)环境保护

本期工程项目符合宜宾发展规划,选用生产工艺技术成熟可靠,符合

宜宾产业结构调整规划和国家的产业发展政策;项目建成投产后,在全面采取各项污染防治措施和加强企业环境管理的前提下,对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施,严格控制在国家规定的排放标准内,所以,本期工程项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。

(二)清洁生产

本期工程项目设计中采用了清洁生产工艺,应用清洁原材料,生产清洁产品,同时采取完善和有效的清洁生产措施,能够切实起到消除和减少污染的作用;因此,本期工程项目建成投产后,各项环境指标均符合国家和地方清洁生产的标准要求。

(三)安全生产

本期工程项目采用了先进、成熟、可靠的燃气轮机生产技术,在设计中严格执行国家有关劳动安全卫生政策,并根据实际情况采取完善的安全卫生措施,预计本期工程项目在建成后将有效防止火灾、雷电、静电、触电、机械伤害、噪声危害等事故的发生。

本期工程项目主体工程火灾危险类别为丙类,建筑耐火等级为二级;项目设计中除了各专业严格按照有关规范进行消防措施设计外,还按规范要求设置了各类消防设施,主要包括消防给水管网、消火栓、干粉灭火器等,因此,本期工程项目消防系统具有较高的安全可靠性。

八、项目总投资及资金构成

按照《投资项目可行性研究指南》的要求,本期工程项目总投资包括

固定资产投资和流动资金两部分,根据谨慎财务测算,本期工程项目预计总投资17170.01万元,其中:固定资产投资(固定资产投资)万元,占项目总投资的86.77%;流动资金2271.42万元,占项目总投资的13.23%。

九、资金筹措方案

该项目投资均由企业自筹。

十、项目预期经济效益规划目标

(一)达纲年经济效益目标值

1、项目达纲年预期营业收入(SP):18380.00万元(含税)。

2、年总成本费用(TC):13862.16万元。

3、税金及附加:78.77万元。

4、达纲年利税总额:5253.05万元。

5、项目达纲年利润总额(PFO):4517.84万元。

6、项目达纲年净利润(NP):3388.38万元。

7、项目达纲年纳税总额:1864.67万元。

(二)达纲年收益增益目标

1、达纲年投资利润率:26.31%。

2、达纲年投资利税率:30.59%。

3、达纲年投资回报率:19.73%。

(三)经济效益评价目标

1、全部投资回收期(所得税后)(Pt):6.57年(含建设期)。

2、产投资回收期:6.57年。

十一、项目建设进度规划

“燃气轮机生产建设项目”按照国家基本建设程序的有关法规和实施指南要求进行建设,本期工程项目建设期限规划12个月,即从2018年8月开始至2021年8月正式投产止,包含:项目建设前期准备工作、勘察设计、土建施工、设备采购安装和调试、人员培训及竣工验收等工作阶段。目前,某某有限公司已经完成前期的各项准备工作,包括:市场调研、建设规模确定、项目选址、用地预审、资金筹措等项事宜,现在正在办理项目备案工作。

本期工程项目计划从可行性研究报告的编制到工程竣工验收、投产运营共需12个月的时间,自2018年8月开始进行项目备案、环境影响评价、节能评估、安全评价、土建施工、设备安装调试、试生产到竣工验收,至2021年8月正式投产止;项目申报、土建工程等前期筹备工作从2018年8月开始实施,待资金到位后开始正式动工建设。

十二、综合评价及

1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求,符合宜宾及宜宾燃气轮机行业布局和结构调整政策;项目的建设对促进宜宾燃气轮机产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。

2、“燃气轮机生产建设项目”属于《产业结构调整指导目录(2011年本)》(2013年修正)鼓励类发展项目,符合国家产业发展政策导向;

项目的实施有利于加速我国燃气轮机的国产化进程,推动燃气轮机制造产业调整和行业振兴;有助于提高某某有限公司自主创新能力,增强企业的核心竞争力;因此,本期工程项目的实施是必要的。

3、某某有限公司为适应国内外市场需求,拟建“燃气轮机生产建设项目”,本期工程项目的建设能够有力促进宜宾经济发展,为社会提供就业职位281个,达纲年纳税总额1864.67万元,可以促进宜宾区域经济的繁荣发展和社会稳定,为地方财政收入做出积极的贡献,由此可见,本期工程项目的实施具有显著的社会效益。

4、项目拟建设在宜宾内,工程选址符合宜宾土地利用总体规划,保证项目用地要求,而且项目建设区域交通运输便利,可利用现有公用工程设施,水、电、气等能源供应有保障。

5、项目场址周围大气、土壤、植物等自然环境状况良好,无水源地、自然保护区、文物景观等环境敏感点;某某有限公司对建设期和生产经营过程中产生的“三废”进行综合治理达标排放,对环境影响程度较小,职工劳动安全卫生措施有保障。

6、本期工程项目采用国内先进的生产、环境、检测控制装备,对节约能源、环境保护、生产优质燃气轮机均可得到有力支撑,成熟的工艺技术及先进的生产设备为项目的实施提供了强力的技术保障,同时,生产过程符合环境保护、清洁生产、节能减排等标准要求。

7、项目配套条件成熟。本期工程项目在宜宾内组织实施,实施地周

边道路四通八达,原料及产品运输方便,项目建设区域内配套建有完善的水、电、气、通讯工程设施等有利条件。

8、根据谨慎财务测算,本期工程项目达纲年投资利润率26.31%,投资利税率30.59%,全部投资回报率19.73%,全部投资回收期6.57年(含建设期12个月),固定资产投资回收期6.57年(含建设期),因此,本期工程项目经营非常安全,说明项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。

9、本期工程项目利用现有土地,计划总建筑面积61922.15平方米(计容建筑面积61922.15平方米);购置先进的技术装备共计143台(套),项目建设规模合理、经济技术实施方案可行。

10、本期工程项目通过对主要生产工艺和设备从投资经济性和先进性两方面进行综合比较、分析,选用的设备均具有当今国内外先进水平,具有生产效率高、性能稳定可靠等优点。

11、本期工程项目总投资17170.01万元,其中:固定资产投资14898.59万元,,流动资金2271.42万元;经测算分析,项目建成投产后达纲年营业收入18380.00万元,总成本费用13862.16万元,年利税总额5253.05万元,其中:税后净利润3388.38万元;纳税总额1864.67万元,其中:增值税656.44万元,税金及附加78.77万元,年缴纳企业所得税1129.46万元;年利润总额4517.84万元,全部投资回收期6.57年,固定资产投资回收期6.57年,本期工程项目可以取得较好的经济效益。

综上所述,通过本章上述所做的技术、经济、环境保护、安全等方面

分析结果表明,“燃气轮机生产建设项目”技术上可行、经济上合理;本报告认为:该项目所提供的燃气轮机市场前景良好,投资方向正确,资本结构合理,技术方案设计优良,经济效益突出且财务比率好,有利于第三方投资或融资及招商引资;因此,本期工程项目的投资建设和实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的。

第二章报告编制总体说明

依据国家有关项目建设的法律、法规、技术规范和宜宾、宜宾等当地政府的有关政策、规定文件的要求,对本期工程项目的投资建设进行了全面、详细的研究分析论证,结合宜宾的自然条件、资源条件、基础设施条件和建设环境要求,依据某某有限公司对本期工程项目总体规划设想方案,认真编制《燃气轮机生产建设项目可行性研究报告》,现将报告编制情况说明如下。

一、报告编制目的及编制依据

(一)报告编制目的

本报告编制的目的是对“燃气轮机生产建设项目”进行技术可靠性、经济合理性及实施可能性的方案分析和论证,在此基础上选用科学合理、技术先进、投资费用省、运行成本低的建设方案,最终使得某某有限公司建设项目所产生的经济效益和社会效益达到协调、和谐统一。

(二)报告编制依据

1、《某某有限公司燃气轮机生产建设项目可行性研究报告》编制委托书。

2、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划》。

3、《中华人民共和国土地管理法》。

4、《中华人民共和国环境保护法》。

5、《中华人民共和国安全生产法》。

6、《限制用地项目目录(2012年本)》。

7、《禁止用地项目目录(2012年本)》。

8、《产业结构调整指导目录(2011年本)》(2013年修正)。

9、《投资项目可行性研究指南(试用版)》。

10、《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》。

11、《建设项目经济评价细则》(2010年本)。

12、《建设项目可行性研究报告编制内容深度规定》。

13、《国民经济行业分类》(GB/T4754-2002)。

14、《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》。

15、《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24号)

16、《宜宾工业和信息化发展“十三五”规划》。

17、《宜宾技术改造投资导向目录(2016-2018年)》。

18、《宜宾“十三五”战略性新兴产业暨高技术产业发展专项规划》。

19、《宜宾“十三五”发展总体规划》。

20、《宜宾工业项目规划设计条件》。

21、国家现行的有关法律、法规、产业发展政策及相关设计规范、标准和规定等。

22、某某有限公司提供的《项目投资计划书》以及与本期工程项目有关的工艺技术资料、财务数据等基础资料。

23、某某有限公司现场勘察及市场调查收集的有关资料。

24、报告编制人员调查收集宜宾的社会经济、交通运输及自然条件等资料。

25、某某有限公司提供的其他与项目相关的基础数据以及对《燃气轮机生产建设项目可行性研究报告》的具体要求等。

二、报告编制范围及编制过程

(一)报告编制范围

1、项目建设背景和必要性分析:依据国家产业发展政策、燃气轮机行业“十三五”发展规划、地方经济发展状况和产业发展趋势,同时,根据某某有限公司已经具体的资源条件、建设条件并结合企业发展战略,阐述本期工程项目建设的背景及必要性。

2、市场供需分析:根据我国燃气轮机行业市场需求的变化趋势,分析本期工程项目燃气轮机的发展前景,论证燃气轮机的国内外市场需求并确定项目的目标市场、价格定位,以此分析市场风险,确定风险防范措施等。

3、项目建设方案:根据燃气轮机市场分析并结合某某有限公司资金、技术和经济实力确定项目的生产纲领和建设规模;分析选择项目的技术工艺并配置生产设备,同时,分析原辅材料消耗及供应情况是否合理。

4、项目工程方案:初步了解项目建设区域范围、面积、工程地质状况、外围基础设施等条件,对项目建设条件进行分析,提出项目工程建设方案,内容包括:场址选择、总图布置、土建工程、辅助工程、配套公用

工程、环境保护工程及安全卫生、消防工程等。

5、项目节能、环境保护与安全卫生:针对项目的特点,分析本期工程项目能源消费情况,计算能源消费量并提出节能措施;分析项目的环境污染、安全卫生情况,提出建设与运营过程中拟采取的环境保护和安全防护措施。

6、项目组织管理和实施进度计划:根据项目实际情况,提出项目组织、建设管理、竣工验收、经营管理等初步方案;结合项目特点提出合理的总体及分年度实施进度计划。

7、项目投资估算:根据项目工程量及投资估算指标,按照国家和宜宾及宜宾的有关规定,对拟建工程投资进行初步估算,编制项目总投资表,按工程建设费用、工程建设其他费用、预备费、建设期固定资产借款利息等列出投资总额的构成情况,并提出各单项工程投资估算值以及与之相关的测算值。

8、资金筹措方案:根据项目建设进度及某某有限公司能够提供的资本金等情况,提出建设项目资金筹措方案,编制建设投资估算筹措表和分年度资金使用计划表。

9、项目经济效益分析:根据项目的经营特点,对项目进行定量的财务分析,测算项目投产期、达纲年营业收入和总成本费用,计算项目财务效益指标,结合融资方案进行偿债能力分析,并开展项目不确定性分析等。

第三章项目建设背景及必要性

一、燃气轮机产业发展规划背景

(一)战略新兴产业“十三五”发展规划

从发展趋势来看,目前中国经济的支柱产业正从房地产向战略性新兴产业过渡。要实现支柱产业的平稳切换,一方面要建立房地产调控的长效机制,另一方面要继续大力推进战略新兴产业的发展,两者相辅相承,缺一不可。因此,从宏观政策调控的逻辑上看,未来的投资机遇也应在战略性新兴产业里面。市场普遍认为,中国经济在明年下半年,将重新步入上升通道,而其背后的推动力,必将是战略性新兴产业的发展,目前投资已经到了最好的介入期。

(二)工业绿色发展规划

围绕资源消耗和污染物排放的重点行业,共发布了钢铁、建材、石化、化工、有色等35个重点行业的清洁生产技术推行方案,涵盖310项行业关键共性技术,引导重点行业清洁生产技术改造方向。在中央财政资金支持下,实施了304项清洁生产技术示范,一批行业关键技术取得了产业化突破,在钢铁、有色、轻工、石化、纺织等行业形成了70个重大技术案例。出台了太湖、鄱阳湖、湘江和京津冀周边等重点流域、重点区域的清洁生产实施方案和计划,加大区域和流域层面推行力度。五年来,工业清洁生产水平实现了从点、线、面的多维度的提升。

(三)经济新常态下产业结构调整

引领新常态,就要加快培育经济增长新动力。进入经济发展新常态的中国,经济韧性更好、潜力更足、回旋空间更大,在产业转型升级、新型城镇化、创新创业、对外开放等诸多方面都孕育着重大机遇。我们要积极顺应世界科技革命和产业革命的大势,在稳住经济运行的同时,积极谋“进”,以更有力的改革举措、更“活”的市场、更“实”的创新、更“宽”的政策,激励更多人去创业创造,培育新的经济增长点,让新的增长“发动机”动力更充沛,让中国经济在新常态中迈上新台阶、实现新跨越。

(四)中国制造2025

后危机时代,新一轮产业科技革命带来制造业的深度调整。美国启动“再工业化”,德国实施“工业4.0”,日本实行“信息技术带动革新”,不同的战略名称传递出同样的信息:制造业仍是全球竞争焦点。而我国资源环境约束不断强化,劳动力等生产要素成本不断上涨,中国制造业正面临发达国家先进技术和发展中国家低成本竞争的“双向挤压”。综观台州制造业,体量虽然庞大,但主要集中在传统行业、低端的劳动密集型产业,企业普遍资金不足、人才缺乏、研发能力弱,其中许多企业从事贴牌、来料加工、仿制生产,没有自己的品牌和核心技术,靠微利竞争占领市场,在新常态下面临新的危机。因此,我市打造升级版的“台州制造”是非常英明的策略。各地要抓住全球新一轮制造业变革和我国实施“中国制造2025”发展战略的机遇,补齐短板,换道超越,加快台州由“制造大市”向“制造强市”转变。

中国处于工业化中后期,工业化的任务并没有完成,且远未到达后工业化时期。中国是制造业大国,但并不是强国。一些发达国家制造业在整个经济中的比重不高,2008年后提出再工业化或振兴制造业,并不是这些国家的制造业不如我们,其实它们依旧是制造业强国。在前两次工业革命中,中国都处于严重落伍的状态,第三次工业革命是中国的制造业离得最近、最有可能迎头赶上的一次,如果说前两次工业革命分别造成了英国的兴起、德国的领先和美国的崛起,那么,在第三次工业革命中,有无可能成就中国的领先呢?我们拭目以待!

二、项目建设背景

(一)产业发展政策符合性

伴随进入新常态,我国经济增长正从高速转向中高速,发展方式正从规模速度型粗放增长转向质量效率型集约增长,结构调整正从增量扩能为主转向存量与增量并存的深度调整,发展动力正从传统增长点转向新增长点。新常态下“稳增长”的潜力十分巨大,机遇也非常难得。当前,新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化的“新四化”深入发展,国内市场潜力巨大,农业生产连年丰收,国民储蓄率较高,科技和教育整体水平提升,劳动力素质改善,改革不断深化,社会保持稳定,这些都为我国经济实现稳定增长创造了有利条件,开辟了广阔空间。我们完全有条件、有能力、有信心巩固经济发展的好势头。

(二)符合地方发展规划

1、《宜宾国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中指出:宜宾“十三五”期间将加快发展经济,本期工程项目建设有利于加快宜宾经济发展,因此,本期工程项目的建设符合《宜宾国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》。

2、《宜宾国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》指出:加快工业聚集区建设,坚持走信息化与工业化融合发展的新型工业化道路,引导优势特色产业膨胀升级,扶持龙头企业做大做强,逐步培育形成引领宜宾经济发展的工业主导产业;本期工程项目的建设符合《宜宾国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》。

(三)区位发展背景

经过近几年的发展,我市的能源化工、生物医药、机电设备制造、农副产品加工和商贸物流五大特色产业规模不断扩大,链条不断延伸,科技含量不断提高,已成为我市经济发展的主导产业。以科学发展观为指导,牢牢把握主题主线,以加快科学跨越发展为目标,以提高产业竞争力为核心,以链条化延伸、集群化推进、园区化承载、高端化发展为导向,集聚优势要素,突出抓大培强,倾力推进能源化工、生物医药、机电设备制造、农副产品加工、商贸物流产业发展,为打造鲁苏豫皖交界地区科学发展高地提供强大产业支撑。充分发挥市场对资源配置的基础性作用,突出企业作为市场主体能动性,创造有利于公平竞争、优胜劣汰的市场机制和统一开放、竞争有序的市场环境。突破产业发展的关键、共性和核心技术,加

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燃气轮机性能指标主要影响因素及提高性能途径研究 摘要: 本文以9e燃机为例,概括介绍了国内已经投产的燃气轮机的主要性能指标,并通过对不同设计和运行条件下技术性能指标的对比,分析对燃气轮机性能指标产生影响的主要影响因素,从而总结和简述了提高性能指标的主要途径。 关键词: 燃气轮机;性能指标;功率;热耗率;影响因素;abstract:illustrated by 9e gas turbine, the main technical performance parameters of gas turbine in china are described, and with the comparison of the technical parameters under different design and operation condition, an analysis on the main influencing factors is presented, so as to summarizethe major way to improve the performance parameters. keywords: gas turbine; performance parameter; power; heat rate; influencing factor 中图分类号:th138.23 文献标识码:a文章编号:2095-2104(2012) 1.引言 燃气轮机是从本世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的。但是由于当时机组的单机容量较小,而热效率又比较低,因而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组使用。 60年代时欧美的大电网曾发生过电网瞬时解列的大事故,这些事

重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术

重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术 发表时间:2017-11-01T11:36:42.450Z 来源:《电力设备》2017年第18期作者:王锋 [导读] 摘要:重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 (中国电建集团核电工程公司调试运营公司山东济南 250102) 摘要:重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 关键词:重型燃气轮机;发展现状;关键技术;发展趋势 1.前言 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。 2.我国重型燃气轮机发展现状 我国重型燃气轮机发展的早期(1950~1970s)是以前苏联技术为基础而开展自主研发的阶段。当时自主设计、试验和制造了一系列200~25000kW燃气轮机。这其中包括了200kW车载燃气轮机、1500kW重型燃气轮机和4000HP机车燃气轮机。当时清华大学、哈尔滨汽轮机厂(哈汽)、上海汽轮机厂(上汽)、南京汽轮机厂(南汽)、中国北车集团长春机车厂(长春机车)、青岛汽轮机厂(青汽)、杭州汽轮机厂(杭汽)等单位都投入到了我国燃气轮机早期研制阶段。到了1980s~2000年,我国的燃气轮机产业走上了仿制与合作生产的道路,不再自行研究、设计和试验燃气轮机产品。当时以南汽为主测绘、仿制了GE公司MS5001(23MW)燃气轮机,与GE合作生产了PG6581(6B/36MW)燃气轮机。 自2002年打捆招标以来,我国重型燃气轮机产业进入到新的发展时期,引进了当代先进的F/E级技术,希望以此推动消化吸收、再创新。在2001~2007年的6年间,我国以3次“打捆招标、市场换技术”方式,引进了GE、MHI、Siemens公司的F/E级重型燃气轮机50余套共2000万千瓦,由哈汽-GE、东汽-MHI、上汽-Siemens、南汽-GE等4个联合体实行国产化制造,目前国产化率接近70%。同时,以西气东输和进口液化天然气(LNG)为标志,保证了燃气轮机的燃料供应。 3.重型燃气轮机的关键技术 3.1自适应控制技术 由于实际工作环境和使用寿命的变化,重型燃气轮机的部件不可避免地会出现叶片结垢、间隙增大、侵蚀和腐蚀等问题,这将导致部件较设计点出现性能退化,而控制系统通常都是基于理想的额度工况性能进行设计的。这种不匹配性会随着燃气轮机运行时间的累积而加速燃气轮机寿命的消耗。一种可行而有效的解决办法就是自适应控制技术,即通过在线自适应模型和观测器技术使得燃气轮机在部件出现性能衰竭或低强度的异常时,能够自动调节相应的控制参数,保证控制系统与性能衰减后模型的匹配性,从而消除使用期退化造成的性能差异对燃气轮机运行的消极影响。与航空燃气轮机自适应控制机理相似,自适应控制系统通常会采用燃气轮机中的传感器测量数据,利用观测器技术对不可测的性能退化参数进行实时估计,具体的估计方法可以采用简单的卡尔曼滤波器、未知输入观测器,或者复杂的神经网络、支持向量机等非线性智能技术。 此种控制方案的自适应鲁棒性很大部分取决于装载的在线实时模型,在线实时模型应能够对燃气轮机气路故障、传感器和执行机构故障等进行诊断、隔离和重构,同时具有较强的抗干扰能力。即使是在燃气轮机出现物体打伤等严重损伤的情况下,也能够通过控制策略判定受损燃气轮机的运行状况,并能采用自适应重构控制回路,确保燃气轮机的安全停机等。由于燃气轮机的受损的判断十分复杂,采用专家系统和智能决策技术是一种可行方案。 3.2主动间隙控制技术 主动间隙控制技术是现代燃气轮机技术的代表之一,是一项通过控制透平叶尖间隙的变化来降低燃气轮机燃料消耗率、提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施,同时对减少污染物的排放也有较大的贡献。目前该技术已在航空发动机特别是民用航空发动机上获得了普遍的应用,如著名的CFM56系列发动机就基本采用这种技术。美国NASA的研究结果表明,透平叶尖间隙每减少0.25mm,燃料消耗量可减少0.8%~1%。从重型燃气轮机的运行过程来看,启动过程中,当燃气轮机由静止启动到全速空载状态时,此时由于转速突然上升,轮盘和叶片的离心变形瞬间增大;而透平内缸由于热容的效应而尚未达到最高温度,热变形的响应非常小。这种变形的不一致导致在启动过程中透平叶尖间隙突然变小。而随着燃气轮机进入全速空载状态后,透平内缸逐渐受热膨胀,叶尖间隙逐渐变大。在加/减负荷阶段,间隙略有变化,但由于转速变化不剧烈,叶尖间隙变化较少。 这使得透平叶尖与透平内缸之间的间隙设计非常困难,如果叶尖间隙设计过大,在叶片压力面和吸力面之间存在的压差作用下,燃气会产生泄漏,从而降低燃气轮机的工作效率,增加燃料消耗量。而叶尖间隙过小又会导致叶片和透平内缸之间产生摩擦,降低燃气轮机的工作寿命。为解决这个技术难题,目前比较常用的控制方式是采用主动热控制方法。其工作原理是在燃气轮机工作过程中,利用从压气机中抽取的冷气对透平内缸及透平外环支撑件进行冲击冷却,通过控制冷却空气的流量和温度,改变透平内缸热膨胀量,进而控制其径向位移,使转子叶片与透平内缸之间的间隙达到预期值。 4.对我国发展重型燃气轮机技术发展趋势分析 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。要推动我国燃气轮机技术的全面发展,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

第一讲燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数

第一讲:燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数授课内容: 第一章:绪论 1):燃气轮机发电装置的组成 2):燃气轮机发展史 3):我国燃气轮机工业慨况 4):GE公司燃气轮机产品系列及其编号 第二章:燃气轮机热力学基础知识 1):工质的状态参数 2):理想气体状态方程 3):功和热量 第三章:燃气轮机热力循环 1):燃气轮机热力循环的主要技术指标 2):燃气轮机理想简单循环 3):燃气—蒸汽联合循环 第四章:9E燃机性能型号参数 1):PG9171E型燃机型号简介 2):PG9171E型燃机性能参数简介

第一章绪论 第一节燃气轮机发电装置的组成 燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气,经过压气机压缩,在燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热,产生具有较高压力的高温燃气,再进入透平膨胀作功,并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因此,由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备,就组成了燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力,就成了燃气轮机发电装置。 (幻灯)

第二节 燃气轮机发展史 燃气轮机是继汽轮机和内燃机问世以后,吸取了二者之长而设计出来的,它

是内燃的,避免了汽轮机需要庞大锅炉的缺点;又是回转式的,免去了内燃机中将往复式运动转换成旋转运动而带来的结构复杂,磨损件多,运转不平稳等缺点。但由于燃气轮机对空气动力学和高温材料的要求超过其他动力机械,因此,发展燃气轮机并使之实用化,人们为之奋斗了很长时间。如果从1791年英国人约翰·巴贝尔(John Baber)申请登记第一个燃气轮机设计专利算起,经过了半个世纪的奋斗,到1939年,一台用于电站发电的燃气轮机(400OkW)才由瑞士BBC公司制成,正式投运。同时Heinkel工厂的第一台涡轮喷气式发动机试飞成功,这标志着燃气轮机发展成熟而进入了实用阶段·在此以后,燃气轮机的发展是很迅速的。由于燃气轮机本身固有的优点和其技术经济性能的不断提高,它的应用很快地扩展到了国民经济的很多部门· 首先在石油工业中,由于油田的开发和建设,用电量急剧增加·建造大功率烧煤电站不具备条件(没有煤炭,交通不便,水源紧张,施工困难等),周期也不能满足要求·而燃气轮机电厂功率不受限制,建造速度抉,对现场条件要求不高,油田有充足的可供燃用的气体和液体燃料·不少油田还利用开发过程中一时难以利用的伴生气作燃气轮机燃料,价格便宜,发电成本低,增加了燃气轮机的竞争力,所以在油田地区,燃气轮机装置被广泛应用,除用于发电外,还在多种生产作业申用燃气轮机带动压缩机(例如天然气管道输送,天然气回注,气田采油等)和泵(例如原油管道输送和注水等)。 其他工业部门,如炼油厂、石油化工厂、化工厂、造纸厂等等;它们不仅需要机械动力,而且需要大量热(例如蒸汽)。这时用燃气轮机来功热联供,在满足这两方面需要的同时,还能有效地节能,故应用发展较快。 实践证明,燃气轮机作为舰船推进动力,其优点显著,特别是排水量为数千

世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示

世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示 导读 重型燃气轮机是发电设备的高端装备,其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首,是机械制造行业的金字塔顶端,在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。 1、前言 重型燃气轮机是发电设备的高端装备,其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首,是机械制造行业的金字塔顶端,在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。目前燃气轮机联合循环发电已经达到全球发电总量的五分之一(欧美国家已超过三分之一),最先进的H/J级燃气轮机单循环和联合循环效率已经达到40%—41%和60%—61%,为所有发电方式之冠。燃用天然气的燃机电站污染排放极低,二氧化碳比排放量是超临界燃煤电站的约一半,大力发展天然气发电是包括我国在内的世界各国保护环境和落实《巴黎协定》减少温室气体排放的主要措施之一。 我国党和政府对发展重型燃气轮机产业高度重视,航空发动机与燃气轮机国家科技重大专项(简称两机专项)从今年开始进入实施阶段,已经列为“十三五”发展计划中我国要实施的100项重点任务之首。 从1939年世界第一台发电用重型燃气轮机诞生以来,经过半个多世纪技术进步和企业重组,GE、西门子和三菱公司各自形成了完整的技术体系和产品系列并垄断了全球市场。重型燃气轮机的研发是一项复杂的系统工程,技术难度很高、研发投资巨大、实施周期很长,一旦决策失误,轻则造成不同程度的经济和市场份额损失,重则有可能使公司陷入危机甚至导致公司破产(被兼并)。这三家公司技术上成功的基本经验和教训是什么?这些经验和教训对我国燃气轮机行业自主创新有什么启示?什么是我国燃气轮机行业自主创新应当遵循的科学合理的技术路线?这是我国燃气轮机全行业共同面临的问题。 2、世界重型燃气轮机发展历程综述 1939年在瑞士BBC公司诞生了世界第一台发电用重型燃气轮机,标志着发电行业由汽轮机进入了燃气轮机时代。七十多年来世界重型燃气轮机的发展大致可分为五个阶段: 诞生阶段(1939—1950年代末期):重型燃气轮机刚刚诞生,仅BBC公司进行研发,产品功率小(不超过4MW)、燃气温度低(不超过800℃)、热效率低于20%。二战期间发展停滞。 早期阶段(1950年代—1970年代末期):二战结束后美国GE公司、德国西门子公司先后开始研制重型燃气轮机,走的是原始创新的技术路线。三菱公司从1960年代开始研制重型燃气轮机,走的是引进技术消化吸收再创新的路线。三家公司在1970年代后期都完成了原型燃机(功率25MW以下)的研制,燃气温度达到1000℃,效率约26%。研制原型燃机的主要目的是突破并掌握核心技术、选定燃机主机基本结构特别是转子结构、建立试验设备和培养人才。 全球市场第一阶段(1980年代—1990年代中期):E 级技术发展和成熟期。1980年代初推出的E级基本型号单机功率为31—105MW(50Hz,下同)、燃气温度

燃气轮机热电联产发电案例介绍-焦炉煤气应用1案例背景焦化厂在

燃气轮机热电联产(发电)案例介绍-焦炉煤气应用 1 案例背景 焦化厂在炼焦过程中伴生大量的焦炉煤气,除生产工艺消耗大约一半之外,还富余大量焦炉煤气。随着焦化行业的竞争越来越激烈,企业的利润空间不断被压缩,甚至面临关停和破产的危险,因此焦炉煤气的利用成为企业的关注重点。目前焦炉煤气的利用方式主要有直接卖气,制甲醇,制天然气以及发电等。 焦化厂化产工艺需要蒸汽,利用焦炉煤气作为燃料,采用燃气轮机热电联产(发电)方式,满足企业用电和蒸汽需求,降低企业能耗并改善当地环境,从而提升企业的竞争力。相比其他方式,这种方式受外界的影响最小,技术也非常成熟,同时也可避免企业因限电而影响正常生产。 美国索拉燃机是全球中小型工业燃机的行业领导者,一直致力于应用中低热值燃料燃气轮机的研发,并已成功研制开发出可应用焦炉煤气的燃气轮机,并在中国已销售33台,其中16台已建成投产,最早的一台于2006年4月投产,目前运行良好。 相比其他发电方式,焦炉煤气燃气轮机热电联产(发电)的系统效率更高,简单可靠,应用灵活,节能环保,部分地区可享受国家政策鼓励,以下是以年产110万吨冶金焦的焦化企业应用燃气轮机热电联产(发电)的典型案例介绍。 1.1 现场条件(以河南为例) 海拔高度220m 设计大气温度14℃ 设计大气压力101.3Kpa 设计大气相对湿度60% 1.2 燃料 以焦炉煤气为燃料 燃气热值:4170 KCal/Nm3 燃气压力:0.005Mpa(假设) 1.3 热电负荷及运行时数 最大蒸汽流量:50t/hr 蒸汽压力: 1.0 Mpa 蒸汽温度:185.5℃ 年供热时间:8200小时 年运行时数:8200小时/年 2 方案 燃气轮机热电联产系统一般根据以热定电的原则进行设计和设备选择,该项目选用2台索拉公司大力神130(TITAN 130)燃气轮机,配2台余热锅炉,三台燃气压缩机(2用1备),一台抽凝式汽轮机发电机组,整个系统可布置在简易

燃气轮机系统建模与性能分析

燃气轮机系统建模与性能分析 摘要:燃气轮机机组具有超强的北线性,人们掌握它的具体实施工作过程运行 规律是很难得。在我过电力工业中对它的应用又不断加强。为了更加透彻的解决 这个问题,本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运 行中存在的问题,从而分析它的性能。 关键词:燃气轮机;系统建模;性能 1模拟对象燃气轮机的物理模型 在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下,压气机不断从大气中 吸入空气,进行压缩。高压空气离开压气机之后,直接被送入燃烧室,供入燃料 在基本定压条件下完成燃烧。燃烧不会完全均匀,造成在一次燃烧后局部会达到 极高的温度,但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等 复杂的物理化学过程,使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时,高温燃气的温 度己经基本趋于平均。在透平内,燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。 1.1燃气轮机数值计算模型与方法 本文借助于 GateCycle软件平台,搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化,进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。在开始模拟燃 气轮机之前,首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。1.2压气机数值计算模型 式中,q1 、q2 、ql 分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的 空气的质量流量; T1*、 p1* 分别为压气机进出口处空气的温度、压力; T2*、 p2* 分别为压气机出口处空气的温度、压力 ηc、πc分别为压气机绝热压缩效率,压气机压比 γa为空气的绝热指数;ρa为大气温度;?1为压气机进气压力损失系数 ιcs、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功 i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓,实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓; 当压气机在非设计工况下工作时,一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成 数表,通过插值公式求得计算压气机的参数,即在压气机性能曲线上引入多条与 喘振边界平行的趋势线,这样可以把压比,流量,效率均视为平行于喘振边界的 等趋势线和转速的函数。本文采用了同样的计算方法,在计算燃气轮机变工况性 能过程中引入无实际物理涵义的无量纲参变量CMV(compressor map variable),仅相当于引入的平行于压气机喘振边界的趋势线,压气机的质量流量、压力和效 率计算是通过上下游回馈的热力计算结果,插值寻找能够使得上下游热力参数 (压力,温度,输出功率,转速,流量)计算收敛的工作点,即压气机的变工况 工作点。 1.3燃烧室数值计算模型 其中 式中: α为过量空气系数: L0为燃料的理论空气量:

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展 火力发电的历史久远,为世界经济发展提供着充足的能源。但是,随着环境保护观念深入人心,世界资源日益紧缺,火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式,燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点,污染小。在我国工业实践中,受到制造技术的商业秘密制约,自主创造能力十分薄弱,进口是主要来源,并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况,并展望未来趋势,希望引起工业领域人员的重视。1.燃气轮机及其发电机组现状浅析1.1.燃气轮机浅析作为旋转式动力机械,气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化,进而推动发电机组旋转。从世界范围来看,第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造,时间为1939年。经数十年发展,机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分,轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前,俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外,海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成,实现了41.6%的热效率。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点,重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为PW、R.R与GE,其他国家也不甘落后,正在紧锣密鼓的航机改型。上世纪五十年代末,国内开始制造重型燃气轮机。当时的上汽厂、南汽厂、哈汽厂身肩国家工业复兴的大任,在厂校结合形式下,自主研发出的燃气轮机位列世界领先,如3500hp机车用机组,1MW、3MW发电机组。近年来,随着我国工业化的不断升级,重型燃气轮机也在不断的改造升级。为实现利用冶金企业的高炉煤气,美国GE与南汽厂通过技术交流,立足于MS6001B,6B-L型燃气轮机研发成功,实现再利用高炉煤气的环保要求。从科研实力分析,国内研究所或高校储备着大量科研设施与科研人员,如哈尔滨工业大学、清华大学、国家电网热工研究院、中科院工程热物理研究所等,研究出的一批批优秀成果。当然,设备不够集中,先进性尚待提高,完善工作仍需继续。国内航空系统是轻型燃气轮机的集结地,在航空发动机领域,研究设计院、制造厂数量众多,职工数量上万。在上世纪70年代,邮电、石化、油田等企业都应用到了331厂、410厂研发的WZ-6G、

重型燃气轮机发展现状及发展研究

重型燃气轮机发展现状及发展研究 摘要:文章对重型燃气轮机的发展背景以及国内外重型燃气轮机的发展现状进行分析,展望未来重型燃气轮机的发展趋势,并对未来我国重型燃气轮机行业的发展提出了几点建议,以供参考。 关键词:重型燃气轮机;发展现状;发展趋势 1引言 近年来随着我国经济的快速发展以及工业化进程的不断加快,我国的燃气轮机在工业领域中的应用数量在不断增大,而且在发电领域中由于具有较高的效率、较小的污染以及较短的建设周期和较快的收效而被广泛应用。尤其是在进入上世纪80年代以来,随着全球冶金以及3D打印等先进技术的发展和进步,燃气轮机的单机容量和参数也在不断增大,成为现有热功转换发电系统中效率最高的大规模商业发电方式。为此,文章就针对目前国内外中性燃气轮机的发展现状进行介绍,并对未来重型燃气轮机的发展趋势进行展望,为我国重型燃气轮机的发展提出建设性的建议。 2国内外重型燃气轮机发展现状 2.1国外重型燃气轮机的发展现状 国外的重型燃气轮机发展主要经历了三个阶段,在上世纪90年代之前所出现的重型燃气轮机属于常规级的燃气轮机,也就是B、D级别,其单机功率、效率以及联合循环效率都比较低。随着进入本世纪以来各项技术发展,重型燃气轮机也进入了当代级别,也就是E、F级别,后来在2010年以后重型燃气轮机又进入了先进级别,也就是G、H级别,无论是初温,还是单机功率、效率以及联合循环效率都有了较大的进步和发展。未来重型燃气轮机的单机效率有望突破45%并持续增加,而且联合循环效率也会达到65%。目前国际上重型燃气轮机市场的垄断现象比较严重,主要的燃气轮机公司有GE、西门子以及三菱日立等公司,这几家公司的产品也代表着本行业中的最高水平。目前各个公司的主要代表机型就是H级以及J级重型燃气轮机,就是在原有的技术基础上对其主要的压气机、燃烧时以及透平等进行了发展和创新。 2.2国内重型燃气轮机的发展现状 我国对重型燃气轮机的研究开始于上世纪50年代,然后进行自主研发和设计生产大概在上世纪的60到70年代,而且在上世纪的80年代,我国的部分企业开始与国外上述比较大型的企业建立合作关系,并引入了国外的先进技术,尤其是以我国的哈尔滨电气、东方电气以及上海电气集团为主。经过多年的技术引进以及联合开发,我国的重型燃气轮机的科研和生产能力有了飞速的发展和进步。而且在引进目前国外比较先进的E级以及F级燃气轮机的基础上,以上述几家大型公司为核心,也开始形成了相应的燃气轮机制造产业群。在各个行业中已经进行了上述两个级别的重型燃气轮机以及配套的燃气-蒸汽联合循环全套发电设备的较高设计与生产能力。但是在目前已经实现了国产化的装配和制造的同时,还需要加大对核心技术的深入研究,争取实现核心技术的自主研发,以及相关热端部件的制造,还有维修技术以及控制技术的自主研发。 3重型燃气轮机发展趋势 在目前我国不断进行能源结构调整以及对各个行业提出较高的环保要求的同时,中心燃气轮机的发展更是需要向以下几个方面进行发展:首先就是要对燃气轮机的参数进行进一步提高,主要目的就是实现循环热效率的提高。其次是提

用于先进的工业燃气轮机(IGT)的镍基高温合金材料技术

用于先进的工业燃气轮机(IGT)的镍基高温合金材料技术 Stephen J. Balsone GE Gas Turbines, LLC P.O. Box 648; Greenville, SC 29602-0648, USA 关键词:镍基,高温合金,燃气轮机,熔模铸造,钢锭熔炼,锻造 摘要:工业发电和航空发动机的所有燃气轮机的燃烧温度在过去的三十年里有所提高。最近,航空发动机的温度提高速率已经变慢,但工业燃气轮机(IGT)的温度提高速率并未变慢。因此,这两类燃气轮机的材料温度性能要求有所重合。多年来,军用和商用航空发动机的高性能要求推动了先进材料和工艺的发展。由于功率、效率和可靠性的要求持续提高,目前许多这一类的高温材料正用于IGT。已经开发成功定向凝固和单晶镍基高温合金用于熔模铸造的高温燃气通道部件,并将尺寸增大到IGT部件所需的零件尺寸,但是在可生产性、缺陷公差和维修等方面仍然存在重大挑战。在钢锭熔炼、浇铸、锻造和检验方面取得重大进展后,变形镍基高温合金,例如706合金和718合金,正用于IGT转子结构中。本文将讨论镍基高温合金在IGT中的应用,特别强调生产大型IGT高温燃气通道及转子部件所需的技术发展。从航空发动机大小的零部件扩大到大型IGT尺寸的零部件的过程,引起了独特的材料发展和工艺挑战。 1 引言 自从二十世纪七十年代初以来,为电站生产的大型、陆地的IGT的功率和效率都持续提高。这种提高很大部分归功于高温结构材料的引入。在过去的30年里,这类先进材料的使用导致燃气轮机的燃烧温度从982℃(1800℉)提高到1427℃(2600℉)以上。燃烧温度每增加10℃(50℉),燃气轮机联合循环的效率提高大约1%。效率提高1%,对一个打算以最低成本给用户输送电力的电站生产商而言,意味着节约了数百万美元。 镍基高温合金是为高温、高强度结构应用而选择的合金,已经形成供IGT高温燃气通道部件,如涡轮叶片、喷嘴和壳体的标准。许多这一类熔模铸造镍基高温合金来自于为商用和军用航空燃气轮机而开发的航空发动机合金。此外,高强度变形镍基高温合金,例如706合金和718合金,已经取代GE IGT转子中应用的合金钢。二十世纪80年代后期,706合金作为IGT镍基高温合金锻件首先得到生产应用。1995年引入第一个718合金的IGT锻件。 除了熔模铸造和变形高温合金之外,为IGT应用的其它高温材料也处于生产或正在开

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展(正式版)

文件编号:TP-AR-L3687 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. (示范文本) 编订:_______________ 审核:_______________ 单位:_______________ 简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展(正式 版)

简析燃气轮机发电机组的现状及未 来发展(正式版) 使用注意:该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上,形成一定的具有指导性,规划性的可执行计划,从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改,请在使用时认真阅读。 火力发电的历史久远,为世界经济发展提供着充 足的能源。但是,随着环境保护观念深入人心,世界 资源日益紧缺,火力发电已经成为我国经济转型、产 业结构调整的重点对象。作为新型发电模式,燃气轮 机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有 点,污染小。在我国工业实践中,受到制造技术的商 业秘密制约,自主创造能力十分薄弱,进口是主要来 源,并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发 电机组的当前发展情况,并展望未来趋势,希望引起 工业领域人员的重视。

1.燃气轮机及其发电机组现状浅析 1.1.燃气轮机浅析 作为旋转式动力机械,气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化,进而推动发电机组旋转。从世界范围来看,第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造,时间为1939年。经数十年发展,机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分,轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前,俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外,海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成,实现了41.6%的热效率(简单循环)。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点,重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为P&W、R.R与GE,其他国家也

燃气轮机的选型

燃气轮机的选型 在燃气轮机选型时,对其热力性能方面的考虑应注意以下几点: (1)机组热效率和燃料成本相结合的综合经济性。单方面考虑热效率高低常常是不全面的,一般需把机组热效率和燃用的燃料成本结合起来,更全面权衡机组的经济性。因为有时地理因素更优先于热效率,如某些地区的用户可能更注重燃气轮机对燃用廉价原油和重油的能力与相应的长热部件寿命性能。 (2)热力循环系统优化的问题。影响燃气轮机热力性能的因素有很多,如透平初温、压气机压比、回热度(若采用回热循环)等热力参数,压气机、透平、燃烧室等部件效率,进、排气道等各部分流阻损失等。其中许多参数受到设计制造时的技术与设计水平所制约,一般要根据设计和技术条件选取,如透平初温就要根据高温材料和冷却技术来确定。而压气机压比要通过热力循环设计优化分析来确定。 (3)机组的全工况或变工况热力特性。实际上,随着环境大气条件、外界负荷或系统本身等变化,燃气轮机及其联合循环装置总是处于非设计工况下运行,全面考虑全部可能运行区域的特性,就更为重要和实用。主要包括: 1)随大气条件变化的机组变工况特性。由于燃气轮机的工质来自大气环境、又排回大气,其输出功率对大气条件,特别是对大气温度非常敏感。通过燃气轮机及其联合循环性能(设计工况的效率与功率)相对比值随大气温度变化的典型规律。大气温度总在变化,随着温度的升高,燃气轮机及其联合循环相对的输出功率都会下降,但联合循环的功率减小要比燃气轮机平缓,燃气轮机效率下降,而联合循环的效率稍有增加;反之,当温度下降时,两者的输出功率都会增加,燃气轮机效率提高,联合循环效率稍有降低。至于大气压力则与机组安装地区的海拔高度有密切关系,燃气轮机及其联台循环的功率都与大气压力成正比,而两者的效率与此无关。但当分析机组安装地点的海拔高度对燃气轮机性能影响时,要考虑大气温度和压力两个因素的综合影响。 2)随外界负荷变化的机组变工况特性。燃气轮机是通过调节燃料量、也就是调节透平初温来适应外界负荷变化,而不像汽轮机那样是通过改变蒸汽工质质量流量来改变功率,所以机组热经济性随负荷变化而变化趋势就非常明显。 2.燃料与环境问题 (1)燃料问题。燃气轮机燃用的燃料对电站的环境特性,还有经济性、安全性和可靠性等都有很大的影响,主机选型时需全面考虑可供燃用的燃料问题,包括燃料的来源、供应量、质量以及候选机组对其适应性与要求等。燃气轮机适合燃用气体燃料和从高级的航空煤油到低级的锅炉渣油的液体燃料。但所用燃料的各种品质会严重影响燃气轮机装置的运行、维护和成本。因此,燃料的最佳选择应

GE公司9F重型燃气轮机的演化解析

GE公司9F重型燃气轮机的演化 . 简介 作为一家拥有130年能源创新历史,并在160多个国家拥有机组运行经验的公司,在发电设备,能源服务及能源管理系统领域中,GE业已成为世界最大、产品最多样化的供应商之一。事实上, 在今天,GE产品承担着全世界四分之一的发电量。作为世界燃气轮机技术的领跑者,GE推出的F级燃气轮机实现了多项业界第一,其中包括:第一家机组交运过1000台,第一家机组在世界范围内运行服役超过3500万小时,同时也是第一家为整体煤气化联合循环发电(IGCC)设计并制造F级燃气轮机的厂商。 融汇大量成熟产品技术,紧跟全球不断变化的电力生产需求,GE 9F燃气轮机持续革新改进,在保持原有F级机组运行灵活性的同时,不断改善发电出力,效率,排放并拓展其应用领域。如今,F级燃气轮机产品线下的9FA和9FB两款机型,拥有着世界领先的技术及性能。 II. 产品的演化 9F级50Hz重型燃气轮机家族已有超过20年的发展历史,1991年,GE推出简单循环出力达212MW,效率达35.0%的9F型燃气轮机。随后,很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃机(01版)。如图1所示,9FA燃机持续改进,接着推出了9FA燃机(02版)以及现在的03版设计。目前,9FA燃机(03版)做了多种针对客户需求的改进,包括了机组性能的提高,运行灵活性的增强和机组可用率的提升。这些技术中包括了增强型压气机,干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 热通道部件冷却技术升级及叶片状态监测等。 图1:9F重型燃气轮机的演化

随着客户需求的不断发展,9F燃机家族推出了更高出力和效率的9FB燃机。作为GE最先进的50Hz空冷燃机,9FB燃机应用了与9FA燃机相同的压气机设计并提高压比,使用了新型的可适应更高燃烧温度的热通道部件。从干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+),到更高性能的新型部件,再到可减少安装时间的模块化辅助系统,9FB燃气轮机正用不断的技术革新来满足客户日益发展的需求。 2011年,为满足客户一直以来对机组运行灵活性的需求,GE推出了FlexEfficiency* 50联合循环电厂,该电厂以全面革新的9FB燃机为基础,结合压气机和透平升级技术, 继续采用干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 单轴配置下额定出力可达510MW,满负荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50联合循环电厂设计和燃机设计平行进行,整体优化,确保了机组高水平的运行灵活性。9FB 燃机(05版),9FA燃机,9FB燃机(03版)性能对比,请参见表1。 9FA和9FB燃机系列运行效率高且兼顾运行灵活性。在考虑燃料成本时,9FB燃机的高效率缓解了燃料成本高企给电厂带来的压力,而在考虑机组成本时,9FA 燃机为简单循环调峰运行和联合循环电厂提供了经济的解决方案。9FA和9FB燃机的运行灵活性可满足当今电网调峰及平衡可再生能源供电波动的快速响应的需求。拥有灵活起停及更低的部分负荷运行能力的9FA和9FB燃机为电厂操作人员提供了适应电力需求波动的最佳选择。此外,9FA和9FB燃气轮机还可满足部分区域电网对于频率波动和欠频运行的要求(具体的偏频运行水平需要根据具体现场和地方法规要求而定。) 机群数据统计 目前,9F燃机累计装机240台,总计运行超过9百万小时和9万次启动。9F机组于20年前推出,目前已遍布世界各地。除了在像西欧这样的发达国家市场上运行(如英国,意大利,西班牙等), 9FA和9FB燃机市场亦扩展到了新兴市场,例如东欧(拉脱维亚,立陶宛),北非(阿尔及利亚,埃及),中东,南美(智利,阿根廷)和中国。图2,图3是一些机组的现场安装照片。

微型燃气轮机介绍

微型燃汽轮机 1 引言 功率为数百kW及以下的燃气轮机在20世纪40~60年代就已存在,但由于其发电效率低,长期以来,几十至几百kW的小型发电机组市场一直由内燃发电机组占领。随着高效回热器由军用转入民用,微型燃气轮机的发电效率显著提高。20世纪90年代初出现了无齿轮箱的燃气轮机,有些机组采用了不需要润滑系统的空气轴承,使得微型燃气轮机的结构更为紧凑,几乎不用维护。微型燃气轮机体积小、重量轻、适用燃料范围广,可靠近用户安装,显著提高了对用户供电的可靠性。这些优点使得微型燃气轮机在分散式供电、热电联供和车辆混合动力方面的应用得到了迅猛发展[1]。1998年末美国Capstone公司推出了第1台商业化的微型燃气轮机装置,现已有多家公司研制和生产这种微型燃气轮机,主要集中在北美、瑞典和英国。美国AlliedSignal公司估计,到2010年微型燃气轮机发电机组的销售额将达到100~150亿USD[2]。 微型燃气轮机在生产电力的同时回收利用了燃烧后的废热,可同时提供供暖服务和空调制冷服务,这种热电联产的发电形式越来越受欢迎[3]。我国也在医院、机场、楼宇等领域有应用的实例,并取得了较好的效果[4]。 在充满竞争的电力零售市场上,微型燃气轮机凭藉其综合发电成本低的优势必将在未来的电力系统中占据越来越重要的位置[5]。2003年冬季,英国Powergen公司将开展微型电站装入居民家庭厨房的试点工程。这种燃气电站可取暖、供热水、发电,试验表明一年可节约能源费用249.6USD。微型燃气轮机在未来的电力系统中必将同大型集中式电站一起为用户提供清洁便宜的能源服务。 2 微型燃气轮机的结构 微型燃气轮机是热电联产发电机组,美国Capstone公司生产的微型燃气轮机的工作原理如图1所示,内部结构剖面如图2所示。 Capstone公司生产的微型燃气轮机的主要组成部分包括:发电机、离心式压缩机、透平、回热器、燃烧室、空气轴承、数字式电能控制器(将高频电能转换为并联电网频率50/60Hz,提供控制、保护和通讯)。这种微型燃气轮机的独特设计之处在于它的压缩机和发电机安装在一根转动轴上,该轴由空气轴承支撑,在一层很薄的空气膜上以96000 r/min转速旋转。这是整个装置中唯一的转动部分,它完全不需要齿轮箱、油泵、散热器和其他附属设备。这种微型燃气轮机已在全球销售了2000台,累计运行3×106h。这种微型燃气轮机采用的几项关键技术如下: (1)空气轴承。空气轴承支撑着系统中唯一的转动轴。它不需要任何润滑,从而节约了维修成本,避免了由润滑不当产生的过热问题,提高了系统可靠性。它可使微型燃气轮机以最大输出功率每天24h全年连续运行。 (2)燃烧系统技术。已取得专利的燃烧系统设计使其成为最清洁的化石燃料燃烧系统,不需进行燃烧后的污染控制。 (3)数字式电能控制器。将电力电子技术与高级数字控制相结合实现了多种功能,如调节发电机发电功率、实现多个燃气轮机成组控制、调节不同相之间的功率平衡、允许远程调试和调度、快速削减出力、切换并网运行模式和独立运行模式。数字式电能控制监视器可监视多达200个变量,它可控制发电机转速、燃烧温度、燃料流动速度等变量,所有操作可在一套界面友好的软件系统上进行。

燃气轮机复习题.(DOC)

电站燃气轮机课程复习思考题 1. 词语解释: (1)循环效率:当工质完成一个循环时,把外界加给工质的热能q转化成为机械功l c的百分数。 (2)装置效率(发电效率): 当工质完成一个循环时,把外界加给工质的热能q转化成为电功l s的百分数。 (3)净效率(供电效率): 当工质完成一个循环时,把外界加给工质的热能q转化成为净功l e的百分数。 (4)比功:进入燃气轮机压气机的1kg的空气,在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功(或电功)l s(kJ/kg),或净功l e(kJ/kg). (5)压气机的压缩比: 压气机的出口总压与进口总压之比。 (6)透平的膨胀比: 透平的进口总压与出口总压之比。 (7)压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压与当地大气压之比。 (8)燃烧室总压保持系数:燃烧室的出口总压与入口总压之比。 (9)透平出口总压保持系数:当地大气压与透平的排气总压之比。 (10)压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度的空气来说,为了压缩达到同样大小的压缩比,等熵压缩功与所需施加的实际压缩功之比。 (11)透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度的燃气来说,为了实现同样的膨胀比,燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。 (12)温度比:循环的最高温度与最低温度之比。 (13)回热循环:在简单循环回路中加入回热器,当燃气透平排出的高温燃气流经回热器时,可以把一部分热能传递给由压气机送来的低温空气。这样,就能降低排气温度,而使进到燃烧室燃料量减少,从而提高机组的热效率。 (14)热耗率:当工质完成一个循环时,把外界加给工质的热能q,转化成机械功(或电工)

GE公司F级燃气轮机总体性能参数

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

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