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第一部分 小F級燃氣輪機設備特點及性能比較

小F級燃氣輪機一般是指燃氣輪機初溫達到了F級燃機的溫度（1300℃以上），燃機單循環容量在50-80MW，聯合循環容量70-110MW左右的機組。6F機組是GE公司燃氣輪機編號，因其相對于F級機組較小，一般也稱作小F機組。安薩爾多、西門子和三菱公司也有對應的燃機產品。東方電氣研制的G50燃氣輪機透平入口溫度達到了1300℃，也屬小F燃機機型。

小F機組發電容量較小，在小型的城市或工業園區適應能力更強，能夠滿足一定的電能和熱能的需求，在國內有一定數量的安裝和應用

一、GE公司6F燃氣輪機

國內南汽與美國GE公司合作生產6F燃氣輪機。南汽進入燃氣輪機制造行業較早，在2013年、2014年分別從GE公司引進6F.03、6F.01重型燃氣輪機。

1.6F.03型燃氣輪機

6F.03燃氣輪機結構簡單，適應能力強，機組運行穩定，可為用戶提供高效、可用、靈活和可靠的解決方案。在離網運行時，6F.03機組具備孤島運行能力，可以根據需求供電，并及時響應電網需求。

6F.03燃機采用側向或軸向進氣、室內及室外的隔音罩殼等靈活的現場布置克服了場地的限制，可適應惡劣及偏遠的環境。該機型采用DLN2.6燃燒系統，排放能夠達到低于15ppm NOx和或9ppm CO，檢修間隔期32,000小時。

多噴嘴靜音燃燒室可以適應氫含量20-90%的合成氣，同時可以通過注入蒸汽或氮氣，獲得低于25ppm NOx排放。

6F.03燃機主要參數見下表：

項目

性能參數

6F.03

簡單循環性能

簡單循環凈出力（MW）

82

簡單循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

9,470

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

9,991

簡單循環凈效率（%, LHV）

36.0%

燃氣輪機參數

排煙溫度（°F）

1,135

排煙溫度（°C）

613

排煙能量（MM Btu/hr）

482

排煙能量（MM kJ/hr）

509

保證排放的最小燃機負荷（%）

52%

燃機升負荷率（MW/min）

7

基本負荷（@15%O2）下NOx排放（ppmvd）

15

最小運行負荷下的CO排放（ppm）

9

Wobbe指數允許變化范圍（%）

+10%, -15%

啟動時間（常規啟動/調峰啟動，分鐘）

29/-

1X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

124

聯合循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

6,155

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6,494

聯合循環凈效率（%, LHV）

55.4%

保證排放的最小全廠負荷（%）

59%

全廠升負荷率（MW/min）

7

啟動時間（熱態快速啟動，分鐘）

45

2X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

250

聯合循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

6,120

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6,457

聯合循環凈效率（%, LHV）

55.8%

保證排放的最小全廠負荷（%）

30%

全廠升負荷率（MW/min）

13

啟動時間（熱態快速啟動，分鐘）

45

2.6F.01型燃氣輪機

該機型單循環容量僅為50MW，為100MW以下聯合循環、熱電聯產應用效率最高的燃氣輪機。6F.01燃機在熱電聯產應用中可達到近57%的效率。6F.01有冷端驅動或熱端驅動兩種配置，可以為新建電廠或電廠改造提供定制方案。

6F.01燃機具有高可靠性及可用率，采用7F.05、9F.05及H級燃機成熟的熱通道和燃燒室材料可以承受更高的燃燒溫度。采成熟的DLN2.5燃燒系統， 32,000小時或900次啟停的燃燒室和熱通道檢修間隔期。

6F.01燃機主要參數見下表：

項目

性能參數

6F.01

簡單循環性能

簡單循環凈出力（MW）

52

簡單循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

8,880

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

9,369

簡單循環凈效率（%, LHV）

38.4%

燃氣輪機參數

排煙溫度（°F）

1,117

排煙溫度（°C）

603

排煙能量（MM Btu/hr）

280

排煙能量（MM kJ/hr）

295

保證排放的最小燃機負荷（%）

40%

燃機升負荷率（MW/min）

12

基本負荷（@15%O2）下NOx排放（ppmvd）

25

最小運行負荷下的CO排放（ppm）

9

Wobbe指數允許變化范圍（%）

+/-10%

啟動時間（常規啟動/調峰啟動，分鐘）

12/10

1X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

76

聯合循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

6,030

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6,362

聯合循環凈效率（%, LHV）

56.6%

保證排放的最小全廠負荷（%）

53%

全廠升負荷率（MW/min）

12

啟動時間（熱態快速啟動，分鐘）

30

2X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

154

聯合循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

6,000

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6,330

聯合循環凈效率（%, LHV）

56.9%

保證排放的最小全廠負荷（%）

27%

全廠升負荷率（MW/min）

24

啟動時間（熱態快速啟動，分鐘）

30

二、安薩爾多AE64.3A燃氣輪機

安薩爾多AE64.3A燃機結構緊湊，具有較高的可靠性。該型燃機采用環形燃燒室，轉子結構采用內部空冷通道，溫度分布均勻，保證了熱流量的最佳平衡。該機型運行操作簡單、啟動快速。

AE64.3A燃機能夠在整個負荷范圍內實現預混燃燒，能夠滿足天然氣和液體燃料的要求。AE64.3A燃機快速啟動時間時間短，調峰能力強，具有較高的可靠性。

AE64.3A燃機主要參數見下表：

項目

性能參數

AE64.3A

簡單循環性能

簡單循環凈出力（MW）

80

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

9863

簡單循環凈效率（%, LHV）

36.5%

燃氣輪機參數

排煙溫度（°C）

580

排氣流量（ kg/s）

215

壓比

18.2

燃機升負荷率（MW/min）

7

基本負荷（@15%O2）下NOx排放（ppmvd）

50

最小運行負荷下的CO排放（ppm）

30

1X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

120

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6581

聯合循環凈效率（%, LHV）

55.7%

保證排放的最小全廠負荷（%）

45

2X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

243

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6581

聯合循環凈效率（%, LHV）

56.4%

三、西門子SGT-800燃氣輪機

西門子SGT-800燃氣輪機啟停靈活，操作維護簡便，滿足低排放要求。該機型有著穩定的長期運行記錄，在工業、石油和天然氣行業有著廣泛的應用。目前已售出370多臺，超過700萬等效工作小時數。

西門子SGT-800共有50 MW、54 MW、57 MW 、62 MW等四種單循環容量定制機型。

燃機主要參數見下表：

單循環容量

49.9 MW(e)

54.0 MW(e)

57.0 MW(e)

62.5 MW(e)

燃料

天然氣或石油

天然氣或石油

天然氣或石油

天然氣或石油

頻率

50/60 Hz

50/60 Hz

50/60 Hz

50/60 Hz

單循環效率

39.4%

39.1%

40.1%

41.1%

熱耗率

9,147 kJ/kWh

9,206 kJ/kWh

8,970 kJ/kWh

8,759 kJ/kWh

轉速

6,600 rpm

6,600 rpm

6,600 rpm

6,600 rpm

壓比

19.8:1

21.6:1

22.0:1

21.1:1

排氣流量

124.7 kg/s

135.5 kg/s

136.6 kg/s

135.5 kg/s

排氣溫度

560 °C

563 °C

565 °C

596 °C

NOx

≤ 15* ppmvd

≤ 15* ppmvd

≤ 15* ppmvd

15 - 20 ppmvd

1X1聯合循環性能

凈出力

71.2 MW(e)

77.3 MW(e)

80.7 MW(e)

88 MW(e)

效率

57.2%

56.9%

57.9%

59%

熱耗率

6,298 kJ/kWh

6,323 kJ/kWh

6,221 kJ/kWh

6,100 kJ/kWh

2X1聯合循環性能

凈出力

143.9 MW(e)

156.3 MW(e)

163.1 MW(e)

180 MW(e)

效率

57.8%

57.5%

58.5%

60%

熱耗率

6,233 kJ/kWh

6,257 kJ/kWh

6,158 kJ/kWh

6,000 kJ/kWh

四、東方電氣小F燃氣輪機

1.三菱公司H100燃氣輪機

三菱H100重型燃機采用雙軸設計，模塊化安裝，便于機組檢修。燃機單循環效率達到38.3%，容量110MW，可靠性超過99%。采用干式低氮(預混) 燃燒器，排放NOx:9ppm CO:9ppm。

H100是三菱日立合作研發的燃氣輪機，采用了三菱燃機先進的燃燒系統，透平采用雙軸設計，高壓透平轉速4580rpm，低壓透平轉速3000rpm，能夠達到更高的運行效率。三菱H100運行靈活，標準起動時間為22分鐘，快速起動時間僅為10分鐘，負荷升降速率 : 25%/分鐘。

H100燃機主要參數見下表：

項目

性能參數

H100

簡單循環性能

簡單循環凈出力（MW）

116

簡單循環凈熱耗率（Btu/kWh, LHV）

8909

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

9400

簡單循環凈效率（%, LHV）

38.3%

基本負荷（@15%O2）下NOx排放（ppmvd）

9

燃氣輪機參數

排煙溫度（°C）

586

排氣流量（ kg/s）

296

高壓透平轉速（rpm）

4580

低壓透平轉速（rpm）

3000

1X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

171

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6372

聯合循環凈效率（%, LHV）

56.5

2X1聯合循環性能

聯合循環凈出力（MW）

346

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

6372

聯合循環凈效率（%, LHV）

56.5

2.東方電氣G50燃氣輪機

G50燃氣輪機是東方電氣集團研制的F級燃氣輪機，透平入口溫度超過1300℃。采用 17級軸流壓氣機，多級靜葉可調，3級抽氣可調，多種手段保證部分負荷運行時的穩定裕度。燃燒系統采用DLN燃燒器，8個環管型逆流式結構；采用4級軸流透平，高效葉片型線設計和先進的透平冷卻技術。

因該型燃氣輪機2020年11月剛通過滿負荷試驗見證和驗收，各項運行參數表現良好，該機型聯合循環配套尚未開始，下一步將投入長期運行進行驗證考核。

G50燃機主要參數見下表：

項目

性能參數

G50

簡單循環性能

簡單循環凈出力（MW）

50

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh, LHV）

9863

簡單循環凈效率（%, LHV）

36.5%

NOx(@15%O2)

≤25

燃氣輪機參數

轉速（rpm）

6000

排煙溫度（°C）

536

排氣流量（ kg/s）

150

壓比

18

基本負荷（@15%O2）下NOx排放（ppmvd）

25

五、東方電氣G50與其他燃氣輪機的比較

東方電氣集團研制的燃氣輪機是國產F級燃機的一項重大突破，燃機燃燒器、透平葉片等熱通道核心部件均有東方自主設計和生產。從燃機設備參數來看，G50燃機的熱耗率高于GE公司 6F.01和西門子SGT-800燃機，效率也略低于上述機型。但隨著研發進程的加快，東方電氣的燃機本體制造工藝將會得到優化，性能也會較試驗階段得到大幅度提升，效率也會得到提高，逐步縮小與世界先進6F燃機的差距。

G50燃氣輪機本體核心部件能夠實現本土化生產，熱通道部件制造和維護成本能夠得到大幅降低，進而形成一定的市場競爭力。G50燃機通過放大和縮小設計，能夠形成不同容量的燃機機型，滿足發電和工業的需求。

項目

GE 6F.01

GE 6F.03

AE64.3A

SGT-800

H100

東汽 G50

功率(MW)

50

82

80

50.5

116

50

熱耗率(kJ/kWh，LHV)

9498

9,991

9863

9399

9400

9863

效率(%)

37.9

36.0%

36.5

38.3

38.3

36.5

壓比(/)

21(12級壓氣機)

/

21.1(15級)

21.1(15級)

/

18(17級)

質量流量(kg/s)

125.5

/

215

134.2

296

150

轉速(rpm)

7250

6000

/

6600

4580/3000

6000

排氣溫度(℃)

597

613

580

553

586

536

NOx(@15%O2)

≤25

≤25

≤50

≤15

≤15

≤25

五、小F級燃氣輪機的比較

小F級燃氣輪機單循環功率較小大，透平進氣溫度較高，因而相對于E級燃機而言，熱效率較高，但由于機組發電容量較小，燃機的單位造價較高，盈利能力受到一定的限制。小F燃機具有啟動運行靈活，調峰能力強的特點，適合在電量需求不大，峰谷電量差異較大的區域選用。該機型與余熱鍋爐、汽輪機組成聯合循環后效率得到改善，并具備一定的抽汽供熱能力，滿足工業或采暖用熱需求。

以聯合循環容量100MW為界，小F燃機按聯合循環容量可以分為100MW以下燃機和100MW以上燃機。由上表可以看出，100MW以下主要有GE 6F.01、SGT-800、東汽 G50三種，其中西門子SGT-800效率最高，GE 6F.01次之，東汽 G50是東方電氣自主研制的F型燃氣輪機，于2020年11月份研制成功，尚在長期運行試驗過程中，效率相對較低。100MW以上主要有GE 6F.03、AE64.3A、H100三種，其中三菱公司的H100效率最高，安薩爾多AE64.3A次之，GE 6F.03效率較低。

第二部分 大F級燃氣輪機設備特點及性能比較

大F燃氣輪機是當前主流機型，在國內裝機數量最多，燃氣機組技術先進，容量適中，機組運行指標和性能較好，能夠較好的滿足電網調峰需求，在國內京津冀、長三角、珠三角等經濟發達地區有著較為廣泛的應用。

國內投產的F級燃機主要有GE、安薩爾多、西門子、三菱等幾家公司的產品，GE公司最多，三菱次之，西門子近幾年安裝投產的燃機較少，相反，安薩爾多在與上海電氣合作后，燃機安裝投產逐漸增多。從投產的F級燃氣輪機運行情況看，各制造廠燃氣輪機運行均較為穩定，經濟指標較好。

一、GE公司F級燃氣輪機

1.9F.06型燃氣輪機

作為GE 50Hz產品序列的最新成員，9F.06燃氣輪機相對于GE其他F級燃氣輪機將實現更高的出力以及效率，它綜合了燃氣輪機的性能和靈活性，單循環出力達到342MW，效率超過41%，快速升負荷率每分鐘65MW。因此，9F.06燃氣輪機在靈活性方面能力很大，包括對可再生能源產業的支持。在聯合循環工況下，9F.06燃氣輪機的效率超過61%，提供了50Hz F級技術的最低電力成本。

主要性能參數表如下：

簡單循環凈出力（MW）

342

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

8768

簡單循環凈效率（%，LHV）

41.10%

排煙溫度（°C）

618

一拖一

聯合循環凈出力（MW）

508

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

5887

聯合循環凈效率（%，LHV）

61.10%

二拖一

聯合循環凈出力（MW）

1020

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

5866

聯合循環凈效率（%，LHV）

61.40%

2.9F.05型燃氣輪機

發電量限制是電力開發項目的一個重要部分。9F.05燃氣輪機滿足簡單循環299MW的需求。9F.05燃氣輪機已被廣泛證實聯合循環效率超過60%，運行可靠性超過99%。這些機組具備維護間隔期長、燃料適應性強、NOx排放低、最低運行負荷下CO排放達標、以及可快速啟動等優良特性。

主要性能參數表如下：

簡單循環凈出力（MW）

299

簡單循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

9295

簡單循環凈效率（%，LHV）

38.70%

排煙溫度（°C）

642

一拖一

聯合循環凈出力（MW）

462

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

5951

聯合循環凈效率（%，LHV）

60.50%

二拖一

聯合循環凈出力（MW）

929

聯合循環凈熱耗率（kJ/kWh，LHV）

5919

聯合循環凈效率（%，LHV）

60.80%

二、安薩爾多F級燃氣輪機

安薩爾多在國內主推F級燃機為AE94.3A型燃氣輪機，總體來說，該燃氣輪機運行靈活、安全可靠、維修方便。安薩爾多AE94.3A燃機與西門子SGT5-4000F類似，采用環形燃燒室結構。其最大的特點就是靈活多樣，聯合循環配置形式豐富，可滿足包括一拖一、二拖一、單軸、分軸在內的各類配置。結構上采用中心拉桿式轉子，壓氣機兩級靜葉可調。該機型設計了簡潔高效的內部二次空氣冷卻系統，兼顧了冷卻效果和機組熱效率；轉子位移優化系統，可增加出力。

機組主要性能參數如下：

簡單循環凈出力（MW）

340

簡單循環凈效率（%，LHV）

40.3

排煙溫度（°C）

593

一拖一聯合循環凈出力（MW）

495

一拖一聯合循環凈效率（%，LHV）

60

二拖一聯合循環凈出力（MW）

992

二拖一聯合循環凈效率（%，LHV）

60.3

三、西門子F級燃氣輪機

在中國燃氣輪機市場，西門子機型也是主流機型之一。西門子機型相對于GE機型比較優點和缺點均較為明顯。其優點在于運行穩定，檢修難度小，維護簡單，缺點是安裝工作量大，安裝難度大。西門子F級燃機為SGT5-4000F機型，該機型運維簡便，停機時間短。采用內部冷卻技術，可實現可靠的長期運行和快速啟動。采用液壓間隙優化 (HCO) 技術，可顯著減少間隙損失，提高燃氣輪機效率，最大程度避免啟動和停機時的性能損失。發電成本低，檢修間隔長，維護簡便。優化的流量和冷卻系統顯著提高了燃氣輪機的效率和聯合循環應用中的發電經濟性。

主要性能參數如下：

發電效率

41.00%

熱耗

8780kJ/kwh

透平轉速

3000rpm

壓比

20.1

排氣溫度

599℃

電功率

329MW

聯合循環總功率

475MW（單臺）；950（雙臺）

聯合循環凈效率

59.7 %（單臺），59.7%（雙臺）

聯合循環熱耗

6030kJ/kwh（單臺）；6030kJ/kwh（雙臺）

四、三菱F級燃氣輪機

目前國內在役和在建數量最多的為三菱M701F型機組，其運行性能較為穩定，經濟指標較好。 M701F共有M701F3、M701F4、M701F5三種機型，國內早起安裝的為M701F3機型，機組容量較小；目前安裝最多的為M701F4機型，M701F5容量較大，在華能北京熱電廠安裝兩臺該型機組。

1.M701F4型燃氣輪機

三菱M701F4燃氣輪機壓氣機有17級，壓比18，透平4級，采用先進的DLN燃燒器，機組性能穩定。

機組主要技術參數如下：

頻率

50 Hz

ISO額定出力

312MW

發電效率

58.36 %LHV

熱耗（低熱值）

9160 kJ/kWh

排氣溫度

594°C

NOx排放量

25 ppm

CO排放量

10 ppm

一拖一聯合循環凈出力

465MW

一拖一聯合循環凈效率

59.5 %LHV

二拖一聯合循環凈出力

930MW

二拖一聯合循環凈效率

59.5 % %LHV

2.M701F5型燃氣輪機

三菱M701F5燃氣輪機壓氣機有17級，而透平則有4級，該型燃機采用了三菱G、J型燃機熱通道先進技術，并對各系統進行了優化，經濟指標較好。

機組主要技術參數如下：

頻率

50 Hz

ISO額定出力

385 MW

發電效率

41.9 %LHV

熱耗（低熱值）

8,592 kJ/kWh

排氣溫度

630 °C

NOx排放量

25 ppm

CO排放量

10 ppm

一拖一聯合循環凈出力

566 MW

一拖一聯合循環凈效率

62.0 %LHV

二拖一聯合循環凈出力

1,135 MW

二拖一聯合循環凈效率

62.2 %LHV

五、F級燃氣輪機的比較

F級燃氣輪機單循環功率較大，熱效率高，啟動運行靈活，適合電網調峰需求，在國內裝機最多，其中三菱、西門子、GE占了F級燃機絕大部分份額，安薩爾多在2014年與上海電氣合作以來，在國內得到了快速發展，該型燃機性能較為穩定，經濟指標較好。

當前燃氣輪機技術發展迅速，幾乎每年各廠家都會有改進機型推出，對燃機壓氣機、燃燒器和透平部件進行優化，經濟性能均有一定提升。各制造廠家的燃機熱耗、效率等重要指標呈互相追趕的趨勢，因此在燃機機型選擇中應將最新機型參數作為參考，并關注燃機核心部件的優化升級。

以國內應用較多的F級升級機型為例，對比三菱、西門子、GE、安薩爾多機組主要性能參數如下：

燃氣輪機廠家

三菱

M701F

GE

9F.06

西門子

SGT5-4000F

安薩爾多

AE94.3A

燃氣輪機出力（MW）

385

342

329

340

燃氣輪機熱耗率（kJ/kWh）

8592

8,768

8780

9045

燃氣輪機效率

41.9%

41.1%

41%

40.3%

燃氣輪機排氣溫度

630

618

599

593

壓氣機壓比

/

18.5

21.1

/

聯合循環出力（1拖1）MW

566

508

475

495

聯合循環效率（1拖1）

62%

61.1%

59.7%

60.3%

燃燒室NOx排放（ppm）

25

25

15

50

注：表格內容來自于廠家官方網站最新數據（2020.12.17）

從上表可以看出，三菱最新M701F型燃氣輪機容量最大，聯合循環效率最高，達到了62%，GE9F.06次之，西門子安薩爾多AE94.3A、西門子SGT5-4000F效率相對較差。

拓展知識：