2023年12月13日发(作者：iqoo参数详细参数)

第34卷第1期2021年3月《燃气轮机技术》GAS

TURBINE

TECHNOLOGYVW

34

Nw

1Mar.，20219E级燃气电厂进气加热提效技术应用项目

经济可行性研究王文飞，朱鸿飞严志远（国电环境保护研究院有限公司，南京

210031）摘

要：燃气轮机的运行效率对于运行负荷十分敏感，而我国燃气轮机电厂主要承担调峰功能，燃气轮机长

期在部分负荷区间工作，系统运行效率下降明显,导致能源的极大浪费。针对部分负荷下燃气轮机效率降低

，的问题，提岀燃气电厂进气加热提效技术，并结合天津华电福源热电厂进气系统改造实践项目，从经济性的

角度论证该技术应用的可行性。研究结果表明，进气加热技术能够显著提高燃气轮机部分负荷工况运行效

率,改造项目3

a左右能收回投资，经济可行，有良好的市场应用前景。关

键

词：9E；燃气电厂;进气加热;经济性;评价;提效中图分类号:TK477

文献标志码：B

文章编号：1009-2889

（2021）

01-0064-05目前，我国燃气轮机电厂主要承担电网调峰功

此外，我国北部地区冬季寒冷，沙尘和雾霾等极

端天气常有发生，造成燃气轮机进气系统袋式粗滤

和除湿板表面结冰、结霜、堵塞，从而引起燃气轮机

能，电厂需根据电网调度的要求调整燃气轮机功率，

故很难保证燃气轮机的满负荷运行*

1-2+。常见的重

型燃气轮机均设有进气导叶（IGV），通过调节IGV

以降低燃气轮机机组出力*3_4+。但当燃气轮机负荷

进气系统差压迅速上升，危及机组正常运行*6+

o2017年3月，天津华电福源热电厂为了解决燃

气轮机联合循环低负荷运行时效率降低的问题，同

低于额定负荷的85%时，IGV调节已不能满足燃气

轮机负荷的调整，此时燃气轮机将通过降低透平前

温来减小燃气轮机负荷*5+。而燃气轮机长期在部

分负荷区间工作,将大大降低运行效率，热耗率上时防止进气系统在恶劣天气条件下出现冰堵和湿

堵*7+，委托国电环境保护研究院开展燃气轮机进气

温度控制技术研究工作。1进气加热提效技术国内外研究概况国内外关于燃气轮机进气加热技术的研究均集

中在满负荷工况，并且技术的应用主要为防止进气

系统冰堵和湿堵*

8"9+，而对于部分负荷条件下通过

进气加热提高机组效率的研究除国电环境保护研究

院和三大主机厂商外，目前国内其他科研机构和高

校还未开展。本研究的开展和技术应用将极大地提

高国内外燃气轮机领域技术人员对于燃气轮机进气

图1燃气轮机负荷率与热耗率关系曲线加热技术的认识和理解，推动燃气轮机厂家针对中

收稿日期：2020-08

-18

改稿日期：2020-10-13基金项目：江苏省“六大人才高峰”高层次人才选拔培养资助项目“江苏省天然气发电机组NO"排放控制策略及关键技术

研究应用”（JNHB080）作者简介:王文飞（1978-），男，四川自贡人，高级工程师，硕士，主要从事天然气发电及分布式能源产业政策研究、项目

经济分析等工作，E-mait:

12000472@

chnene—.

com.

cn。第1期王文飞，等：9E级燃气电厂进气加热提效技术应用项目经济可行性研究65国燃气轮机的应用现状优化机组设计。燃气轮机进气加热技术根据热源的不同可以分

为压气机抽气式加热、翅片管换热式加热、电加热

合长期运行。故从长期运行、提升燃气轮机部分负

荷运行的经济性方面考虑,采用翅片管换热式加热

技术。在现有燃气轮机进气系统条件下布置翅片管

等。目前，针对我国燃气轮机机组部分负荷运行的

特点，国电环境保护研究院、西门子、GE等研究机

构开展了翅片管换热式加热研究，利用燃气轮机电

厂的余热对燃气轮机入口空气进行加热,降低燃气

换热器*7

+，用余热锅炉热水加热方式对燃气轮机进

气进行加热。系统流程如图2所示。轮机机组发电热耗，提高联合循环机组的整体运行

经济性*7+。本技术路线的技术可行性在相关文献已有充分

论述*1,7®,而经济性论证还未有开展。本文主要从

经济性角度研究燃气轮机部分负荷进气加热提效技

术的可行性，为燃气轮机发电行业部分负荷运行优

化提供决策参考。2进气加热提效技术应用情况2.1燃气电厂概况天津华电福源热电厂位于武清开发区,是天津

重点惠民工程，也是国内首座“五联供”能源站。电

厂概况见表1o表1华电福源热电厂情况表序号类别内容1工程规模2

x

200

MW燃气-蒸汽联合循环2采暖供热面积600

m23集中供冷能力400

m24蒸汽供应能力100

mh5生活热水20万人6燃气轮机设备GE公司PG9171E型燃气轮机7燃气轮发电机QFW-136

-2无刷励磁空冷同步发

机Q1193.7/544.7

-

192.3

(35.6)

-5.

04

0余热锅炉(0.43

)/521

(217

)悬吊卧式、正压运行、双压无补燃、自然循环锅炉LCZ60

-

5.

0/0.

40/0. 4

9汽轮机型次高压、单缸、下排汽、单轴、无再热、抽凝式机组

燃气轮机

机

系

GE的

MARK

VIe

系

;

、

蒸汽10控制系统轮机及发电机控制系统是美卓公司的分

系

（

DCS）2.2进气加热方案选择通过对压气机抽气式加热、翅片管换热式加热

和电加热三种常见进气加热技术的对比研究发现:

电加热技术存在运行费用高、改造收益差的问题;压

气机抽气加热技术会导致机组效率下降*10一12+

,不适图2燃气轮机部分负荷进气加热提效系统流程图2.3进气加热系统组成燃气轮机进气加热系统由换热器组（1组换热

器）、循环水泵（2台,1用1备）、管道和控制系统等

部分组成。换热器组由多个换热器模块、支架及旁

通挡板组成,并预留凝结水收集盘、挡水板等装置安

装位置。换热器安装在燃气轮机进气室外、进口防

雨罩前，最大设计运行负荷为将12.5

C进气温度加

热到33

Co循环水泵的作用是向换热器组提供和

输送足够扬程和流量用于加热进气的余热锅炉热

水。进气加热系统设置一组共2台（100%总流量）

循环水泵，按运行时1用1备考虑。进气加热系统设置独立的控制系统,初期为了

试验调试方便采用PLC

（

procrammabie

logic

controller,可编程逻辑控制器）控制方式，项目通过

验证后将改造成

DCS

（

distributed

control

system,分

散控制系统）控制*7+o3项目经济可行性研究3.1通过对主设备的采购和安装进行询价,并依据

国家能源局发布的《火力发电工程建设预算编制与

计算规定》、《电力建设工程概算定额》（2013年版）

和《火力发电工程建设预算编制与计算规定》对投

资进行估算*

13一16+

,改造总投资为653万元,费用估表

2o3.2项目收益本项目通过利用尾部烟气余热对部分负荷燃气

轮机进气进行加热，提高机组部分负荷效率,获得经

济和社会效益。66(1)部分负荷机组效率提升收益燃气轮机技术第34卷发电热耗的降低值，再通过机组功率和运行时长计

算得到其节省的天然气价格，最终获得进气加热技

燃气轮机进气加热技术能够在机组部分负荷工

况下提高燃气轮机机组的发电效率，从而降低机组

术节省燃料收益*18+，其中电价0.598元/(dW

-

h)

热耗，节省燃料[17]o通过对进气加热前后相同工况

条件下燃气轮机机组发电效率的比较，分析计算其

(不含税)、天然气价格1.900元/m3

(不含税)，计算

结果如表3所示，共节约支出收入305.

90万元。其他费用/万元合计/万元占 静

投资

例

s%表2

项目改造投资总估算表序号工程或费用名称主辅生产工程进气系统改造设备购置费/万元安装工程费/万元一398080二用1797一、二项合计三基本预备费(3%)3981261113工程静态投资各类费用占静态投资的比例126191292四五建设期贷款利息工程

投资398表3福源热电厂单台机组进气加热逐月收益月份12平均负荷/MW122.985.8性负荷

sMWs运行时长/743695575123加热温升/r9.14.1(dJ

-

dW1

-

h-10.51热耗降低/)

(

dJ-dW

-1

-h

-1

)64.72节约支出

收入/万元32.6510.7812.550.5126.4462.83135.69135.69341279.121.421.410.010.010.015.024.5311.38119.30.490.490.470.470.470.460.470.51567123.6142.4140.329958671069127.6729.0835.2362.6062.6062.6091.828910142.6140.9131.134.2943.9260210721.6140.0511.0711129.2110.47197439.14.162.8333.2312.07120.5526.44从表3可知，福源热电厂单台机组采用进气加

热技术年收益为305.

90万元。部分负荷工况的发电效率，大大减少了温室气体排

放量。根据测算，年减少CO2排放量约3

000

t[21_22]，取得了显著社会综合效益，为该厂建立环境

友好型企业做出了突出贡献。同时，本项目技术应

(2)

进气过滤器国产化替代收益本项目采用燃气轮机进气加热技术后,提高了

机组燃气轮机进气系统抵抗高湿、低温等复杂气候

的能力，提升了燃气轮机进气系统的安全裕

度*19「20+，可用价格更低的国产进气过滤器替代价格

用大大增强了机组在冬季供热季节运行的安全性和

稳定性，为电厂圆满完成保民生供热任务创造良好

的条件*23+

o昂贵的进口过滤器，由此年节省过滤器采购费用80

万元。33-项目经济可行性分析项目经济效益分析依据国家计委《建设项目经

(3)

社会效益通过本项目技术应用大大提升了燃气轮机机组

济评价方法与参数》(第三版)、国家能源局发布的

《火力发电工程经济评价导则》及现行有关规定和 第1期王文飞，等：9E级燃气电厂进气加热提效技术应用项目经济可行性研究67财税制度，财务评价及经济效益分析原始数据见

表6敏感性因素变化情况敏感性分析成果表内部收益率/%表4

［叫投资回收期/a表4原始数据表序号项目单位数据备注1静态投资万元6532系统耗电kW2003上网电价元/

(

kW

-

h)0.598不含税4气元/m31.90不含税5维护费用万元/a46所得税%257增值税%178城乡建设维护税%79教育税附加%510基准收益率%8项目主要经济可行性分析指标见表5。表5财务评价指标汇总表号指标名称单位标

备注1静

投资万元6532得税

目

投资内%57.13得税

投资

期a2.754所得税后项目投资内部收益率%44.35所得税后投资回收期a3.266项目资本金内部收益率%44.37投资%51.98资本金净利润率%39.3经济性分析可见:本项目投资内部收益率为

44.3%，大于电力行业一般规定的8%

,也高于银行

长期贷款利率;静态投资回收期为3.26

a。通过对

项目投资内部收益率、投资回收期、财务净现值等财

务数据分析，说明本项目具有较好的经济效益*25+'

3.4经济敏感性分析为了考察投资额、气价对项目经济效益的影响,

在其他边界条件相同的情况下，作单因素敏感性

分析*26+

'财务指标对投资的敏感性分析见表6

o投资下浮10%49.102.98投资下浮5%46.573.12投资653万元44.303.26投资上浮5%42.253.39投资上浮10%40.403.53财务指标对气价的敏感性分析见表7。表

7

性分

成

表幅度内部收益率/%投资回收期/a气价下浮20%34.283.93气

下浮

10%39.273.56气价1.900元44.303.26气价上浮10%49.393.01气

浮

20%54.522.80注:气价为不含税价格。同时，由敏感性分析可见：当投资、气价在一定

范围内波动时，财务内部收益率、投资回收期仍然能

满足评价要求。可见，项目具有较强的抗风险能力,

财务评价可行［27］'3.5项目经济性验证2018年10月，业主委托第三方（华北电力科学

研究院）开展性能考核试验,结果表明:本技术在燃

气轮机部分负荷下能够提升该机组联合循环发电效

率0.

89个百分点以上，年节能经济收益大于400万

元,项目投资回报期小于3

a。可见，本技术的应用能明显提高燃气轮机机组

部分负荷下的效率,创造良好的经济收益，同时，还

有效解决了北方地区进气系统冰堵和湿堵问题，显

著增强了燃气轮机机组复杂气候条件下的运行安

全性。4结论本文从经济性角度分析得出，进气加热技术在

天津华电福源热电厂的应用中，项目改造投资总额

约653万元,投资内部收益率达到44-

30%，投资回

收期为3.26

a,具有很好的投资回报。投运后经第

三方单位性能考核试验结果表明，实际运行经济性

超过项目设计情况，经济社会效益显著，获得了极大

的同行关注度,有较强的行业示范效应。60燃气轮机技术第34卷参考文献：[1]

郝洪亮，孙国斌，刘军，等・9E级燃气轮机部分负荷进气加热提

[14]

王振霞.日本天然气发电经验与政策[J]

•中国能源，2016,

3006:34-30,9.效技术研究与工程应用[J]

•燃气轮机技术！

2019,32

(04

)：

34-30.[15]

刘志坦，王文飞•我国燃气发电发展现状及趋势*

J]

•国际石油,2010,26(12):43-50.[16]

刘志坦，李玉刚，王凯•中国燃气电厂烟气排放现状及政策趋势[2]

WILCOX

M,

KURZ

R,

BRUN

K,

et

al. TechnoOgy review

of

modern

gas

turbine

inlet filtration systems[

J].

International

Journal

of

Rotating

Machine—,

2012,

40(

12)

:

2306

-

2307.[J]

•中国电力，2018,51(1)

:

147-153.[17

]梁鸣芳，匡建超，王众•天然气建设项目投资方案优选模型研究[3]

李立，闵华山.9F燃气轮机进气过滤系统升级改造[J]

•华电技

[J]

•天然气技术,2009,3(1):

74-76.[

10

]

DEBABRATA

L,

GOKUL

A.

Liie

cscae

cosioieaecieiciis

geneeaiion

ieom

biomasgasiiiee[

J]

.JouenaaoiEneegsand

Powee

术,2010,40(4)：25-27.[4

+

MIKHAYLOV

V,

KHOMENOK

L,

SHERAPOV

V.

Problems

in

ceeaiion oimodeen

aieinaeiiiaieesoipoweegasiuebinepaanisin

Enginee/ng,

2013(11):

siaand

meihodsoiiheiesoaiing

[

J]

.

TheemaaEngineeeing,

2016,

63(0)：

529-535.[19]

秦刚华，李硕平•

9F级燃气-蒸汽联合循环机组总体性能优化[J].

力

设,2006,27(0):

41-44.[5]

祖航,王秋颖•环境温度及负荷率对燃气-蒸汽联合循环热电联

[20]

屠进，许平•半山天然气发电厂主机选型及系统配置[J]

•电力设,2004,24(0):

9-11,17.产机组性能的影响*

J]

•华电技术,2019,41(11)

:

49-52.[6]

唐健，龚伟，严晶•燃气轮机空气过滤系统选型和配置分析[J]•

热力透平,2015,44

(3

):188-191.[21]

刘志坦，王文飞•煤改气:“集中气”代“分散煤”是当前最优路

径*

N]

•中国能源报,2016-09-19(004)

•[22]

殷建平，邱凌越•我国天然气发电产业发展及其定价机制研[7

+朱鸿飞，孙国斌，刘军，等•部分负荷进气加热提效技术在F级燃

机的应用研究[J]

•节能,2019,38(09)

：23-24.[8]

赵丽娟•论PG9351FA燃气轮机的进气加热系统[J]

•燃气轮机

究一#兼析美国和欧盟促进天然气发电产业发展的经验做法

[J].

论 ,2019(06):60-64.技术.2006,19(4):

15-19.[9]

冯湘斌.9F燃气轮机压气机进气过滤器改造[J]

•燃气轮机技

[23

+王绍民,王文飞•对东北气电发展的思考——基于能源、电力结

构布局状况分析*

J] •电力科技与环保,2019,35(05)

:

43-46.[24]张运洲，黄碧斌.中国新能源发展成本分析和政策建议[J]•

术,2010,31(01):

60-65,72.[10]

王晓飞，王清勤，赵力，等•空气过滤器组合效率及选型研究

中国

力,2010,51(1):

10-15.[25

+张运洲,刘俊,张晋芳，等•中国新能源“后补贴时期”发展分析[J]

•中国电力,2019,52(4):

1-7.[26

] The

guideline

of

investment

project

feasibility

study

(投资项目可

[J]

•建筑科学,2016,32(6)

:

45-49.[11]

杨环宇，李晶,陈志鑫，等•

9F燃气轮机进气过滤系统的优化改

造*

J]

•科技创新与应用,2016(36)

:

63.[

12]

uaaieaieiiaieesioegeneeaaieniiaaiion

deieeminaiion

oi

ihe

iiaieaiion

peeioemance:

EN779-2012

[

S

]

. Beu seas:

BSI

Siandaed

Pubaicaiion,

2012.行性研究指南英文版)[M].北京：中国电力出版社，2002:

14-15.[27]田鑫，石永锋,方继辉，等•基于全寿命周期成本理论的燃气轮

机进气系统优化研究[J]

•热力发电,2018

,47(7)

:46-51.[13

+王文飞,刘志坦•我国两部制电价制度对天然气发电企业盈利

能力的影响*

J]

•天然气工业,2020,40(07)

:

Economic

Feasibility

Study

of

9E

Gas

Power

Plant

Inlet

Heating

TecCnology

Application

ProjecUWang

Wenfei,

Zhu

Hongfei,

Yan

Zhiyuan(Guodian

Environmental

Protection

Research

Institute

Co.

,

Ltd.

,

Nanjing

210031,

China)Aisrac4:

Theopeeaiion

eiiciencsoigasiuebineisieessensiiiieioiheopeeaiingaoad,

whiaeihegasiuebinepaaniin

Chinamainas

undeeiakesihepeak

aoad

eeguaaiion

g-ieem

opeeaiion

oigasiuebinein

paeiiaaaoad

eangegeeaiaseeducesihesssiem

opeeaiion

eiiciencsand

aiihepeobaem

ihaiiheeiiciencsoigasiuebineiseeduced

undee

partial

load,

this

paper

puts

fowvard

the

technology

of

improving

the

efficienco

of

gas-fired

power

plant X

air

inlet

heating,

and

demonsieaiesiheieasibiaiisoiiheiechnoaogsappaicaiion

ieom

iheeconomicpoinioiviewcombiningwiih

ihepeaciicaapeoeecioiiheaie

inaeisssiemieansioemaiion

oiTianein

Huadian

Fusuan

eaech

eesuaisshowihaiiheiniakeheaiingiechnoaogs

can

signiiicaniasimpeoveiheopeeaiion

eiiciencsoigasiuebinesundeepaeiiaaaoad

onsieuciion

peoeecican

eecovee

iheinvesimeniin

abouiiheeeseaes,

which

iseconomicaasieasibae,

and

hasagood

maekeiappaicaiion

words：9E；

gas

power

plant；

inlet

heating；

economy；

evaluation；

efficienca

improvement