9FA燃機

中國華電集團公司燃機協(xié)作網(wǎng)201*年第12期總第19期201*年09月28日論文節(jié)選--9FA燃機備件管理模式探討楊惠新（上海通華燃氣輪機服務(wù)有限公司）摘要：隨著9FA燃機的投產(chǎn)運行，燃機備件的重要性已引起電廠的高度重視，本文通過對影響燃機運行成本的主要因素的分析和對燃機備件使用情況的預(yù)測，提出了9FA燃機備件管理的模式，供同類型燃機電廠參考。

關(guān)鍵字：燃機備件；熱通道輪換部件；備件共享1：影響燃機運行成本的主要因素分析

目前，華東幾個投產(chǎn)發(fā)電的9FA燃機電廠已確定了試運行階段的臨時電價，而影響燃機運行成本的主要因素包括以下幾方面：固定資產(chǎn)投資額、年還貸利率、固定資產(chǎn)折舊率；天然氣氣價、天然氣發(fā)電氣耗；年發(fā)電利用時間、年發(fā)電量、廠用電率；維修費用、材料費用；人員工資、各類福利費用和管理費用等。

到目前為止，根據(jù)一段時間的運行經(jīng)驗，以上幾個方面的因素已基本確定，以下初步作一分析：固定資產(chǎn)投資額、年還貸利率、固定資產(chǎn)折舊率：幾個燃機電廠平均每臺機組的動態(tài)投資均在12億人民幣左右，平均每千瓦單位投資在3100元左右，按照固定資產(chǎn)占投資總額90%計算，一般為每臺機組11億人民幣左右；年還貸利率按5.5%計算并根據(jù)發(fā)電企業(yè)投融資的規(guī)定，貸款額占總投資的80%，因此一臺機組年還貸額度在5000萬左右；固定資產(chǎn)折舊率如果按5%計算，年折舊費為5500萬左右。

天然氣氣價、天然氣發(fā)電氣耗：盡管幾個已投產(chǎn)的燃機電廠都是用西氣東輸?shù)臍庠�，但由于地域不同、接入方式不同，氣價也不盡相同，比如江蘇幾個燃機電廠直接從西氣東輸管道接入，目前的氣價在1.20元/Nm3左右，燃料成本是影響上網(wǎng)電價的主要因素；天然氣發(fā)電氣耗主要與氣質(zhì)和機組效率等因素有關(guān)系，目前幾

個電廠的發(fā)電氣耗在0.190.21Nm3/kWh之間，如果按0.20Nm3/kWh計算，即每標準立方米天

然氣可以發(fā)5千瓦時的電量。

年發(fā)電利用時間、年發(fā)電量、廠用電率：根據(jù)國家對幾個燃機電廠項目的批復(fù)意見，燃機的年利用時間在3500小時左右，但由于新上發(fā)電項目較多，燃機又以調(diào)峰為主，可能實際利用時間會下降。以江蘇燃機電廠為例，目前定的年利用時間為3000小時。如果每臺機組出力按40萬千瓦計算，年發(fā)電量為12億千瓦時左右；各廠的廠用電率由于涉及的因素不盡相同，也有一定的差異，如果廠用電率按4%計算，年供電電量在11億5千萬千瓦時左右。

維修費用、材料費用：由于9FA燃機還沒有經(jīng)歷過檢修，因此這部分費用還需要摸索和研究，實際上這部分費用主要由熱通道輪換部件和其它備件費用、部件返廠修理費用、計劃檢修費用、日常維護費用等組成，根據(jù)國外同類機組的運行經(jīng)驗，同時根據(jù)9FA燃機目前的運行模式，以及GE公司關(guān)于9FA燃機運行維護方面的指導(dǎo)文件，經(jīng)過初步測算，一臺9FA燃機平攤到每年的備件費、修理費、檢修費、日常維護費等在3000--3500萬左右（不包括汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐和其它BOP設(shè)備的檢修費用）。而其中燃機熱通道輪換部件占的比例最大，按照初步測算，約占維修和材料費用的70-80%。

因此，在影響燃機運行成本的其它因素相對確定的前提下，如果能優(yōu)化燃機備件特別是熱通道主要部件的庫存結(jié)構(gòu)，就可以降低燃機的維修費用，從而達到降低運行成本的目的。

2：9FA燃機備件使用情況分析預(yù)測

國內(nèi)燃機經(jīng)歷了從B級、E級到F級的發(fā)展過程，通過B級、E級燃機多年的運行積累，已總結(jié)出了一套運行維護方面的可行經(jīng)驗，也了解燃機熱通道部件在運行成本中占的比例很大，相比之下，F(xiàn)級燃機的熱通道部件價格更高。GE公司關(guān)于9FA燃機熱通道部件修理和更換周期有專門的技術(shù)規(guī)范文件GER3620K[1]。通常情況下，經(jīng)過一定時間的運行后必須將熱通道部件送制造廠進行返修或進行更換，以保證燃機的安全經(jīng)濟運行。

按照目前已投產(chǎn)的半山、張家港、望亭、戚墅堰等燃機電廠的實際情況分析，同時參照GER3620K

文件，燃用天然氣的9FA機組的檢修間隔為：每經(jīng)過450次等效啟動或8000小時等效運行時間進行一次燃燒室檢查（小修），每經(jīng)過900次等效起�；�24000小時等效運行時間進行一次熱通道檢查（中修），每經(jīng)過2400次等效啟動或48000小時等效運行時間進行一次大修，判斷標準是哪個先到以哪個為準，比如等效啟動次數(shù)已到450次，而等效運行時間還未到8000小時，也要進行燃燒室檢查（小修），反之也然。

表1是根據(jù)GE公司關(guān)于9FA燃機熱通道部件修理和更換周期的技術(shù)規(guī)范文件GER3620K翻譯的表格：

表1：PG9351(FA)熱通道主要部件修理和更換周期

PG9351(FA)部件修理周期更換周期(按運行小時)更換周期（按啟動次數(shù)）火焰筒CI5(CI)5(CI)蓋帽CI5(CI)5(CI)過渡段CI5(CI)5(CI)燃料噴嘴CI3(CI)3(CI)聯(lián)焰管CI1(CI)1(CI)端蓋6(CI)3(CI)1級靜葉HGPI2(HGPI)2(HGPI)2級靜葉HGPI2(HGPI)2(HGPI)3級靜葉HGPI3(HGPI)3(HGPI)

1級護環(huán)HGPI2(HGPI)2(HGPI)2級護環(huán)HGPI2(HGPI)2(HGPI)3級護環(huán)HGPI3(HGPI)3(HGPI)排氣擴散段HGPI1級動葉HGPI2(HGPI)(1)2(HGPI)(3)2級動葉HGPI1(HGPI)3(HGPI)(2)3級動葉HGPI3(HGPI)(4)3(HGPI)注：修理/更換周期是指現(xiàn)有產(chǎn)品而言，除非另有說明則按制造商技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。

CI=燃燒器檢修間隔（通常我們稱為小修）HGPI=熱通道檢查間隔（通常我們稱為中修）

(1)對于現(xiàn)有設(shè)計，GE確認在第一個HGPI時進行修理，更換周期為2個（HGPI）,對于葉片平臺和冷卻改進設(shè)計的動葉其更換周期可能達到3個（HPGI）。

(2)在第一個（HPGI）時進行更新涂層則更換周期可能達到3個（HGPI）。(3)GE確認第一個（HGPI）時進行修理以滿足2個（HGPI）的更換周期壽命。(4)GE確認第二個（HGPI）時進行修理以滿足3個（HGPI）的更換周期壽命。

如果按照半山、張家港、望亭、戚墅堰燃機電廠目前的運行模式，年運行利用時間在3000到3500小時之間，主要以調(diào)峰為主，預(yù)計年等效啟動次數(shù)在300次左右，因此估計等效啟動次數(shù)將會比等效運行時間先到，以下以一臺9FA燃機為例，按照等效啟動次數(shù)對一個大修周期內(nèi)主要輪換部件和部件修理情況進行分析。分析前提條件：燃用天然氣、年等效啟動次數(shù)300次、起始時間從201*年1月開始計算。

表2：按照等效啟動次數(shù)計算檢修間隔

201*/1201*/7201*/1201*/7201*/1201*/7201*/1投產(chǎn)發(fā)電第一次燃燒第一次熱通第二次燃燒第二次熱通第三次燃燒室檢查道檢查室檢查道檢查室檢查大修按照表2分析，一個大修周期內(nèi)有3次燃燒室檢查（小修）、2次熱通道檢查（中修）、1次大修。表3：根據(jù)表1、2的檢修間隔估計所需修理和更換的主要輪換部件PG9351(FA)部件201*/7201*/1201*/7201*/1201*/7201*/1火焰筒修理修理修理蓋帽修理修理修理過渡段修理修理修理燃料噴嘴修理修理更換1級靜葉修理更換修理2級靜葉修理更換修理3級靜葉修理修理更換1級護環(huán)修理更換修理2級護環(huán)修理更換修理3級護環(huán)修理修理更換1級動葉修理更換修理2級動葉修理修理更換3級動葉修理修理更換表3中的部件均指一套，比如一套燃燒噴嘴包括18個噴嘴組件，每套動葉包括92個葉片。進口部件的采購周期一般為6個月左右，因此需要提前半年以上的時間采購，據(jù)目前了解的情況，除一級動葉、一級靜葉、護環(huán)需要進口外，其它部件已實現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)。

通過對表1中熱通道主要部件修理和更換周期進行分析，可以看出GE公司對燃機檢修間隔的規(guī)定非常嚴格，這也是GE公司根據(jù)多年燃機運行情況得出的規(guī)范性指導(dǎo)建議，因此這也是各個燃機電廠進行

檢修的依據(jù)性文件。

表2的檢修間隔就是根據(jù)表1和目前的運行模式分析得出的時間表，這是根據(jù)年等效啟動次數(shù)為300次進行計算的，可能各燃機電廠實際運行情況不盡相同，有的機組啟動次數(shù)多一些，有的機組連續(xù)運行時間多一些，而且如果機組非正常停機次數(shù)比較多，那折算出來的等效啟動次數(shù)會更多，因此表2僅僅是一個分析樣例，不同的運行模式要進行不同的計算。

表3實際上是按照表1、2進行計算得出的需要進行修理或更換的主要輪換部件，比如燃燒室部件在每次燃燒室檢查（小修）時都需要拆下來進行檢查，一般情況下燃料噴嘴組件需要送制造廠進行修理，而其它部件可以在現(xiàn)場進行檢查，如果有問題，也需要送制造廠進行修理。而動葉、靜葉、護環(huán)一般在每次熱通道檢查（中修）時，需要進行檢查，如有問題要送制造廠進行修理。根據(jù)表3可以計算出相應(yīng)需要配備的熱通道主要輪換部件，一般情況下，在第一次燃燒室檢查（小修）

前要配備好一套完整的燃燒室部件，包括火焰筒、帽蓋、過渡段、燃料噴嘴、端蓋等，盡管按照GER3620K的說明大部分燃燒室部件可以使用5個小修周期，但實際上由于燃燒工況不好等原因引起燃燒室部件損壞的情況很多，建議要多備一些。在第一次熱通道檢查（中修）前，一般要配備一套完整的動葉、靜葉、護環(huán)等熱通道主要部件，以備中修使用，考慮到這些主要部件的使用壽命為2個或3個中修周期，因此，最好根據(jù)運行情況考慮再備一些壽命相對較短的部件。另外一些日常維護所需要的備件和消耗性材料也要準備，特別是影響機組安全運行的一些設(shè)備和材

料，如軸承、油泵、重要閥門、MARK控制系統(tǒng)、勵磁控制系統(tǒng)、LCI、清洗劑等。

（未完待續(xù)，其余部分刊登在17期第2頁）

刊頭題字：賀恭

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9FA燃機介紹

9FA燃機的研發(fā)歷程

美國GE公司于二十世紀八十年代中期投入了大量資金，進行F型燃氣輪機的開發(fā)研制，主要是將飛機發(fā)動機的先進技術(shù)和部件移植到工業(yè)和發(fā)電用燃氣輪機上，從而使其性能大幅度提高。GE公司于1987年制成了首臺60Hz的MS7001F型燃氣輪機發(fā)電機組，輸出功率135.7MW，發(fā)電效率32.8%。接著，GE公司與GECAlsthom公司聯(lián)合開發(fā)，通過MS7001F型燃氣輪機的模化放大，�；�系數(shù)1.2，制成了50Hz的MS9001F型燃氣輪機發(fā)電機組，輸出功率212.2MW，發(fā)電效率34.1%。其燃氣輪機的所有部件，除軸承和燃燒室以外，都是按1.2的比例進行模化放大。第一臺MS9001F型燃氣輪機發(fā)電機組于1991年8月在美國南卡羅萊納州的格林維爾（Greenville）廠制造成功并滿意地運行。

接著，GE公司又將其MS7001FA型燃氣輪機�；�縮小，�；�比2/3，于1995年末研制成70MW等級的MS6001FA型燃氣輪機，通過齒輪箱減速，用于50Hz/60Hz發(fā)電。GE公司還與其意大利的伙伴新庇隆公司聯(lián)合開發(fā)了50Hz的9EC型燃氣輪機發(fā)電機組，該機組結(jié)合了9E燃氣輪機的設(shè)計和9F型燃氣輪機的透平段技術(shù)，使9E型燃氣輪機發(fā)電機組的性能有了較大幅度的提高。燒天然氣時，9EC型機組的額定功率達169MW，發(fā)電效率35%，首臺9EC型發(fā)電機組于1996年秋天制成。9F型燃氣輪機的結(jié)構(gòu)和性能1．9FA型燃氣輪機的結(jié)構(gòu)

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以上是9FA型燃氣輪機的縱剖面圖。該機組為典型的單軸結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的9E型燃氣輪機相比較，省去了一個中間軸承，三支承變成了雙支承。動力輸出由透平排氣端（熱端）改變?yōu)閴簹鈾C進氣端（冷端）。透平改變?yōu)檩S向排氣，有利于與余熱鍋爐的連接。其控制系統(tǒng)應(yīng)用GE公司的SpeedtronicMKV，有三冗余度，由3臺計算機分擔(dān)燃氣輪機的控制職能，三冗余的計算機或傳感器之一發(fā)生故障時，內(nèi)部的表決邏輯將透平控制重新定向于兩臺能工作的計算機和傳感器，因而有較高的可靠性。其輔機安裝在分開的底盤上，也有一定的冗余度。

9FA型燃氣輪機主要部件的結(jié)構(gòu)、性能和材料的情況如下：

壓氣機：18級軸流式，壓比15.4∶1，空氣質(zhì)量流量645kg/s。頭兩級為跨音速級，帶可調(diào)進口導(dǎo)葉，用于調(diào)節(jié)透平的排氣溫度，提高運行效率。第9級和第13級開有排氣口，以配合起動過程。其轉(zhuǎn)子是由單個葉輪用多根IN738合金鋼軸向拉桿連接成的剛性轉(zhuǎn)子，末級葉輪上附有一向心式透平槽道，將壓縮空氣引入中心孔，用于透平段的冷卻。轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速20%。

燃燒室：有18個逆流管環(huán)形燃燒室，直徑350mm，每個燃燒室有6個燃料噴嘴，共108個燃料噴嘴�？蔁�天然氣、蒸餾油和中熱值氣體燃料。兩只高能點火器分裝在兩個燃燒室上點火，各燃燒室之間用聯(lián)餡管聯(lián)餡�？梢宰⒄羝�或注水抑NOx的形成，或應(yīng)用干式低NOx（DLN）燃燒室。

9FA采用的DLN-2.6燃燒室主要由火焰筒、過濾段、導(dǎo)流襯套、帽罩、噴嘴、端蓋、前外殼和后外殼等部件構(gòu)成。其中，端蓋、噴嘴、前外殼和帽罩又形成了一個可以單獨拆卸的頭部組件。壓縮空氣由壓氣機的排氣缸流出，首先對過濾段形成沖擊冷卻，再逆流向前，流過火焰筒與導(dǎo)流襯套之間的環(huán)形空間，流向燃燒室頭部。其中，有少量空氣用于冷卻帽罩，其余空氣經(jīng)噴嘴上的旋流器進入頭部的預(yù)混區(qū)，與由燃料噴管噴出的燃料氣進行預(yù)混合，燃料/空氣混合物由預(yù)混區(qū)經(jīng)帽罩流入火焰筒，被置于2個上部燃燒室上的高能點火器點燃，火焰附著在噴嘴尖端與帽罩形成的平面上，并被火焰筒包容，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過渡段進入透平第一級噴嘴環(huán)。各燃燒室之間用聯(lián)焰管連接，未安裝點火器的燃燒室靠聯(lián)焰管聯(lián)焰而著火。每個燃燒室外的頭部均布置了6個預(yù)混噴嘴，其中5個噴嘴均布于四周，稱為外圍噴嘴。但在其中央增加了一個噴嘴。這樣，當(dāng)周圍的5個燃燒器的燃料/空氣比維持高于其貧著火極限時，可以使中央燃燒器的燃料/空氣比低于周圍的貧著火極限，同樣可以保持火焰的穩(wěn)定。由于增加了中央燃燒器，使總?cè)剂?空氣比可以比均勻地供燃料的燃燒器減到更低的數(shù)值，從而使總預(yù)混空氣量增加了6%，因而，降低了燃燒區(qū)的火焰溫度，減少了熱NOx的產(chǎn)生量。

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透平：為3級軸流式，應(yīng)用壓氣機的排氣冷卻。第1、2級動葉應(yīng)用空氣內(nèi)冷，并采用真空等離子噴涂保護涂層。第3級動葉不冷卻，但應(yīng)用堆積涂層保護。第1級動葉無圍帶，第2、3級動葉應(yīng)用整體的乙形圍帶。3級靜葉都應(yīng)用空氣內(nèi)冷，第1、2級靜葉設(shè)計成2葉片塊結(jié)構(gòu)，應(yīng)用真空等離子噴涂合金保護涂層。第3級靜葉設(shè)計成三葉片塊結(jié)構(gòu)，應(yīng)用堆積涂層保護。三級動葉圖片

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軸承：由拉桿組裝的整體轉(zhuǎn)子支承在兩個可傾瓦支持軸承上，軸向推力由雙銷軸推力瓦軸承自行平衡。排氣：排氣缸應(yīng)用加長的軸向擴壓器，減小了排氣速度。降低了排氣損失。材料和涂層：壓氣機的1～9級動葉和靜葉以及進口導(dǎo)葉的材料為C-450（Custom450），這是一種抗腐蝕的不銹鋼，可以不加保護涂層安裝在受化學(xué)侵蝕的環(huán)境中。其它級的葉片應(yīng)用加鈮的AISI403不銹鋼，同樣不加保護涂層。氣缸用球墨鑄鐵鑄造。葉輪用CrMoV鋼和NiCrMoV鋼制造。

燃燒室外的火焰筒由HastelloyX制造，后段應(yīng)用HS-188材料，內(nèi)表面加隔熱涂層。過渡段材料為Nimonic263，帶冷卻。后座為鑄造的FSX-414。外殼為SA/516-55鋼。

透平的三級動葉都應(yīng)用GTD-111材料，它是由Rene80改進了抗熱腐蝕性能而形成的，與常用的U-500材料比較，其強度提高了50%，低周疲勞性能改進了20%。動葉為精密鑄造，第一級動葉為定向結(jié)晶，頭兩級動葉應(yīng)用了CoCrAly涂層，外面再復(fù)以氧化物表層。第3級動葉采用堆積工藝的高鉻涂層，并進行了擴散熱處理。氣缸由CrMo鋼制造。軸和葉輪都是Inconel706合金。第1級噴嘴是熔模燒鑄的FSX-414鈷基超級合金。第2、3級靜葉為熔模燒鑄的GTD-222鎳基合金。第1級噴嘴加真空等離子噴涂涂層，第2級靜葉加堆積工藝涂層。氣缸由SA/516-55鋼制造，再加347不銹鋼內(nèi)襯。

燃氣輪機、輔機組件和內(nèi)部連接組件都有完全配套的罩殼，其中裝有照明系統(tǒng)、插座、CO2滅火保護系統(tǒng)、出入門、通風(fēng)系統(tǒng)和隔音層，隔音層和消音設(shè)施根據(jù)需要使用，可以滿足1m處噪聲等級85dBA的要求。9F燃氣輪機發(fā)電機組還備有一電氣設(shè)備控制室，該外箱中裝有MarkVSpeedtronic透平控制盤、發(fā)電機控制盤、馬達控制中心、帶雙充電器的機組蓄電池和勵磁系統(tǒng)。所有電氣設(shè)備都是在工廠內(nèi)組裝，并加PEECCTM（快裝電氣設(shè)備控制室）標簽。

9F燃氣輪機發(fā)電機組應(yīng)用GE公司的324S型發(fā)電機，用剛性聯(lián)軸器連接到燃氣輪機的壓氣機進氣端。這是一種氫冷發(fā)電機。有一套低速盤車設(shè)備連接到發(fā)電機的集流環(huán)端。

進口空氣過濾器一般布置在發(fā)電機上面，其濾芯水平安裝。該過濾器為“自潔型”，脈沖反吹下來的灰塵依靠重力排出。整個進氣系統(tǒng)的額定壓降為89mmH2O。此外，還有一套壓氣機水洗設(shè)備，能夠離線或在線清洗壓氣機，以清除積垢，減少堵塞，保持壓氣機的效率接近新機狀態(tài)。9F型燃氣輪機連同底盤的凈重約299噸，連同罩殼的體積約870m3。9FA燃機的性能單循環(huán)的性能

點擊查看清晰大圖聯(lián)合循環(huán)的性能

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S109FA和S209FA聯(lián)合循環(huán)機組的性能

型號凈功率凈效率MWS109FAS209FA

9FA燃機的啟動和運行（S209FA）

聯(lián)合循環(huán)電廠的起動是從燃氣輪機開始，燃氣輪機是將發(fā)電機用作電動機起動的，電網(wǎng)的供電經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)變成變頻電源，用來驅(qū)動發(fā)電機。在起動程序開始之前，循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔、閉路冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等輔機系統(tǒng)先投入運行。

當(dāng)燃氣輪機達到10%額定轉(zhuǎn)速時，供入燃料氣并開始點火，使燃氣輪機加速直到自持轉(zhuǎn)速。這時，關(guān)斷供向發(fā)電機的變頻電源，燃氣輪機繼續(xù)加速。

燃氣輪機起動后不久，透平的排氣便開始加熱余熱鍋爐。余熱鍋爐沒有燃氣輪機的排氣旁通煙囪，也不供應(yīng)輔助蒸汽，所以，整個系統(tǒng)必須同時起動。最初，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過排汽管和疏水管泄放。當(dāng)主蒸汽壓力達到某一數(shù)值時，汽輪機的密封可以起作用，凝汽器的抽氣機起動，在凝汽器中建立真空。一旦凝汽器中建立了真空，從余熱鍋爐向凝汽器的排汽閥便可打開，汽輪機可以開始暖機。根據(jù)余熱鍋爐和汽輪機允許的暖機速率，燃氣輪機可以同步和帶到選擇的負荷。汽輪機的工況跟隨余熱鍋爐的輸出而變，節(jié)流以維持一不變的蒸汽壓力，帶到80%負荷以后，再滑壓力升至100%負荷。

每一臺發(fā)電機配一臺升壓變壓器，所發(fā)電力通過升壓變壓器，連接到附近的一變電所，并入電網(wǎng)。正常運行時，電力負荷通過調(diào)節(jié)燃氣輪機的燃燒速率來調(diào)整，汽輪機跟隨燃氣輪機變負荷。當(dāng)汽輪機跳閘時，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過一系列減溫減壓站排向凝汽器，允許燃氣輪機繼續(xù)運行。如果事故的情況允許汽輪機再起動，一臺燃氣輪機將回調(diào)負荷，并完成汽輪機的再起動。如果汽輪機不能再起動，燃氣輪機可以繼續(xù)按需要發(fā)電，余熱鍋爐所產(chǎn)生蒸汽的能量通過凝汽器排向循環(huán)水系統(tǒng)。

熱耗率燃機功率MW汽機功率MWkJ/kWh63506305254.1508.2141.8289.2燃氣輪機%56.757.1390.8786.91×MS9001FA2×MS9001FA

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