2006年10月電力設(shè)雀@eOct. 2006第7卷第10期Elecrical EquipmentVol.7 No. 10大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化何語(yǔ)平(浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江省杭州市310014)摘要:為了使我國(guó)正在建設(shè)的一批大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠投資省、效率高、投產(chǎn)后具有較好的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要。文章對(duì)影響大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠效率的各種因素進(jìn)行了深入的研究,對(duì)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)選型蒸汽系統(tǒng)、參數(shù)選擇、余熱鍋爐和汽輪機(jī)選型、機(jī)組軸系配置、動(dòng)力島布置等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，并提出了明確的優(yōu)化結(jié)論。關(guān)鍵詞:發(fā)電廠;燃?xì)廨啓C(jī);天然氣;聯(lián)合循環(huán)發(fā)電;設(shè)計(jì)優(yōu)化中圖分類號(hào):TM611.24;TM611.31為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境,國(guó)家決定利用西循環(huán)就是利用燃?xì)廨啓C(jī)做功后的高溫排氣在余熱鍋爐氣東輸和進(jìn)口液化天然氣( LNG)等清潔能源建設(shè)- -中產(chǎn)生蒸汽, 再送到汽輪機(jī)中做功,把燃?xì)庋h(huán)(勃萊批大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠。我國(guó)在“十五”、“+一敦循環(huán)) 和蒸汽循環(huán)(郎肯循環(huán))聯(lián)合在一起的循環(huán)。五"規(guī)劃中把以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電列人重燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)流程圖見(jiàn)圖1,溫度-熵值(T-S)點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,本著“以市場(chǎng)換技術(shù)"的原則，近幾年來(lái)圖見(jiàn)圖2。國(guó)家已先后進(jìn)行了3次打捆招標(biāo),在實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備制造本土化和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化方面取得了良好成果。天然(是高效清潔能源，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)圖一蘭"組燃用天然氣將極大地改善環(huán)境污染問(wèn)題。燃用天D2deq朝青棚環(huán)然氣沒(méi)有粉塵、沒(méi)有灰渣。天然氣幾乎不含硫,因而客。幾乎沒(méi)有SO,排放。由于采用低NO,燃燒器,NO.的排放也降到極低的程度。又由于天然氣成分中主要圖1燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)圖2燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)是CH,煙氣中CO2的排放也大大減少。流程圖的T-S圖目前我國(guó)打捆招標(biāo)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的大型燃?xì)廨啓C(jī)根據(jù)熱力學(xué)原理,理想熱力循環(huán)(卡諾循環(huán))的效率為的單機(jī)功率已超過(guò)250MW，熱效率已超過(guò)36%;所組η=1-T2/T(1)成的聯(lián)合循環(huán)的功率已達(dá)到390 MW ,熱效率已達(dá)到56.7%~58.5%，比目前先進(jìn)的超臨界、超超臨界火式中,T為熱源平均吸熱溫度;T:為冷源平均放熱溫度。式(1)表明,熱源平均吸熱溫度越高,冷源平均放電機(jī)組的效率(40% -45% )高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。在電廠投資方面,根據(jù)華東地區(qū)西氣東輸?shù)拇笮?熱溫度越低,則循環(huán)效率越高。單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(江蘇戚墅堰、望亭、張家港、杭州燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)中的高溫?zé)嵩礈囟?透平初半山均為老廠擴(kuò)建)的可行性研究統(tǒng)計(jì),投資估算為溫)高達(dá)1100~1300C,其熱源平均吸熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高3104~3356元/kW,比帶脫硫裝置的300MW燃煤蒸于蒸汽循環(huán)常采用的主蒸汽溫度540~603C的熱源平均吸熱溫度;聯(lián)合循環(huán)中的冷源平均放熱溫度(凝汽輪機(jī)電廠的造價(jià)低17. 8% ~ 23.9%。我國(guó)天然氣價(jià)格相對(duì)較高,為使建成后的電廠投汽器溫度)29 ~ 32 C遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般燃?xì)庋h(huán)的排氣溫資最省、效率最高,投產(chǎn)后具有較好的效益，對(duì)大型天度450-640 C。也就是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)從非常高然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面而系統(tǒng)的研究和的高溫?zé)嵩次鼰?向盡可能低溫的冷源放熱,因此聯(lián)合循環(huán)的熱效率比組成它的任何一個(gè)循環(huán)的熱效率優(yōu)化至關(guān)重要。都要高得多。1聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化目前蒸汽循環(huán)凝汽器的真空隨外部循環(huán)冷卻水的水溫、冷卻方式和真空系統(tǒng)的不同而略有變化,一1.1 提高聯(lián)合循環(huán)效率的途徑般為0. 04 ~0.05 kPa(a) ,其相應(yīng)的溫度為29 ~32 C,聯(lián)合循環(huán)是把2個(gè)使用不同工質(zhì)的獨(dú)立的動(dòng)力循已難以降到更低。而燃?xì)庋h(huán)的透平初溫,近年來(lái)隨環(huán)，通過(guò)能量交換聯(lián)合在一起的循環(huán)。燃?xì)庹羝?lián)合著葉片材料和冷卻技術(shù)的提高還在不斷提高。因此2電力設(shè)備第7卷第10期提高聯(lián)合循環(huán)效率的首要途徑就是選擇透平初溫較高壓比的燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度較低,雖然就燃?xì)廨啓C(jī)本高的燃?xì)廨啓C(jī)。理論研究證實(shí)",提高燃?xì)廨啓C(jī)的初身而言,高壓比的效率比低壓比的高,但余熱鍋爐的溫,可以使聯(lián)合循環(huán)的效率大大提高。能量利用率蒸汽參數(shù)和蒸汽循環(huán)效率都較低;而低1.2余熱鍋爐的補(bǔ)燃 與不補(bǔ)燃?jí)罕鹊娜細(xì)廨啓C(jī)的排氣溫度較高,雖然就燃?xì)廨啓C(jī)本所謂補(bǔ)燃,即在余熱鍋爐中再補(bǔ)充燃燒- - 部分燃身而言,低壓比的效率比高壓比的低，但蒸汽循環(huán)得料(氣體、液體或固體燃料均可) ,增大余熱鍋爐的產(chǎn)以利用成熟的高溫高壓和再熱技術(shù)，可取得蒸汽部分汽量,并提高主蒸汽參數(shù)(不補(bǔ)燃余熱鍋爐的主蒸汽的高效率?？梢?jiàn),在燃?xì)廨啓C(jī)初溫一定時(shí),燃?xì)廨啓C(jī)溫度受到燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的限制),由此可以增大排氣溫度存在著最佳值[。燃?xì)廨啓C(jī)效率、聯(lián)合循環(huán)整體效率與燃?xì)獬鯗睾推啓C(jī)的功率。早期的燃?xì)廨啓C(jī)初溫較低,排氣溫度也較低,組成燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的函數(shù)關(guān)系分別見(jiàn)圖3和圖4。不補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)時(shí)所能匹配的汽輪機(jī)參數(shù)必然也很40低,因此聯(lián)合循環(huán)的效率不高。采用補(bǔ)燃后,就可與高s 35001000參數(shù)的汽輪機(jī)相匹配，使聯(lián)合循環(huán)的效率得以提高。900理論研究表明(21 ,隨著燃?xì)獬鯗氐牟粩嗵岣?余熱300350400450500s5C300 350 400 450 500 550 600鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽參數(shù)已經(jīng)很高。少量補(bǔ)燃后,如保持蒸汽參數(shù)不變,一般總會(huì)使聯(lián)合循環(huán)的效率下降;如圖3簡(jiǎn)單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)圖4聯(lián)合循環(huán)效率與燃?xì)獗３终羝亢陀酂徨仩t的節(jié)點(diǎn)溫差不變而提高蒸汽參效率與排氣溫度的關(guān)系輪機(jī)排氣溫度的關(guān)系數(shù),有可能略微提高聯(lián)合循環(huán)的效率,但此提高的潛力圖3、4中,t為燃?xì)獬鯗?近年來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)的初溫不大。由于材料和節(jié)點(diǎn)溫差的約束,蒸汽參數(shù)提高的均在1 100-1200 C以上。從圖3可見(jiàn)，當(dāng)簡(jiǎn)單循環(huán)余地也不多,補(bǔ)燃過(guò)多就只能用以增加蒸汽量了。因的排氣溫度為400 ~ 450 C時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)效率最高。將此,隨著燃?xì)廨啓C(jī)初溫的不斷提高,新建發(fā)電廠現(xiàn)在已圖4與圖3進(jìn)行對(duì)比可知,聯(lián)合循環(huán)效率的最佳點(diǎn)為很少采用補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)方案了。目前補(bǔ)燃的余熱鍋550 ~ 600 C ,向排氣溫度高的方向發(fā)生了移動(dòng)。爐大多只用于熱電聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合循環(huán)中，通過(guò)增減補(bǔ)燃近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的大型燃?xì)廨啓C(jī),在燃?xì)獬鯗靥崃渴巩a(chǎn)汽量具有靈活性,以求得熱負(fù)荷和電負(fù)荷可以高的基礎(chǔ)上都提高了排氣溫度,其目的是為了取得整獨(dú)立地調(diào)節(jié);并提高聯(lián)合循環(huán)在低負(fù)荷下的熱效率。體聯(lián)合循環(huán)的高效率。因此要獲得整體聯(lián)合循環(huán)的不補(bǔ)燃的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主要優(yōu)勢(shì)有:最大效率,不能僅僅選擇高效率的燃?xì)廨啓C(jī),選擇盡①熱效率高。當(dāng)把燃用天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)的初溫提可能高的燃?xì)獬鯗?、?duì)于聯(lián)合循環(huán)最佳的壓比和排氣高到1300C以后,聯(lián)合循環(huán)效率已超過(guò)56%,近期有溫度才是更重要的因素。即只有既兼顧到燃?xì)廨啓C(jī)望達(dá)到60%。②鍋爐和廠房體積較小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投循環(huán)的效率，又兼顧到蒸汽輪機(jī)循環(huán)的效率,才能獲資費(fèi)用低。③系統(tǒng)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠性高，現(xiàn)已達(dá)到得聯(lián)合循環(huán)的最大效率。93% ~ 98%。④啟動(dòng)快。2燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型選擇1.3燃?xì)廨啓C(jī)效率的選擇經(jīng)理論推導(dǎo)”，在不補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)中,整套聯(lián)由于E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗剌^低(1124 C),合循環(huán)效率自身效率要比F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)低3~4個(gè)百分點(diǎn)。其排η。=η。+(1-ng)●●力。(2)氣溫度僅為538C,蒸汽循環(huán)不能再熱，其聯(lián)合循環(huán)式中,7。為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的毛效率;nmw為余熱鍋的效率要比F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)低4 ~6個(gè)百分點(diǎn)。因而爐效率;。為汽輪發(fā)電機(jī)組毛效率。E級(jí)聯(lián)合循環(huán)電廠的上網(wǎng)電價(jià)較高。從式(2)中可見(jiàn)，提高燃?xì)廨啓C(jī)效率ηo比同等程另外，由于E級(jí)機(jī)組容量較小，需要“2 +1"(2臺(tái)度地提高余熱鍋爐效率η和汽輪機(jī)效率刀。對(duì)于改善燃機(jī)帶1臺(tái)汽機(jī))組成的聯(lián)合循環(huán)容量才能達(dá)到聯(lián)合循環(huán)效率η。的效果更為明顯。因此在設(shè)計(jì)聯(lián)合383.7 Mw。因而設(shè)備增多、系統(tǒng)復(fù)雜、占地較大。循環(huán)時(shí)，首先應(yīng)選擇功率和效率都能滿足要求的燃?xì)釫級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組單位容量的占地面積為F級(jí)聯(lián)合輪機(jī)作為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn),然后再?gòu)恼麄€(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率循環(huán)機(jī)組的2倍,E級(jí)改進(jìn)型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組單位容量和投資角度來(lái)考慮余熱鍋爐和汽輪機(jī)的系統(tǒng)和形式的占地面積也為F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的1.27倍[4)。是否配置合理的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多方面的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較,我們得出這樣的1.4燃?xì)廨啓C(jī)排 氣溫度的選擇結(jié)論:在我國(guó)東部天然氣價(jià)格相對(duì)較高的地區(qū)建設(shè)大在聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)中,燃?xì)廨啓C(jī)效率并非越高越型聯(lián)合循環(huán)電廠,不宜選用E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)作為基本機(jī)好。在聯(lián)合循環(huán)中,燃?xì)廨啓C(jī)效率取最大值,并不能型,也不宜選用E級(jí)改進(jìn)型作為基本機(jī)型。F級(jí)燃?xì)獾玫阶顑?yōu)化的聯(lián)合循環(huán)的效率。當(dāng)燃?xì)獬鯗匾欢〞r(shí)，輪機(jī)是我國(guó)東部地區(qū)建設(shè)天然氣發(fā)電390 MW級(jí)聯(lián)合燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)專題何語(yǔ)平:大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化l3循環(huán)電廠的首選機(jī)型'5]。缸中做功。采用三壓蒸汽系統(tǒng)，可使排煙溫度進(jìn)一步通過(guò)“以市場(chǎng)換技術(shù)”,我國(guó)已形成了哈爾濱動(dòng)降到80~90 C。力集團(tuán)( (以下簡(jiǎn)稱哈動(dòng)力)-美國(guó)通用電器公司(GE) .(3)氽熱鍋爐再熱系統(tǒng)的選擇。早年的燃?xì)廨喩虾ｋ姎饧瘓F(tuán)(以下簡(jiǎn)稱上海電氣)-德國(guó)西門子公司機(jī)排氣溫 度較低,大多低于538 C,所配的蒸汽循環(huán)(Siemens)和東方電氣集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱東方電氣)-日本不宜采用再熱方案。近年來(lái)排氣溫度高于584 C的三菱公司( Mitsubishi)3家大型燃?xì)廨啓C(jī)制造集團(tuán)，他大型燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)了，具備了為余熱鍋爐提供足夠的們所制造的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)性能如表1所示。高溫?zé)崃坑靡詫?shí)現(xiàn)雙壓或三壓再熱循環(huán)的可能性。隨著蒸汽循環(huán)由單壓變?yōu)殡p壓和三壓,由無(wú)再熱向再表1 F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)性能制造集團(tuán)名稱哈動(dòng)力-GE 上海電 氣Siemens東方電氣三菱熱發(fā)展,聯(lián)合循環(huán)的效率都會(huì)有一-定程度的提高。研究表明《%,三壓聯(lián)合循環(huán)的效率比雙壓聯(lián)合循環(huán)的效燃機(jī)型號(hào)PC9351FAV94. 3AM701F凈功率/MW255. 6267270率大約提高1% ;雙壓和三壓采用再熱后,聯(lián)合循環(huán)效凈熱耗率均能再提高0.8% ~0. 9%。9 7579 3029 424/kJ .kwh-1(4)余熱鍋爐煙氣阻力的選取。這里需要指出凈效率/%36.938.738.2的是,隨著余熱利用率的提高，余熱鍋爐換熱面積將1 400(第- -燃?xì)獬鯗谻1 320級(jí)靜葉前)增加,余熱鍋爐煙氣側(cè)的阻力將有所提高,也就是燃排氣溫度/C60976586氣輪機(jī)的排氣背壓將有所提高,這將引起燃?xì)廨啓C(jī)功聯(lián)合循環(huán)型號(hào)S109FA GUD1S. 94.3A MPCPI -701F率和效率有所下降。計(jì)算表明'6) ,1 kPa的壓降會(huì)使燃390.892398氣輪機(jī)的功率和效率下降0.8%,因此在聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)6 35062746316優(yōu)化時(shí)要綜合考慮這一因素。余熱鍋爐及煙道的阻力按聯(lián)合循環(huán)設(shè)備采購(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[7規(guī)定,對(duì)于單壓、雙壓56.77.457.0系統(tǒng)配置1 +1,三壓再熱1+1,三壓再熱 1 +1,三壓再熱和三壓余熱鍋爐分別為2.5.3.03.3 kPa。(5)余熱鍋爐蒸汽溫度的確定。在不補(bǔ)燃的聯(lián)這3家燃?xì)廨啓C(jī)制造集團(tuán)生產(chǎn)的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)合循環(huán)中,余熱鍋爐高壓蒸汽的溫度受到燃?xì)廨啓C(jī)排機(jī)組具備以下特點(diǎn):①單機(jī)容量大，都在250 Mw等煙溫度的限制。 燃?xì)廨啓C(jī)選型確定后，其排氣溫度一級(jí),“1 +1"(1臺(tái)燃機(jī)帶1臺(tái)汽機(jī))的聯(lián)合循環(huán)功率已定,余熱鍋爐高壓蒸汽的溫度--般比燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫達(dá)到390 MW。②專為燒天然氣而設(shè)計(jì)，也可燒備用度低 25 -40C。當(dāng)然聯(lián)合循環(huán)高壓蒸汽溫度的確定輕柴油。③燃?xì)獬鯗馗?因而燃?xì)廨啓C(jī)自身的效率也還 與余熱鍋爐過(guò)熱器和汽輪機(jī)高壓部件的材料選擇高。燃?xì)獬鯗鼐^(guò)1 300 C,燃?xì)廨啓C(jī)效率為的經(jīng)濟(jì)合理性有關(guān)。同樣,中壓蒸汽和低壓蒸汽的溫36.9%-38.7%。④排氣溫度高(584-640C),給蒸度則比它們各自所在的余熱鍋爐受熱面積上游的燃汽循環(huán)留有較大的余地，蒸汽循環(huán)可采用較高參數(shù)的氣溫度低11 C左右”。三壓、再熱循環(huán),因而整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率較高，達(dá)到(6)余熱鍋爐蒸汽壓力的優(yōu)化。蒸汽參數(shù)的優(yōu)化56. 7% ~57. 4%。⑤燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)上均采用軸向排氣，主要是高壓蒸汽壓力的選擇，國(guó)外研究表明9] ,隨著高排氣阻力小，而且便于余熱鍋爐布置。燃?xì)廨啓C(jī)均采壓蒸汽壓力的提高，聯(lián)合循環(huán)效率有一一定程度的提高，用壓氣機(jī)冷端拖動(dòng)發(fā)電機(jī),便于安裝運(yùn)行和維護(hù)。升至一個(gè)較高的最佳值后開(kāi)始下降。優(yōu)化后的高壓蒸汽壓力不是很高,通常在高壓到超高壓的范圍內(nèi)。對(duì)3余熱鍋爐蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化150 MW級(jí)的汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，哈動(dòng)力- GE和東方電氣三菱(1)提高余熱鍋爐效率的途徑。由于不補(bǔ)燃的推薦選擇 高壓蒸汽壓力在10 MPa左右，上海電氣-余熱鍋爐是利用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽和Siemens 推薦選擇的高壓蒸汽壓力為13 MPa。熱水,排煙損失是它最主要的熱損失,因此降低余熱(7)聯(lián)合循環(huán)蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化方向。在燃?xì)廨嗗仩t排煙溫度是提高余熱鍋爐效率的唯一途徑。機(jī)型號(hào)確定后,應(yīng)根據(jù)所用燃料種類燃料價(jià)格、負(fù)荷(2)單壓、雙壓和三壓蒸汽系統(tǒng)的選擇。在單壓方式 、投資費(fèi)用經(jīng)濟(jì)效益和建設(shè)周期等因素來(lái)選擇蒸汽系統(tǒng)中，因低溫段煙氣的熱量未能充分利用，因蒸汽系統(tǒng)。我國(guó)東部地區(qū)天然氣價(jià)格較高,對(duì)聯(lián)合循此單壓余熱鍋爐不能將排煙溫度降低到較低的水平,環(huán)電廠的運(yùn)行成本和上網(wǎng)電價(jià)有較高的要求,希望電- -般僅能控制在160 ~ 200 C。當(dāng)燃用幾乎不含硫的廠有較高的效率。因此選擇高壓高溫的三壓再熱蒸天然氣時(shí),可以進(jìn)一- 步降低排煙溫度,但燃料成本相汽循環(huán)是非 常合適的。對(duì)較高。在設(shè)計(jì)余熱鍋爐時(shí)可以采用雙壓或三壓蒸4蒸汽循環(huán)給水加熱和除氧方式的選擇汽系統(tǒng)，即在余熱鍋爐中除了產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽外，還產(chǎn)生中壓或低壓過(guò)熱蒸汽,補(bǔ)人汽輪機(jī)的中、低壓(1)蒸汽循環(huán)的給水加熱。為了盡可能地利用14電力設(shè)備第7卷第10期燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱,聯(lián)合循環(huán)的給水加熱在余熱鍋爐軸向排氣的中/低壓汽輪機(jī)中進(jìn)行。為了盡可能地降低余熱鍋爐的排煙溫度,與黃合器的高壓汽輪機(jī)1同燃煤電廠相反,送往余熱鍋爐的給水溫度一般較低。(2)凝汽器真空除氧。燃用幾乎不含硫的天然氣時(shí),哈動(dòng)力- GE和東方電氣三菱推薦最理想的除氧方案是選用帶除氧功能的凝汽器,在凝汽器中進(jìn)行真空除氧,這就給余熱鍋爐提供了除過(guò)氧的、最低溫度的給水。這些低溫給水在余熱鍋爐尾部的給水預(yù)熱器中圖5雙缸軸向排汽汽輪 機(jī)剖面圖進(jìn)一步吸收低溫?zé)煔獾臒崃?致使鍋爐排煙溫度降到80 ~90 C。上海電氣- Siemens公司也推薦采用三壓再熱帶除氧凝汽器的熱力系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水的除氧在凝汽器中進(jìn)行,在啟動(dòng)階段,該公司在凝結(jié)水預(yù)熱器的下游還配備了旁路除氧器,用來(lái)除去啟動(dòng)階段凝結(jié)水中較多的O2和CO2。本5余熱鍋爐的爐型選擇圖6雙缸向下 排汽的汽輪機(jī)剖面圖余熱鍋爐按汽水循環(huán)方式可分為強(qiáng)制循環(huán)和自行;另一種是單軸配置，即燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)共同拖然循環(huán)2種。自然循環(huán)的余熱鍋爐一般采用臥式布動(dòng)1臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行。置，而強(qiáng)制循環(huán)的余熱鍋爐一般采用立式布置。2種7.1多軸配置余熱鍋爐各有特點(diǎn),對(duì)于燃用天然氣的聯(lián)合循環(huán)電廠多軸配置分為:①1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組排氣送來(lái)說(shuō),這2種爐型都是可以接受的。人1臺(tái)余熱鍋爐,產(chǎn)生的蒸汽帶動(dòng)1臺(tái)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)我國(guó)目前打捆招標(biāo)建設(shè)的大型天然氣聯(lián)合循環(huán)組，即多軸的“1 +1"方式。②2臺(tái)或多臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電電廠均為臥式布置自然循環(huán)的余熱鍋爐。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組的排氣送人各自匹配的余熱鍋爐,所產(chǎn)生的蒸汽無(wú)循環(huán)泵、廠用電少、可用率高于強(qiáng)制循環(huán)的余熱鍋共同送到1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組中,即所謂“2+ 1”等方式。爐2個(gè)百分點(diǎn)。多軸配置的聯(lián)合循環(huán)電廠,燃?xì)廨啓C(jī)可快速啟動(dòng),在20min內(nèi)帶上滿負(fù)荷,調(diào)峰能力強(qiáng)。但設(shè)備和.6聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的選擇系統(tǒng)較復(fù)雜,全廠的調(diào)節(jié)控制也較復(fù)雜,占地也較多。(1)聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)特點(diǎn)。聯(lián)合循環(huán)中的汽輪7.2單軸配置機(jī)一般不對(duì)外抽汽，而是向中壓缸和低壓缸內(nèi)補(bǔ)人中隨著大容量、高效率、高可靠性/可用率的F級(jí)燃?jí)赫羝偷蛪赫羝?。要求它的中、低壓缸比常?guī)電廠氣輪機(jī)的投運(yùn) ,近年來(lái)出現(xiàn)了將1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)軸向排的汽輪機(jī)增大通流能力,并要求其凝汽器比常規(guī)電廠氣,排往同一 _軸線 上的余熱鍋爐,燃?xì)廨啓C(jī)冷端出軸和增大換熱面積。汽輪機(jī)末級(jí)效率和排汽環(huán)形面積的1臺(tái)汽輪機(jī)共同拖動(dòng)1臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的配置方式。大小對(duì)聯(lián)合循環(huán)尤為重要,必須進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)與制單軸配置的特點(diǎn)是:①單軸配置時(shí)只需要1臺(tái)容造。聯(lián)合循環(huán)中的汽輪機(jī)必須適應(yīng)聯(lián)合循環(huán)快速啟量較大的發(fā)電機(jī)、1臺(tái)主變壓器、1臺(tái)高壓廠用變壓器動(dòng)的要求,汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取必要的措施[0]。和1套高壓配電設(shè)備,機(jī)組啟動(dòng)時(shí)通過(guò)變頻器向發(fā)電(2)聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的汽缸及排汽形式。適合機(jī)提供變頻交流電，發(fā)電機(jī)以同步電動(dòng)機(jī)方式啟動(dòng)燃于三壓再熱單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的汽輪機(jī)有雙缸(高壓氣輪機(jī)，取消了多軸配置時(shí)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電氣系統(tǒng)缸及中/低壓缸合缸)軸向排汽和雙缸(高/中壓缸合和設(shè)備得以簡(jiǎn)化。②燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)可共用1套缸及低壓缸)向下排汽2種形式。前者為地面層低位潤(rùn)滑油系統(tǒng)。機(jī)組的控制系統(tǒng)和運(yùn)行也得到了簡(jiǎn)化。布置;后者為高運(yùn)轉(zhuǎn)層布置。上海電氣- Siemens公司③布置極為緊湊,燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)均安裝GUD1S.94.3A單軸聯(lián)合循環(huán)三壓再熱的雙缸軸向排在較小的廠房?jī)?nèi)，汽水管道和電纜短捷,占地較少。汽汽輪機(jī)剖面圖(["如圖5所示，哈動(dòng)力-GE公司④取消旁路煙囪.汽輪機(jī)故障時(shí)余熱鍋爐的蒸汽經(jīng)S109FA單軸聯(lián)合循環(huán)三壓再熱的雙缸向下排汽的汽100%容量的旁路進(jìn)人凝汽器。但余熱鍋爐不能停輪機(jī)剖面圖如圖6所示。爐,必須隨燃?xì)廨啓C(jī)- - 道運(yùn)行。這種高效，可靠和緊湊的系統(tǒng)和布置很快為各國(guó)7聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的軸系配置電力部門所接受,應(yīng)用日益廣泛。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的軸系配置"”)有2種形式:一種是7.3 單軸配置的2種方式多軸配置，即燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)分別拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)(1)發(fā)電機(jī)尾置方式。以哈動(dòng)力- GE公司燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)專題何語(yǔ)平:大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的設(shè)計(jì)優(yōu)化S109FA和東方電氣-三菱公司M701F為代表的燃?xì)饨M軸向行走)。 這些獨(dú)立廠房彼此并列布置,廠“房--端外輪機(jī)+向下排汽的汽輪機(jī)+發(fā)電機(jī)的連接方式,簡(jiǎn)稱布置主變壓器,廠房另-端外露天布置余熱鍋爐。發(fā)電機(jī)尾置方式。這種連接方式的發(fā)電機(jī)位于機(jī)組香港龍鼓灘( Black - Point)天然氣發(fā)電廠是我國(guó)端部,發(fā)電機(jī)出線和檢修時(shí)抽轉(zhuǎn)子比較方便。但汽輪最早建設(shè)并投運(yùn)的F級(jí)單軸聯(lián)合循環(huán)電廠.該廠8套機(jī)在中間,汽輪機(jī)向下排汽使整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組必須S109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采取這種布置格局的動(dòng)力布置在較高的運(yùn)轉(zhuǎn)層上。島區(qū)平面布置方式。國(guó)內(nèi)打捆招標(biāo)采用哈動(dòng)力-GE(2)發(fā)電機(jī)中置方式。以上海電氣- Siemens公公司S109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的天然氣電廠,均采司GUD1S.94.3A為代表的燃?xì)廨啓C(jī)+發(fā)電機(jī)+3S離用多套并列的獨(dú)立廠房的布置。如第1批打捆招標(biāo)合器+軸向排汽汽輪機(jī)的連接方式，簡(jiǎn)稱發(fā)電機(jī)中置的杭州半山天然氣發(fā)電工程和第2批打捆招標(biāo)的寧方式。這種連接方式的汽輪機(jī)位于端部，便于實(shí)行軸波鎮(zhèn)海天然氣發(fā)電工程每套機(jī)組的主廠房跨度為向排汽。整套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組可安裝在位置較低且造28m,毗鄰的輔助廠房跨度為12m,燃?xì)廨啓C(jī)空氣過(guò)價(jià)較低的板式基礎(chǔ)上,廠房的高度也隨之降低。這種濾器擱置在輔助廠 房屋頂上。主廠房和輔助廠房長(zhǎng)連接方式在發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)之間增加了3S 離合器，67m。2套機(jī)組之間留有12m的空擋,埋設(shè)循環(huán)水管可以在汽輪機(jī)安裝完成之前燃?xì)廨啓C(jī)提前投產(chǎn)發(fā)電;并作為消防通道。2套機(jī)組的中心距為52 m。在汽輪機(jī)故障停下來(lái)檢修時(shí)不影響燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循國(guó)內(nèi)第2批打捆招標(biāo)采用上海電氣- Siemens公環(huán)發(fā)電。但由于發(fā)電機(jī)置于燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)之間，.司GUD1S.94.3A單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的天然氣電廠,當(dāng)發(fā)電機(jī)檢修需要抽轉(zhuǎn)子時(shí)必須橫向平移發(fā)電機(jī)。也采用這種多套并列的獨(dú)立廠房的動(dòng)力島布置。如上海電氣-Siemens公司的典型設(shè)計(jì)是在主廠房?jī)?nèi)配杭州蕭山、河南鄭州和中原天然氣發(fā)電工程主廠房跨置起重量為370t的重型行車,將發(fā)電機(jī)整體吊到廠度均為29m，毗鄰的輔助廠房跨度均為9m,燃?xì)廨啓C(jī)房一側(cè)的檢修區(qū)內(nèi)進(jìn)行檢修。空氣過(guò)濾器擱置在輔助廠房屋頂上。主廠房和輔助廠房長(zhǎng)均為52 m。3套并列的上海電氣- Siemens公司8聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的動(dòng)力島布置的CUDIS. 94. 3A單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(3 x 390 MW)組聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的總體布置因機(jī)型不同和軸系配成的天然氣發(fā)電廠的動(dòng)力島布置見(jiàn)圖7。置不同而具有多種多樣的布置方案。文獻(xiàn)[13]中對(duì)5656m“1 +1"雙軸、“2+1”三軸、1套“1 + 1"單軸和多套并列的“1 +1”單軸4種F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的動(dòng)力島布置形式進(jìn)行了比較,這4種動(dòng)力島布置形式的單位容量占地面積匯總于表214。.表2各種動(dòng)力 島布置形式的F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組總體布置的單位容量占地面積比較量量聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的"1+1”“2+1"一套"1+1” 多套并列的動(dòng)力島布置型式雙軸三軸單軸"1+1"單軸單位容量占地44.5-45.234.0-37.5 30.7-32.7 25.6-29.5 .8m-230m面積/m2. MW -圖73套GUDIS.94.3A單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的動(dòng)力島布置從表2可見(jiàn)，多套并列的單軸機(jī)組方案布置最緊8.2 M701F 單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組大跨度連通廠房湊,其單位容量的占地面積最省。模式的動(dòng)力島布置多套并列的F級(jí)“1 + 1"單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組完全實(shí)這種布置模式的特點(diǎn)為:多套單軸機(jī)組橫向布置行單元制的緊湊布置、單元制的建設(shè)、單元制的運(yùn)行、在一個(gè)62 m的大跨度連通廠房?jī)?nèi),共用1臺(tái)檢修行車。單元制的管理和檢修,而且擴(kuò)建非常方便。這是近年國(guó)內(nèi)第1批打捆招標(biāo)采用東方電氣-三菱公司M701F來(lái)國(guó)際上具有多套單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的大型天然氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的天然氣電廠,其中北京京豐熱電電廠的布置趨勢(shì),也是我國(guó)建設(shè)大型天然氣聯(lián)合循環(huán)廠和深圳東部電廠采用了這種大跨度連通廠房的模式。電廠最佳的布置形式。多套并列的F級(jí)“1 +1"單軸深圳前灣電廠和廣東惠州電廠雖也采用了連通聯(lián)合循環(huán)機(jī)組有以下2種廠房布置模式”]。廠房的模式,但為了減小行車跨度,將燃機(jī)-汽輪機(jī)-發(fā)8.1 S109FA 和GUD1S. 94. 3A單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)電機(jī)單跨廠房改為24.5 m的發(fā)電機(jī)廠"房和37.5m的組獨(dú)立廠房模式的動(dòng)力島布置燃機(jī)-汽輪機(jī)廠房這樣的連續(xù)雙跨廠房,總跨度仍為這種布置模式的特點(diǎn)為:每套機(jī)組縱向布置在各自62.0m,每跨廠房各自采用1臺(tái)檢修行車。獨(dú)立的廠房?jī)?nèi)， 有各自獨(dú)立的檢修行車( 行車的大車沿機(jī)為了讓開(kāi)連通廠房?jī)?nèi)行車的通道,東方電氣-三菱16電力設(shè)備第7卷第10期公司M701F單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的空單 軸機(jī)組橫向布置在一個(gè)大跨度連通廠房?jī)?nèi),這樣的氣過(guò)濾器置于主廠房外燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段的下方，連續(xù)雙跨廠 房這2種廠房布置模式。利用燃?xì)廨啓C(jī)基座下方的空間布置進(jìn)氣道。10參考文獻(xiàn)9結(jié)論[1]蔡睿賢. 余熱鍋爐式燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)近似熱力學(xué)分析[J].(1)提高聯(lián)合循環(huán)電廠效率的首要途徑是選擇透工程熱物理學(xué)報(bào),1981 ,2(4) :304 - 309.平初溫較高的燃?xì)廨啓C(jī)。要獲得聯(lián)合循環(huán)的最大效[2] 蔡睿賢.補(bǔ)燃對(duì)常規(guī)聯(lián)合循環(huán)效率的影響[R].中國(guó)工程熱物率,不能僅僅選擇高效率的燃?xì)廨啓C(jī)，選擇盡可能高的理學(xué)會(huì)第八屆年會(huì)燃?xì)獬鯗芈?lián)合循環(huán)最佳的壓比和排氣溫度是更重要[3] 何語(yǔ)平,大型天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化[].中國(guó)電力，的因素。即只有既兼顧到了燃?xì)庋h(huán)的效率，又兼顧2003 ,36(11):37 -40.到了蒸汽循環(huán)的效率,才能獲得聯(lián)合循環(huán)的最大效率。[4 ] Rolf Kehlboler. Combined- cycle gas & sleam turbine power plants[R]. ABB Power Generation.(2)建設(shè)大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠,不宜采用補(bǔ)[5] 何語(yǔ)平.大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的選擇[J].燃的聯(lián)合循環(huán)方案,補(bǔ)燃的余熱鍋爐大多只用于熱電中國(guó)電力，2003, 36(12): 7-12.聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合循環(huán)中。在不補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)電廠中，提[6]焦樹(shù)建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，高燃?xì)廨啓C(jī)的效率比同等程度地提高余熱鍋爐和汽2000.輪機(jī)的效率對(duì)于改善聯(lián)合循環(huán)效率的效果更為明顯。[7] ISO 3977: 191/Amd. 1: 1995(E) Cas turbine - proeuement(3) PG9351FA、V94.3A和M701 F3種F級(jí)燃?xì)鈇mendment 1. Basic procurement information for combined - cycle輪機(jī)機(jī)型的單機(jī)容量大、燃?xì)獬鯗馗?、排氣溫度?由plants.它們組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的效率較高。它們均采用[8] L 0 Tormlinson, D L Chase, T L Davidson, et al. CE combined -軸向排氣,排氣阻力小，而且便于余熱鍋爐布置。燃cycle product line and perdormance[R]. GE Power Generation氣輪機(jī)均采用壓氣機(jī)冷端拖動(dòng)發(fā)電機(jī),便于安裝運(yùn)行CER-3574D.和維護(hù)。這3種F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)是我國(guó)建設(shè)天然氣發(fā){9] Rolf Kehlhofer. Combined - cycle gas & steam turbine power plants[R]. ABB Power Ceneration電390MW級(jí)聯(lián)合循環(huán)電廠的首選機(jī)型。(4)降低余熱鍋爐的排煙溫度是提高余熱鍋爐[10] 何語(yǔ)平. 大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠對(duì)汽輪機(jī)的選擇[].中國(guó)電力，2004, 37(4): 5-8.效率的唯一途徑,大型聯(lián)合循環(huán)電廠應(yīng)選擇高壓高溫[11] 西門子發(fā)電部. 采用空冷凝汽器的King's Lynn 347 MW單軸的三壓再熱蒸汽循環(huán)。最理想的給水除氧方案是選聯(lián)合循環(huán)電廠[R].1997, 5用帶除氧功能的凝汽器。聯(lián)合循環(huán)中的汽輪機(jī)一般[12] 何語(yǔ)平. 大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠機(jī)組的軸系配置[J].不對(duì)外抽汽，而是向中壓缸和低壓缸內(nèi)補(bǔ)人中壓蒸汽中國(guó)電力，2004, 37(8): 7-9.和低壓蒸汽。適合于三壓再熱單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的[13] 何語(yǔ)平， 大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠F級(jí)機(jī)組動(dòng)力島布置的優(yōu)汽輪機(jī)有雙缸軸向排汽和雙缸向下排汽2種形式?；痆J].中國(guó)電力，2005. 38(10): 56 -64.，(5)大型聯(lián)合循環(huán)的機(jī)組的軸系配置越來(lái)越廣(14] 何語(yǔ)平. 大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠不同機(jī)型總體布置與占地泛地采用高效、簡(jiǎn)單、可靠、緊湊的單軸布置。燃?xì)廨喌谋容^[J]中國(guó)電力，2005, 38(7): 31 -36.機(jī)+汽輪機(jī)+發(fā)電機(jī)的軸系配置方式和燃?xì)廨啓C(jī)+發(fā)電機(jī)+離合器+汽輪機(jī)的軸系配置各有其優(yōu)點(diǎn)。(6)多套并列的F級(jí)“1+1”單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組收稿日期: 2006-08 -08完全實(shí)行單元制的緊湊布置、單元制的建設(shè)、單元制作者簡(jiǎn)介:何語(yǔ)平(1945-)，男，高級(jí)工程師(教授級(jí))，從事火力發(fā)的運(yùn)行、單元制的管理和檢修,擴(kuò)建非常方便。這是電廠設(shè)計(jì)研究。近年來(lái)國(guó)際上大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的布置趨勢(shì)。它有每套機(jī)組縱向布置在各自獨(dú)立的廠房?jī)?nèi)或多套(責(zé)任編輯羅翠蘭)Design Optimization of Large Natural Gas Combined Cycle Power PlantHE Yu- ping(hejiang Electric Power Design Institute, Hangzhou 310014，China)Abstract: It is very im portant to optim ize design for saving investm ent, high effic iency and better cconomic benefits of buildinglarge natural gas combined cycle power plant in China. The paper studied the various factors, W hich affected efficiency of largenatural gas combined cyele power plant. The design for combined cycle system, the type selecting of gas turbine, steam system,parameter option, remaining beat biler and the type selecting of steam turbine and unit shaf ting, power island arrangement etc.was optim ized, and the def inite optim ization conclusion was put forw ard.Keywords: power plant; gas turbine; natural gas; com bined cycle power generatin; design optm ization