单轴燃气蒸汽联合循环电站特点

1、M701F单轴燃气-蒸汽联合循环电站特点【摘要】：本文以联合循环电站为基础，介绍F级大型单轴燃气-蒸汽联合循环电站的特点，对联合循环发电工程的主设备和辅助设备等动力岛设备的技术参数和设计特点作了较全面的介绍。【关键词】：单轴，联合循环，特点1 概述2003年3月，在国家发改委组织的第一捆F级大型燃气-蒸汽联合循环电站打捆招标项目（10个电厂，共23台机组）中，某汽轮机厂和某国外著名燃机厂商组成的联合体中标了其中4个电厂共10台机组，其中某电厂共3台机组。某电厂为广东液化天然气接收站和管线项目的配套下游工程，厂址位于深圳市西部南头半岛，离深圳市中心区约15公里。电厂规模为6套350MW等级的单轴

2、联合循环发电机组，分两期建设，一期建设3套。每套机组的配置由一台燃气轮机（C）、一台蒸汽轮机（S）和一台发电机（G）组成单轴联合循环机组，按燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的顺序排列，如图1所示。丛发电机端看，机组转向为顺时针方向。联合循环机组的铭牌出力达到400MW左右，效率57。机组运行模式为两班制运行，使用寿命25年。图1 单轴机组轴系布置简图2 联合循环热力系统联合循环机组热力系统主要由余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器和凝结水泵等设备和管道组成。燃气轮机的排气进入余热锅炉，加热余热锅炉中的水产生蒸汽驱动蒸汽轮机作功，如图2所示。M701F燃气轮机的排气温度达到600左右，因此选用三压再热式余热锅炉

3、，即汽轮机除了高压进汽及低压补汽外，汽轮机高压缸排汽与余热锅炉中的中压供汽相混合，再进入余热锅炉的再热器吸热，以提高汽轮机中压进汽温度。低压汽水系统产生压力为0.428MPa、温度为248.7的过热蒸汽49.6 t/h，供到蒸汽轮机低压缸中作功；中压汽水系统产生的蒸汽与蒸汽轮机高压缸排汽相混合后，经中压再热器再热，产生压力为3.35MPa、温度为566的再热蒸汽306.7 t/h，供到蒸汽轮机中压缸中作功；高压汽水系统产生压力为9.93MPa、温度为538的主蒸汽276.5 t/h，供到蒸汽轮机高压缸中作功。由燃气轮机排入余热锅炉的燃气温度为600，流量为2240.9 t/h。低压汽水系统的节

4、点温差为5.5，接近点温差为1；中压汽水系统的节点温差为9.1，接近点温差为3.3；高压汽水系统的节点温差为9.7，接近点温差为4.3。图2 联合循环热力系统简图3 联合循环机组主设备及主要技术参数3.1 燃气轮机燃气轮机是某国外著名燃机厂商研制的F级，干式、低NOx排放的重型燃气轮机。ISO标准状态下性能参数见表1。表1 燃气轮机在ISO标准状态下性能参数型号功率效率T3*T4压比流量MW%kg/sM701F27038.2140058617651该燃气轮机压气机、燃烧室和透平采用整体式结构，具有水平中分面，在冷端输出功率。压气机为17级，压气机进口装有一级可转导叶，用以适应机组变工况运行和防

5、止机组启动、停机期间喘振，在第6、11和14级静叶后，分别设置防喘振抽气口和透平冷却空气的抽气口；燃气透平为4级，采用空气冷却，因此可以采用较高的透平进口初温T3*。燃烧室为环管型燃烧室，由20个预混式低NOx燃烧器组成，每个预混式低NOx燃烧器由8个预混式主喷嘴和1个位于中心部位的值班喷嘴组成。M701F燃气轮机本体长约13.75米，宽约5.8米，高约5.5米，总重达370吨。其结构如图3所示。在性能保证条件下75%100%负荷时，NOx排放量25ppm。进气室压气机段燃烧室段透平段排气扩压段排气缸气流方向压气机支撑燃机支撑排气支撑燃气轮机转子由位于进气缸和排气缸里的两个径向可倾瓦支持轴承支

6、撑，在进气缸里还安装有推力轴承，保持转子的轴向位置，这也是整个单轴机组的死点位置。图3 M701F燃气轮机结构简图3.2 蒸汽轮机蒸汽轮机由某汽轮机厂制造，为单轴、双缸、双排汽凝结、再热式机组。机组额定转速3000r/mim，额定出力129.4MW，额定进汽压力高压为9.93MPa(a)，中压为3.35MPa(a)，低压为0.428MPa(a)；额定进汽温度高压为538，中压为566，低压为248.7；排汽压力为7.20KPa(a)。汽轮机高中压合缸，高中压汽轮机为冲动式，低压汽轮机为反动双流式。高压和中压分别有8级叶片，低压为7X2级叶片，末级叶片长30英吋（762mm）。蒸汽轮机结构如图4

7、所示。汽轮机采用全周进汽，没有调节级，运行时调节阀全开，在60负荷到满负荷之间为滑压运行，低于60负荷采用定压运行。采用滑压运行能够使蒸汽轮机可以多发出一些附加的功率，同时在部分负荷时，能够使蒸汽轮机的排汽温度基本上保持不变。为了充分在余热锅炉中利用燃气轮机排气余热，汽轮机系统中不设置加热给水的蒸汽加热器，因此汽轮机不设置抽汽口。汽轮机配有全套100容量的高压、中压、低压旁路系统，以满足联合循环机组在快速启动、停机甩负荷或紧急停机情况下系统的要求。图4 蒸汽轮机结构简图3.3 发电机发电机采用国外技术。额定功率为409.7MW，额定容量为482MVA，额定电压20kV，额定功率因数0.85，额

8、定转速3000r/min，频率50Hz。该发电机采用全氢冷冷却方式，定子绕组采用氢气间接冷却，转子绕组采用氢气直接冷却，氢气压力为0.4MPa(g)。发电机作为启动同步电动机，起动电源从6.3kV厂用电引接，通过静态变频启动装置（SFC-Static Frequency Convertor）将燃机加速至自持速度或稍高于自持速度。三台机组共用2套变频启动装置（SFC）。3.4 余热锅炉余热锅炉采用美国NE公司技术。余热锅炉型式为三压、再热、无补燃、卧式、自然循环锅炉，不设旁路烟囱。余热锅炉总的烟气侧阻力保证值为3.3kPa，保证工况下余热锅炉热效率为86.46，排烟温度90。余热锅炉及其辅助设备

9、为室外布置，烟囱出口高度为80米。余热锅炉配备100容量的高-中压给水泵2台，1台运行，1台备用。余热锅炉模块数目为18个，模块最大安装重量为180吨。3.5 联合循环机组主要技术参数在性能保证100%负荷工况条件下，联合循环机组出力为371.53MW，热耗为6355kJ/kWh；冬季100%负荷工况条件下，联合循环机组出力为401.05MW，热耗为6302kJ/kWh；夏季100%负荷工况条件下，联合循环机组出力为351.21MW，热耗为6383kJ/kWh；ISO100%负荷工况条件下，联合循环机组出力为399.24MW，热耗为6298kJ/kWh。在自动控制下，联合循环机组能够在30%到

10、100%额定负荷的（无汽机蒸汽旁通工况）工况下稳定运行。机组的最小稳定负荷30%，在高于该最小稳定负荷（蒸汽旁路阀关闭）时，汽机可以稳定运行。联合循环机组的启动时间见表2。机组在100额定负荷运行的耗天然气量约为47.9t/h。表2 联合循环机组启动时间启动类型时间（分钟）冷态启动（停机超过72小时）不超过210温态启动（停机大于10小时但不足72小时）不超过140热态启动（停机大于1小时但不足10小时）不超过80极热态启动（停机少于1小时）不超过804 主要辅助系统和设备在整台单轴联合循环装置中，除了燃气轮机、蒸汽轮机、发电机和余热锅炉这4大部件外，还必须配备一系列必要的辅助系统和设备，如润

11、滑油系统，燃气系统，控制油系统，冷却水系统，燃机进气过滤系统，压气机叶片清洗系统等等。整个单轴联合循环机组共用1套润滑油系统，配有2台100容量的电动主油泵，一运一备。系统还配置有蓄能器、冷油器、过滤器、温控阀和调压阀等设备。燃气供应系统由燃气加热器、燃气过滤器（Y型）和一组压力、流量调节阀组成，向燃气轮机燃烧室提供天然气。为提高燃气轮机效率，燃烧室入口处天然气温度被加热到200。燃机进气系统包括进气过滤器和进气道。进气过滤器为两级板式（非自清式）过滤器，采用两面进气方式。滤芯过滤进口空气中的粉尘颗粒，对于尺寸大于5微米的颗粒，平均过滤效率超过99.5，满足燃气轮机的清洁度要求。进气道采用下进

12、气方式，由水泥通道组成，在进气道中安装有入口消音器组件和导流板等组件。燃气轮机经过长时间运行以后，由于叶片结垢，压气机的效率会逐步下降，叶片清洗系统向压气机入口喷射水来清洗压气机叶片，分为在线和离线两种模式。5 主厂房布置特点多套并列的F级“1+1”单轴联合循环机组有2种厂房布置模式，第1种为整体厂房结构，即多套单轴机组横向布置在一个大跨度连通的厂房内；第2种为独立厂房结构，即每套机组有各自的独立厂房。深圳某电厂采用连通厂房的结构，一期建设的3台机组布置在一个整体厂房内，主厂房长度为130m，宽度为62m，机组中心线间距40m，电厂效果图如图5所示，主厂房平面图如图6所示。一期建设3台机组的中央集控室布置在厂房的固定端。为了减小行车跨度，将燃机-汽轮机-发电机厂房分为24.5m的发电机厂房和37.5m的燃机-汽轮机厂房的连续双跨厂房，总跨度为62m，每跨厂房各自采用1台检修行车。蒸汽轮机采用向下排汽，机组中心线标高为13.76m，运转平台标高为13m，中间层标高为6.5m，主厂房断面图如图7所示。每台燃气轮机的进气过滤装置布置在主厂房外燃气轮机排气扩散段下面，利用燃气轮机基座下方的空间布置进气道，即燃机的进气采用我们通常所说的下进气方式。图5 电厂效果图图6 主厂房平面简图图7 主厂