M701F燃机联合循环电厂设备选型及设计优化

１余热锅炉给水泵选型
Ｍ７０１Ｆ燃气一蒸汽联合循环发电机组配用三
位高，这时给水泵转速跟踪高压汽包水位、转速增 加，使中压给水压力增加，即使中压调节阀关小， 也可能使中压给水流量继续增加，导致中压汽包水
燃气轮机发电技术
第１０卷
位更高；相反的情况仍然存在；即采用ｌ台液力调 速泵无法同时满足高／中压汽包水位的调节９。除非 采用定速泵，采用阀门调节。 （２）高压旁路冷却用水问题。高压旁路冷却水 是在机组跳机时使用，其压力和流量必须在任何工 况下都能保证，那势必要求其从给水泵抽头位置压 力尽量大，这样不仅使给水泵流量选型增大，而且 其转速不能低于确保旁路冷却水压力的相应转速， 次则大大限制液力调速节能效果；同时，当机组跳 机，还必须保证给水泵高速运转，给整个水位控制 带来困难。 因此，要求给水泵的配置方案，既能保证汽包 水得到有效的控制调节，又能使给水泵在不同负荷 下有节能效果，并且可以采用液力调速方式；同时 又能保证高压旁路冷却水流量和压力。经过研究， 采用高中压给水泵分泵，既高压泵使用液力调速泵， 中压泵使用定速泵，高压旁路冷却用水由中压给水 泵供给，认为这是最佳选用方式，其优点在于： （１）高压泵只供水给高压系统，高压泵的容量 及压力容易确定，采用液力偶合器，主要调节以转 速调节为主，辅以阀门调节；此方式不仅有利于节 能，同时有利于水位调节控制。 （２）中压泵采用较小流量的定速泵，流量控制 采用阀门节流控制，控制简单可靠，高压旁路冷却 水其压力和流量也可以保证，由于总流量较小，其 总效率损失不大。 （３）据了解，某些电厂采用高中压合泵的定速 泵，其虽解决了控制和高压旁路冷却水的问题，但 对于调峰机组来说，其能量损失非常大，厂用电较 高，浪费能源。
燃气轮机发电技术
第ｌＯ卷
但跨度５４ ｍ、起重量达１０５ ｔ天车在国内电厂 较为少见，其运行可靠性要求高、设计较复杂，东 部电厂选用了国际知名ＫＡＮＥ设计制造的产品。 （３）综合成本降低。由于主厂房内减少了ｌ排 天车承重柱，使得机组的占地面积相应减少，进一 步降低投资。 （４）辅助设备布置灵活方便。由于不单设发电 机检修吊车梁及柱，使得燃机、汽轮机及发电机的 辅助设备布置的空间更大、布置更加灵活压缩空气管道及罩壳风机、 闭式水箱等布置。
泵，不仅可以减少设备（也减少了相应液压蝶阀， 电动大阀门），减少占地，而且运行操作更简单： ①在满负荷时３台循环水泵运行，在部分负荷时可 停运１台循环水泵，在晚上停机时，可以停运２台 循环水泵，这样更有利于节省能量；②３台循环水 泵，如有任何ｌ台有问题可以互为备用，运行备用 方式简单，只是循环水泵流量取稍大，２台泵可以 满足３台机组基本需要。 在选择循环水泵时，考虑到循环水泵必须保证 高的可靠性，还可能经常启停，并且大鹏湾海水盐 度较高，腐蚀性较大，一般的不锈钢材料也会出现 腐蚀和冲蚀９‘确定选用双相不锈钢为泵料，且泵轴 承为陶瓷轴承，这样可以保证５年内循泵不用大修， 尽管一次投资相对较高，但运行维修费用低。 对水泵电机，选择了露天布置形式，避免了建 大厂房（由于维修泵的需要，厂房高度还要达到＞
第３／４期
金正怡：Ｍ７０１Ｆ燃机联合循环电厂设备选型及设计优化
热天然气。来自大鹏ＬＮＧ接收站的天然气设计点 温度为．８℃，燃机入１５１要求的设计点温度为１５℃， 需要对天然气进行加热。 采用燃用天然气的水浴炉来加热天然气的设计 方案被普遍采用，但是水浴炉运行起来要消耗大量 的天然气，初步计算，本厂每台机组使用水浴炉方 案每年要消耗至少１１０万ｍ３天然气，浪费了宝贵 的能源，另外水浴炉由于需要燃烧，还是调压站系 统的一部分，其布置及如何安全保证设计难度很大 另外维护成本也很高。 根据电厂处于南方地区，海水平均温度较高在 ２２℃左右，如果采用凝汽器出ＶＩ被凝汽器加热过的 循环海水，其温度还要上升８℃，平均温度达３０℃， 将天然气加热到２２℃，海水加热器端差小于８℃ 即可，而端差小于８℃的加热器设计是没有问题的， 因此利用凝汽器出口海水加热天然气在方案上是可 行的。 但是海水／天然气换热器其换热材料一般必须 用钛管，并且其工作压力高达５．９ ＭＰａ，国内单位 尚无设计制造此海水、天然气换热器的经验和业绩， 由于安全需要，必须要求制造生产厂家有类似产品 业绩；最后经过调查和招标采用了英国Ｐ＆Ｉ公司２ ×６５％容量海水加热器。 通过一年多的运行实践证明，采用凝汽器出口 海水加热天然气安全可靠，完全能满足３台机组在 不同工况不同季度的运行要求，节约了大量的天然 气。此方案为国内首创，实现了循环经济，并且有 利于环保，也大大提高了系统的安全性；每年至少 有２００万元以上效益，有巨大的节能环保示范效应。 （２）调压系统方案，原设计３台机组采用３用 ３备方案，共６条调压支路，每个调压支路由相应 的调压阀、监控阀、安全切断阀等组成。 最后经过研究决定采用三用一备调压方案，共 ４条调压支路，大大降低了投资，也节约了场地， 主要原因： ①每个调压支路，有一个主调压阀，还有一个 监控阀，监控阀实际上有备用功能，即主调压阀失 去作用时，监控阀可以实施调压作用，即每个调压 支路还有１００％的备用功能； ②三用一备，当任何一条调压支路不能工作时， 备用路可以起作用；备用支路也有１００％备用功能， 即每一路至少有２００％备用；假如有２条调压支路 同时出现问题退出时，还剩有两条调压支路可以工 作，也可以满足三台机组不停机，只是需要降低负
第１０卷第３／４期
燃气轮机发电技术
２００８年１０月
Ｍ７０ １
Ｆ燃机联合循环电厂设备选型及设计优化
金正怡
（深圳能源集团股份有限公司东部电厂，广东深圳５１８１２０）
摘要：
Ｍ７０１Ｆ机组及一些配套公用系统的设计、设备选型，原在我国没有成熟的经验，结合东部电厂一期
工程建设，进行了大胆的探索，获得了不少的经验；对东部电厂在锅炉给水泵、循环水系统、调压站，天然 气加热系统、启动锅炉等方面设备选型及设计优化工作进行总结，供同行参考。 关键词：燃气轮机联合循环电厂；辅机系统；设计优化；设备选型
１５
ｍ），露天电机更有利于电机散热，不需冷却水 对于泵推力轴承，选用了双推力轴承形式，即
及回路。 泵体一个推力轴承，承担泵的推力；电动机一个推 力轴承，承担电机的推力；这样增加可靠性，更有 利于泵的维修。（维修泵的时间，电机可以方便的 吊开，另外电机轴与泵轴的联接要求相对较低。） 对于循环水的双母管的设计方案，并且将泵安 装在海边，双母管需爬一个高度为１７ ｍ的坡后再 回落进入厂区，有意见认为此方案不是最佳，认为 可改采用涵箱引水至厂区，将循环水泵安装在厂区， 三台机组采用单元制供水，但可以通过母管相连； 机组凝汽器进水方向与出水方向分开，由发电机方 向进水，由汽机方向出水，但是由于种种原因设计 方案没能实现更改优化。 目前布置：①循环水泵房距厂区很远，增加供 电和控制的设计难度，降低了系统的安全性，巡视 也不方便；②双母管使系统连接复杂、运行操作的
过低压省煤器送到低压汽包；低压汽包水通过高 ／中压给水泵，高／中压省煤器至高／中压汽包、蒸 发器、过热器至汽轮机。 高／中压汽包水位通过高／中压给水调节系统 保证其汽包水位，另外在汽轮机汽水系统中高压 旁路冷却水还需由锅炉给水泵提供，其压力保证
≥４．０５ ２７６
ＭＰａ，流量在３０ ｔ／ｈ左右。高压蒸汽流量在
ｔ／ｈ，
ｔ／ｈ、压力为１０．３ ＭＰａ；中压蒸汽流量４１．６
压力为３．６ ＭＰａ。低压系统给水由凝结水泵提供， 故余热锅炉一般配备高／中压给水泵。 东部电厂原设计考虑使用高中压给水泵合泵， 即一个给水泵，并且采用液力调速。在对设计方案 分析时认为存在较多困难： （１）高压汽包水位调节。在余热锅炉高中压给 水及蒸发过热系统是独立的，即高中压汽包水位变 化是有各自独立特性的；液力调速的目标如果只跟 踪高压汽包水位，即使通过二级调节，即转速调节 加上调节阀调节，则有可能给中压汽包水位调节带 来反效果。如高压汽包水位低，而此时中压汽包水
０概况
压、再热、无补燃、卧式自然循环余热锅炉。锅炉 给水系统一般由凝结水泵出口经过轴封加热器，通
深圳能源集团有限公司东部电厂一期工程是我 国第一批打捆招标的９Ｆ级燃气一蒸汽联合循环电 厂项目，也是我国第一批使用进口液化天然气的燃 气机组：设计单位北京国电华北电力工程有限公司， 也是首次设计Ｆ级燃气一蒸汽联合循环电厂，在此 之前，在国内尚无可参考成熟的设计和设备选型经 验。另外，电厂设计要求高：要求全厂机组运行操 作实现全自动，实现一健启动；电厂占地面积非常 少。通过电厂员工及各单位的努力，大胆创新，东 部电厂在设备选型和设计优化方面做了大量的工 作，也取得了不少经验。东部电厂三台机组投产 第一年，就取得了发电量２７．７８亿Ｋｗｈ，可用系数 ８８％，非计划停运次数３次（其中１次由大鹏ＬＮＧ 站供气中断外部原因引起的）的突出业绩，这与在 工程建设阶段进行了大量的设备选型和设计优化工 作打下了良好的基础分不开的，其经验值得总结和 推广，可为后续工程提供参考意见。
２循环水泵及循环水系统
东部电厂单台机组循环水流量为１９
２５ ０００ ８２０～
风险加大，可靠性也不高９。③凝结器进水与出水同 侧布置，使安装施工非常困难９。④由于管道要爬坡， 循泵扬程选择被迫提高达２ｌ ｍ，（否则１７ ｍ就可 以）运行时功率大，浪费能量。
ｍ３／ｈ，取自大鹏湾海水，海水年平均温度为
０００ ｍ。
４主厂房采用大跨度设计布置
东部电厂总规划９×３５０ Ｍｗ级机组，占地总 面积只有１６．７万ｍ２，在一期设计中必须充分考虑 设备占地影响，尽量减少占地，为二期工程留下用 地。 原设计考虑了单跨和双跨（发电机和燃机／汽 机各占一跨）两个方案，经建设单位和设计院对国 际上先进电厂的调研，结合主设备和辅助设备的布 置、占地面积、建筑和建设成本等方面进行综合比 较和分析，最后确定采用了主厂房单跨布置的方案， 具体为：主厂房全部采用钢结构，横向只设一跨， 跨度为５４ ＩＴＩ，Ａ、Ｂ列设有双排柱，双排柱相距为 ４皿外排跨相距６２ｍ；两台机组中心线距离为４０ｍ， 一期主厂房长度为１２８ ｍ（其中８ ｍ为二期先建）， 此方案为国内首创，其优点非常明显。 （１）１３ ｍ平台空间大，视野开阔，非常美观， 整个１３ ｍ台层没有柱子，只有燃机、汽轮机、发 电机主体设备，其余一览无余，干净整洁不仅美观， 而且有利于设备的巡检，及机组大小修时，检修设 备的布置和工作的开展。 （２）３台机组只装设了两台１０５／２０ ｔ天车，节 约了投资，方便了利用。而对于双跨布置型式，发 电机和燃机／汽机的检修需分开考虑，每台机组必 须设有２台检修天车，３台机组共需要６台天车， 但此天车只是机组大小修才有用处，平时利用率并 不高。东部电厂２台天车既满足现场工作需要，又 适当地提高了设备的利用率。