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燃气蒸汽联合循环电厂主厂房设计优化研究

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：蔡春荣刘力源

[导读] 摘要：主厂房是联合循环电厂的核心建筑，主厂房布置方案优化是设计的重点。

        （中国能建广东省电力设计研究院有限公司广州 510663）
        摘要：主厂房是联合循环电厂的核心建筑，主厂房布置方案优化是设计的重点。本文针对国内某燃气蒸汽联合循环电厂，根据项目情况，结合主设备的技术特点，对主厂房布置进行设计优化研究，形成联合厂房和独立厂房两个主厂房布置方案，并详细对比了联合厂房和独立厂房的优缺点和经济指标，为同类型工程的设计优化提供借鉴。
        关键词：联合循环；主厂房布置；设计优化
        1、引言
        主厂房作为联合循环电厂的核心建筑，主机设备和主要的热力系统管线、电气设备布置其中。主厂房布置的合理性，影响着主厂房土建成本、施工组织顺序、电厂建设周期长短、电厂设备运行和维护的安全性及便利性。因此主厂房布置方案是燃气蒸汽联合循环电厂设计优化的重点。
        国内某项目建设两套460MW级燃气蒸汽联合循环热电联产机组，项目采用9F级改进型燃气轮机组。一套9F级联合循环机组每套包括一台低NOx燃气轮机、一台燃机发电机、一台蒸汽轮机、一台汽机发电机、一台无补燃三压再热余热锅炉及其相关的辅助设备。本文对项目主厂房设计优化进行讨论。
        2、主厂房设计优化影响因素
        联合循环电厂，区别于传统燃煤火电，由燃气轮机发电机组、余热锅炉及蒸汽轮发电机组组成。主厂房布置需要考虑的影响因素有机组轴系配置方式、燃机进气方式、汽轮机排汽方向和发电机放置位置等因素，详见表1。
        表1 9F级燃气蒸汽联合循环典型布置考虑因素

根据笔者统计，在国内已投运和正在建设的100多套机组中，按主机设备轴系配置特点，燃气轮机发电机组和蒸汽轮机发电机机组有三类典型的布置方案[1]，详见表2。分别为“一拖一”单轴布置方案，主要应用于调峰机组；“二拖一”分轴布置方案，常见于北方采暖机组；以及“一拖一”分轴布置方案，南方工业供汽机组多采用此类型布置。三种轴系配置方式均有大量实用业绩，成熟可靠。本项目属于南方工业供汽机组，采用“一拖一”分轴布置方式。
表2 9F级燃气蒸汽联合循环机组典型布置

根据燃气轮机进气模块布置位置，进气方式有上进气、下进气、侧进气三种方式[2]，三种进气方式对主厂房布置的影响见表3所示。由于下进气方式占地最大，成本最高，考虑本项目场地和成本限制，不在考虑之列，仅考虑上进气和侧进气方式。
表3 进气方式对主厂房布置影响

        汽轮机排汽方式，有下排汽、轴向排汽、侧向排汽三种方式，轴向排汽多采用于单轴布置机组，侧向排汽方式国内工程较少使用，暂不考虑。本项目分轴布置，采用下排汽方式。
        3、主厂房设计优化讨论
        根据上述分析和项目条件，综合布置的紧凑性和运行维护的便利性，提出了联合厂房和独立厂房两种布置方案，详见图1a和图1b所示。

        图1a 联合厂房方案         图1b 独立厂房方案
        3.1联合厂房布置方案
        燃气轮发电机组采用中位布置、汽轮发电机组采用高位布置，设置联合大厂房，燃气发电机组轴线与汽轮发电机组轴线垂直。燃机房运转层与汽机房中间层同一标高，相互连通，两套燃气轮机采用侧进气对称布置方式，从而两套燃机中间形成一个开阔的运转层平台，方便后续的安装和检修；进气模块楼面下方设置两层综合电气间，充分利用厂房容积。此方案兼顾了运行维护的便利性和布置的紧凑性。
        此种方案缺点则是，为使燃气轮机运转层与汽轮机中间层在同一大平台，需要抬高燃气轮机基础，从而相应抬高了主厂房高度，增加了厂房容积和成本；燃机发电机出线需穿过汽机房，占用较多汽机房空间，挤压了部分工艺设备和管道的布置空间。
        3.2独立厂房方案布置
        燃气轮发电机组采用中位布置、汽轮发电机组采用高位布置，燃机房和汽机房分别独立布置，汽机房布置在余热锅炉烟囱后，依次布置：燃机房、余热锅炉、汽机房。燃气发电机组轴线与汽轮发电机组轴线垂直。由于汽机房与燃机房相互独立，汽机房中间层高度可根据实际需要灵活调整，燃机房和汽机房平面尺寸可以根据实际需要灵活调整，不受对方影响。
        独立厂房方案的缺点在于：燃机和汽机的主变压器、高压厂变位于厂房两端，位置相距较远，其中一端出现需跨越汽机房，余热锅炉区，燃机房，加大了出线的距离，增加了发电机出线的投资。燃机房和汽机房分隔开，不便于统一管理。机组为岛式布置，虽然节省了厂房容积，但不能达到主厂房内大部件检修摆放的要求，大部分小零部件需要通过车辆运输到厂房外检修维护。
        3.3 两种布置方案指标比较
        联合厂房和独立厂房的尺寸指标对比如表4和经济指标对比如表5。联合厂房方案相比独立厂房方案，厂区占地和主厂房容积均要大一些，土建和管道费用要高一些，但由于汽机距离升压变较短，可以节省部分出线投资；综合来看，联合厂房和独立厂房方案成本相当，联合厂房方案略优。
        联合厂房方案燃机运转层平台较大，不仅满足便利的机组运行维护条件，而且实际土地使用率较高。考虑到联合循环机组相对于常规火力发电厂，设备的检修维护价格较高，因此对于联合循环电厂的全寿命周期经济性，可以提供更大的设备运行维护便利性。
        综上所述，联合厂房方案更有优势，本项目推荐联合厂房方案。
        表4   厂房尺寸指标对比分析表

        表5      厂房造价估算对比分析表

        4 结论
        本文总结讨论了燃气蒸汽联合循环电厂主厂房设计优化的影响因素。针对具体项目，结合影响因素，提出了联合厂房和独立厂房两种布置方式，并进行了详细对比，得出联合厂房布置方案更具优势，为同类工程设计优化提供参考。
        参考文献：
        [1]邓小文，肖小清，张俊杰.燃气-蒸汽联合循环发电机组轴系配置的思考.广东电力.2005.18（4）.1-8
        [2]施海云，黄镜欢.F级改进型燃机进气特点对主厂房布置的影响.燃气轮机技术.2014.27（2）.18-21