1　簡　介 　　浙江半山天然氣發電工程是浙江省配合西氣東輸工程建設的唯一一個大型發電項目。由于我國西部的天然氣資源寶貴，生產成本較高，且輸送路途遙遠，管輸成本較高，到達浙江杭州地區的門站氣價預計將達1．37元／m3，新疆塔里木盆地西氣東輸的天然氣的低位熱值為36345 kJ／m3，折合單位低位熱值氣價0．0377元／MJ。標準煤價按350元／t計，則單位熱值價格為0．012元／MJ，僅為天然氣的1／3弱，因此天然氣價格對電價十分敏感。浙江半山天然氣發電工程選用當前技術成熟的350 MW級燃氣－蒸汽聯合循環發電機組共三套。由于氣價高，半山工程對提高聯合循環效率十分關注，以降低電價成本。 　　燃氣－蒸汽聯合循環發電機組有四大主機，分別是燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機和發電機，其配置為一臺或多臺燃氣輪機以及相應數量的余熱鍋爐與一臺汽輪機組成單軸和多軸兩大類。燃氣輪機是燃氣－蒸汽聯合循環發電機組關鍵設備，其選型對機組性能和電廠經濟性的影響最大。本工程應選擇典型的發電用大容量重型燃氣輪機。當前技術成熟運行業績較好的燃機，代表型號分別是E級（包括E級改進型）及F級。同時，配置相應的余熱鍋爐及汽輪機。 [b]2　主機選用 [/b]　　2．1　燃　機 　　2．1．1　“E”級燃機 　　“E”級燃機是100 MW級燃氣輪機的通稱，單機容量為114．7～157MW。如9E（GE）公司、GT11N2（ALSTOM公司）及V94．2（SIEMENS公司）等。E級燃機其透平入口燃氣溫度為1060～1204℃，單循環效率以GE公司9E燃機為例，僅為33．8％，組成聯合循環的效率約為52．4％。此類燃機在十多年前就已大規模投入商業運行，主要以石油產品為燃料。浙江省鎮海及溫州龍灣燃機電廠應用的已運行的功率為300 MW的E級燃機均為GE公司的9E燃機。 　　2．1．2　“F”級燃機 　　“F”級燃機是250 MW級燃氣輪機的通稱，在國外已廣泛應用，單機容量為255．6～270 MW，透平入口燃氣溫度為1235～1400℃，單循環效率為36．9％～38．5％，聯合循環的效率為56．7％～58％。如PG9351FA（GE公司）、V94．3A（SIEMENS公司）、GT26（ALST0M公司）及M701F（三菱公司）等。 　　2．1．3　對　比 　　E級效率小，組成300～350 MW級聯合循環需要應用兩臺100 MW級燃機的排氣產生的蒸汽拖動一臺100 MW級汽輪機（二拖一）方案，由于燃機數量多，工程單位千瓦造價高；由于透平入口燃氣溫度較低，單循環及聯合循環效率較低，運行維護成本也較低。F級功率大，組成350 MW級聯合循環可應用一臺250 MW級燃氣輪機拖動一臺100 MW級汽輪機（一拖一）方案；由于透平入口的燃氣溫度升高，單循環及聯合循環效率較高，運行維護成本也較高。E級改進型性能介于E級及F級之間，功率為150 MW級，聯合循環效率比E級有所提高，但組成350 MW級聯合循環仍需應用二拖一方案，經過制造商努力價格有所下降，工程單位千瓦造價比E級有所降低；如9EC、GT13E2、V94．2A均屬E級改進型燃機。 　　2．1．4　裝機方案 　　針對半山工程建設三套聯合循環機組（每套功率為350 MW級），為了對E級和F級燃機進行比較，對具有代表性的3種機型進行發電成本（COE）分析： 　　①機型1：以E級燃機中典型的GE公司9E燃機構成“二拖一”多軸（三軸）E級聯合循環機組，聯合循環效率52．4％。 　　②機型2：以F級燃機中SIEMENS公司V94．3A型燃機構成“一拖一”單軸F級聯合循環機組，聯合循環效率57．4％。 　　③機型3：以E級改進型中有代表性的ALSTOM公司GT13E2型燃機構成的“二拖一”多軸（三軸）E級改進聯合循環機組，聯合循環效率52．9％。 　　機型比選詳見文獻［1］，結果如下： 　　①當E級機組單位千瓦造價為3600元時，E級無法與F級相競爭。即使氣價較低（0．4元／m3），E級電價成本為316．9元／MWh，F級電價成本為308元／MWh，當氣價升高時，二者差距更大。 　　②如E級機組單位千瓦造價降為3400元，當氣價為0．562元／m3時，E級與F級電價成本相同，為340元／MWh，當氣價小于0．562元／m3時，E級電價成本低于F級電價成本。 　　③如應用E級改進型機組，單位千瓦造價為3400元，當氣價為0．705元／m3時，E級改進型與F級電價成本相同，為368元／MWh，氣價小于0．705元／m3時，E級改進型電價成本低于F級電價成本。 　　由此可見：本工程應用F級機組方案。E級（包括E級改進型）適合于氣價相對較低的地區。 　　2．2　余熱鍋爐 　　余熱鍋爐聯系著燃氣和蒸汽循環。本工程與鎮海、溫州龍灣燃機電廠一樣，選用無補燃型余熱鍋爐。 　　國內外的燃氣－蒸汽聯合循環電廠均采用一臺燃機配一臺余熱鍋爐方案，所以本工程配F級燃機的余熱鍋爐，其容量將比鎮海、溫州龍灣兩廠配E級燃機的余熱鍋爐容量大。目前，大多數余熱鍋爐蒸汽側為單壓無再熱系統（如鎮海、溫州龍灣廠等）［2］，應用F級燃機后，其排煙溫度（即余熱鍋爐入口煙溫）在540℃以上，同時由于燃用天然氣，其余熱鍋爐出口煙氣溫度可降至80～90℃，因此余熱鍋爐蒸汽側確定選用三壓與有再熱系統，從而提高聯合循環效率。 　　2．3　汽輪機 　　在燃機電廠中，多臺或一臺燃機帶動一臺汽輪機，形成一組，即n＋1模式。n為燃機臺數，1為汽輪機臺數，也即為了提高汽輪機效率，盡可能選用一臺大功率汽輪機。在鎮海及溫州龍灣廠中，n＝2；在本工程中，n＝1；汽輪機功率均為100 MW級。為便于操作及調峰，燃機電廠中的汽輪機無回熱抽氣。 　　2．4　發電機 　　注意發電機容量匹配，為了使聯合循環機組得到最大的經濟效益，應使發電機容量留有裕量，本工程選用的發電機容量為400 MW。 [b]3　聯合循環機組中主機的配置方案 [/b]　　由F級燃機和其它主機組成的聯合循環機組有3種不同的配置方案： 　　方案一：1臺F級GT＋1臺HRSG＋1臺ST組成單軸（GT及ST同軸）機組，GT及ST拖動同1臺G（簡稱F級單軸）。 　　方案二：1臺F級GT＋1臺HRSG＋1臺ST組成雙軸（GT及ST分軸）機組，GT及ST拖動各自的G，共3臺G（簡稱F級雙軸）。 　　方案三：2臺F級GT＋2臺HRSG＋1臺ST組成三軸（各GT及ST分軸）機組，2臺GT及1臺ST拖動各自的G，共3臺G（簡稱F級三軸）。 　　3．1　電廠建設容量的適應性 　　根據電廠建設容量，F級燃機臺數為奇數臺時，宜采用單軸或雙軸聯合循環機組；而當F級燃機臺數為偶數臺時，可根據臺數數量和負荷情況考慮采用多軸聯合循環機組；浙江半山天然氣發電工程建設的F級燃機為3臺，因此不宜采用方案三，即2＋2＋1多軸聯合循環機組。 　　3．2　主廠房布置比較和總平面布置的可行性 　　由于根據本工程建設容量不宜采用方案三，因此對方案一和方案二作總平面布置的比較。方案一的主廠房布置為3套單軸燃氣－蒸汽聯合循環發電機組采用平行并列式布置方式。該方案機組余熱鍋爐、燃機、汽輪機及發電機布置在同一軸線上，燃機、汽輪機及發電機同軸。方案二由于采用了雙軸布置，廠房內增加了一臺發電機。 　　比較上述二個方案，從主廠房布置來看，方案一布置緊湊，汽水管道短捷，電氣出線方便，生產管理便利，整個建筑設計與工藝和控制設計協調較優；方案二總體格局基本同方案一，但由于雙軸布置后主廠房長度增加，汽水管道工程量將有一定增加，而且使整個動力島區從余熱鍋爐煙囪外端至主變外端的長度與方案一相比增加了約17 m。 　　從總平面布置來看，這兩個方案在總平面布置上均是可行的。 　　3．3　啟動和控制性能 　　方案一F級單軸機組可分發電機中置和尾置兩種，其啟動方式是不同的。將發電機布置在汽輪機尾端，即發電機尾置方案，采用發電機變頻啟動，由于主機共一根軸，從啟動沖轉到并網前不能發電，且在任何時刻三大主機都需以同速運轉。將發電機布置在燃機和汽輪機之間，即發電機中置方案，汽輪機與發電機之間裝有離合器。燃機和發電機可以脫開汽輪機運轉，具有很大的靈活性，在啟動過程中優勢明顯，燃機既可快速啟動和升負荷，又可先行發電，每次啟動燃機可多發電30～40 min時間，提高了經濟性。但在布置上發電機抽轉子困難較大，需要設置大噸位行車或專用裝置。 　　方案二F級雙軸機組啟動性能同F級單軸發電機中置機組。 　　方案二F級三軸機組啟動同樣靈活，但兩臺余熱鍋爐并汽需要多花費一定時間，且增加了汽水損失。 　　方案一或二、F級單軸或雙軸機組均可以實現較為靈活的調峰，且聯合循環效率較高；在全廠負荷率為70％～100％時，三套機組以同樣負荷率同時運行，70％負荷率時相對100％負荷率時的效率為95％；負荷率為60％時，一套機組停運，其余兩套各帶90％負荷，相對效率為96．3％；負荷率為40％，一套機組停運，其余兩套各帶60％負荷，相對效率為91．3％；負荷率為30％時，兩套機組停運，一套帶90％負荷，相對效率為98．7％。 　　3．4　裝機方案和電廠功能的協調 　　方案一采用F級單軸機組，能較好的適應調峰、帶腰荷和帶部分基本負荷的電廠的功能，也是與浙江半山天然發電工程未來在電力系統中的所應起的作用相協調的，方案二采用F級雙軸機組，也具備較好的適應調峰、帶腰荷和帶部分基本負荷的能力，但相對方案一來說，其特點是更適應需要承擔供熱任務的天然氣聯合循環發電工程，因為分軸布置后，整個系統可以更好地適應供熱負荷工況的變化。 　　3．5　投資成本比較 　　從電廠投資成本來比較，方案一由于采用F級單軸布置，燃機、汽輪機、發電機串聯在一起，單套機組只須一套容量較大的發電機、升壓變壓器和高電壓饋電設備，燃機和汽輪機可以共用一套潤滑油系統、控制油系統，而方案二由于采用F級雙軸布置使熱力系統管道工程量有一定增加，相應的一些工藝輔助系統和電氣系統的費用也將增高，優點是將來國產化實施起來較為方便，除燃機外如汽輪機和發電機均可考慮由國內配套供貨。如果主設備全進口（燃機、汽輪機、發電機、余熱鍋爐），方案二造價比方案一略高，經計算方案一單位千瓦造價為3434元，方案二單位千瓦造價為 　　3460元。 　　3．6　聯合循環整體性能此較 　　方案一F級單軸和方案二F級雙軸在整體聯合循環效率上基本相同，而方案三F級三軸聯合循環機組由于采用了更大容量200 MW級的汽輪機，因此整體聯合循環效率有所提高，如GE公司的F級單軸聯合循環效率為56．7％，F級三軸聯合循環效率則為57．1％。 　　3．7　國產化實施潛力及維修費用 　　對于F級單軸方案，因將燃機、汽輪機和發電機聯在一根軸上，使其軸系的技術要求高，燃機、汽輪機和發電機的設計協調復雜，需有外方承擔協調責任。除燃機進口外還必須引進國內外聯合循環的生產技術在國內生產配套余熱鍋爐、汽輪機和發電機。 　　對于F級雙軸方案，汽輪機和燃機各帶一臺發電機。熱力系統與單軸方案相同。由于汽輪機和燃機分開布置，避開了單軸F級機組需整體保證性能的責任風險，國內具備生產配套除燃機以外主輔設備的能力，有利于將來國產化。 　　而從維修費用來看，F級燃機聯合循環的維修費用是比較高的，而且應該說主要集中在燃機上，因此如果在大容量F級燃機的關鍵部件的國產化工作上和主要備品備件的國內配套工作上沒有很大的進展，各方案在主設備的維修費用上不會有很大的差距。 　　3．8　建設施工的便利性 　　對于F級單軸方案來說，四大主機排列在一條線上，常采用獨立的島式結構主廠房，占地小，廠房內設備布置緊湊。電廠建設時可單套運行，互不干擾。而且如果將來有擴建，實施起來也甚為方便。 　　對于F級雙軸方案，該布置形式在發電機出線、設備和蒸汽管道布置上與F級單獨方案相比不占優勢。因此，從建設施工便利性來說，F級單軸方案是優先的。 　　3．9　比選結果 　　從8個方面對F級單軸聯合循環機組和F級雙軸聯合循環機組作了分析，綜合所有分析，尤其是從主廠房布置和運行管理的便利上以及目前階段投資成本的比較上可得出如下結論，浙江半山天然氣發電工程適宜選擇F級單軸聯合循環機組方案。 [b]4　結　論 [/b]　　浙江半山天然氣發電工程采用三套350 MW級燃氣－蒸汽聯合循環發電機組，比選結論： 　　①采用：250 MW級F級燃機；蒸汽側為三壓及有再熱系統的余熱鍋爐。 　　②采用：1臺250 MW級F級燃機；1臺相應容量余熱鍋爐及1臺100 MW級汽輪機的配置，應用單軸系統（燃機、汽輪機及發電機同軸）。 　　 [b]參考文獻 [/b]　　［1］　屠進，錢海平．半山天然氣發電工程燃氣輪機組的選型［J］．浙江電力，2002，（5）：19－20，40． 　　［2］　屠進，錢海平．溫州300 MW燃氣－蒸汽聯合循環發電機組參數討論［J］．浙江電力，1999，（6）：20－23．