1　簡　介 　　浙江半山天然氣發(fā)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(fā)電項目。由于我國西部的天然氣資源寶貴，生產(chǎn)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(qū)的門站氣價預計將達1．37元／m3，新疆塔里木盆地西氣東輸?shù)奶烊粴獾牡臀粺嶂禐?6345 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(fā)電工程選用當前技術成熟的350 MW級燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組共三套。由于氣價高，半山工程對提高聯(lián)合循環(huán)效率十分關注，以降低電價成本。 　　燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組有四大主機，分別是燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，其配置為一臺或多臺燃氣輪機以及相應數(shù)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(lián)合循環(huán)發(fā)電機組關鍵設備，其選型對機組性能和電廠經(jīng)濟性的影響最大。本工程應選擇典型的發(fā)電用大容量重型燃氣輪機。當前技術成熟運行業(yè)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(huán)效率以GE公司9E燃機為例，僅為33．8％，組成聯(lián)合循環(huán)的效率約為52．4％。此類燃機在十多年前就已大規(guī)模投入商業(yè)運行，主要以石油產(chǎn)品為燃料。浙江省鎮(zhèn)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(huán)效率為36．9％～38．5％，聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)需要應用兩臺100 MW級燃機的排氣產(chǎn)生的蒸汽拖動一臺100 MW級汽輪機（二拖一）方案，由于燃機數(shù)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(huán)及聯(lián)合循環(huán)效率較低，運行維護成本也較低。F級功率大，組成350 MW級聯(lián)合循環(huán)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(huán)及聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)效率比E級有所提高，但組成350 MW級聯(lián)合循環(huán)仍需應用二拖一方案，經(jīng)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(lián)合循環(huán)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(fā)電成本（COE）分析： 　?、贆C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(lián)合循環(huán)機組，聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)機組，聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)機組，聯(lián)合循環(huán)效率52．9％。 　　機型比選詳見文獻［1］，結果如下： 　?、佼擡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(xiàn)級電價成本為308元／MWh，當氣價升高時，二者差距更大。 　?、谌鏓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。 　?、廴鐟肊級改進型機組，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(qū)。 　　2．2　余熱鍋爐 　　余熱鍋爐聯(lián)系著燃氣和蒸汽循環(huán)。本工程與鎮(zhèn)海、溫州龍灣燃機電廠一樣，選用無補燃型余熱鍋爐。 　　國內(nèi)外的燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)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(zhèn)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(shù)余熱鍋爐蒸汽側為單壓無再熱系統(tǒng)（如鎮(zhèn)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(tǒng)，從而提高聯(lián)合循環(huán)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(shù)，1為汽輪機臺數(shù)，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(zhèn)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(diào)峰，燃機電廠中的汽輪機無回熱抽氣。 　　2．4　發(fā)電機 　　注意發(fā)電機容量匹配，為了使聯(lián)合循環(huán)機組得到最大的經(jīng)濟效益，應使發(fā)電機容量留有裕量，本工程選用的發(fā)電機容量為400 MW。 [b]3　聯(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)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(jù)電廠建設容量，F(xiàn)級燃機臺數(shù)為奇數(shù)臺時，宜采用單軸或雙軸聯(lián)合循環(huán)機組；而當F級燃機臺數(shù)為偶數(shù)臺時，可根據(jù)臺數(shù)數(shù)量和負荷情況考慮采用多軸聯(lián)合循環(huán)機組；浙江半山天然氣發(fā)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(lián)合循環(huán)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(jù)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(lián)合循環(huán)發(fā)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(fā)電機布置在同一軸線上，燃機、汽輪機及發(fā)電機同軸。方案二由于采用了雙軸布置，廠房內(nèi)增加了一臺發(fā)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(chǎn)管理便利，整個建筑設計與工藝和控制設計協(xié)調(diào)較優(yōu)；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(qū)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(fā)電機中置和尾置兩種，其啟動方式是不同的。將發(fā)電機布置在汽輪機尾端，即發(fā)電機尾置方案，采用發(fā)電機變頻啟動，由于主機共一根軸，從啟動沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)前不能發(fā)電，且在任何時刻三大主機都需以同速運轉(zhuǎn)。將發(fā)電機布置在燃機和汽輪機之間，即發(fā)電機中置方案，汽輪機與發(fā)電機之間裝有離合器。燃機和發(fā)電機可以脫開汽輪機運轉(zhuǎn)，具有很大的靈活性，在啟動過程中優(yōu)勢明顯，燃機既可快速啟動和升負荷，又可先行發(fā)電，每次啟動燃機可多發(fā)電30～40 min時間，提高了經(jīng)濟性。但在布置上發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子困難較大，需要設置大噸位行車或?qū)Ｓ醚b置。 　　方案二F級雙軸機組啟動性能同F(xiàn)級單軸發(fā)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(xiàn)較為靈活的調(diào)峰，且聯(lián)合循環(huán)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(xié)調(diào) 　　方案一采用F級單軸機組，能較好的適應調(diào)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(fā)電工程未來在電力系統(tǒng)中的所應起的作用相協(xié)調(diào)的，方案二采用F級雙軸機組，也具備較好的適應調(diào)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(lián)合循環(huán)發(fā)電工程，因為分軸布置后，整個系統(tǒng)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(fā)電機串聯(lián)在一起，單套機組只須一套容量較大的發(fā)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(tǒng)、控制油系統(tǒng)，而方案二由于采用F級雙軸布置使熱力系統(tǒng)管道工程量有一定增加，相應的一些工藝輔助系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的費用也將增高，優(yōu)點是將來國產(chǎn)化實施起來較為方便，除燃機外如汽輪機和發(fā)電機均可考慮由國內(nèi)配套供貨。如果主設備全進口（燃機、汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐），方案二造價比方案一略高，經(jīng)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(lián)合循環(huán)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(lián)合循環(huán)效率上基本相同，而方案三F級三軸聯(lián)合循環(huán)機組由于采用了更大容量200 MW級的汽輪機，因此整體聯(lián)合循環(huán)效率有所提高，如GE公司的F級單軸聯(lián)合循環(huán)效率為56．7％，F(xiàn)級三軸聯(lián)合循環(huán)效率則為57．1％。 　　3．7　國產(chǎn)化實施潛力及維修費用 　　對于F級單軸方案，因?qū)⑷紮C、汽輪機和發(fā)電機聯(lián)在一根軸上，使其軸系的技術要求高，燃機、汽輪機和發(fā)電機的設計協(xié)調(diào)復雜，需有外方承擔協(xié)調(diào)責任。除燃機進口外還必須引進國內(nèi)外聯(lián)合循環(huán)的生產(chǎn)技術在國內(nèi)生產(chǎn)配套余熱鍋爐、汽輪機和發(fā)電機。 　　對于F級雙軸方案，汽輪機和燃機各帶一臺發(fā)電機。熱力系統(tǒng)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(nèi)具備生產(chǎn)配套除燃機以外主輔設備的能力，有利于將來國產(chǎn)化。 　　而從維修費用來看，F(xiàn)級燃機聯(lián)合循環(huán)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(chǎn)化工作上和主要備品備件的國內(nèi)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(nèi)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(fā)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(yōu)勢。因此，從建設施工便利性來說，F(xiàn)級單軸方案是優(yōu)先的。 　　3．9　比選結果 　　從8個方面對F級單軸聯(lián)合循環(huán)機組和F級雙軸聯(lián)合循環(huán)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(fā)電工程適宜選擇F級單軸聯(lián)合循環(huán)機組方案。 [b]4　結　論 [/b]　　浙江半山天然氣發(fā)電工程采用三套350 MW級燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，比選結論： 　?、俨捎茫?50 MW級F級燃機；蒸汽側為三壓及有再熱系統(tǒng)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(tǒng)（燃機、汽輪機及發(fā)電機同軸）。 　　 [b]參考文獻 [/b]　?。?］　屠進，錢海平．半山天然氣發(fā)電工程燃氣輪機組的選型［J］．浙江電力，2002，（5）：19－20，40． 　?。?］　屠進，錢海平．溫州300 MW燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組參數(shù)討論［J］．浙江電力，1999，（6）：20－23．