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1、联合循环机组单轴方案与多轴二拖一方案的比较第15卷第3期2002年9月燃气轮机技术GASTURBINETECHNoLoGYVo1.15No.3Sep.,2002联合循环机组单轴方案与多轴二拖一方案的比较朱军辉(广东省电力设计研究院,广东广州510600)摘要:针对联合循环机组轴系配置方案中的单轴方案与多轴二拖一方案进行了技术经济比较,并得出初步结论.关键词:联合循环机组;单轴;多轴;比较中图分类号:TM611.31文献标识码:B文章编号:10092889(2002)030029020前言较.随着”西气东送”工程和广东液化天然气(LNG)工程的启动,大容量燃气一蒸汽联合循环机组因热效率高经济性好
2、而日益受到重视,大容量燃气一蒸汽联合循环电厂也进入了启动阶段.目前,大容量250Mw级的燃气轮机产品有:GT26(Alstom),V94.3A(Siemens),PG9351FA(GE),Mtsb701F(MHI);而在大容量燃气一蒸汽联合循环机组方面,Alstom只提供单轴配置方案的联合循环机组,Siemens,GE和MHI则可提供按单轴和多轴方案配置的联合循环机组.1联合循环机组的几种可能的轴系配置方案联合循环机组按轴系布置可分为单轴和多轴配置方案,多轴配置方案又可分为一拖一,二拖一,三拖一等.不同的轴系配置,其适宜承担的负荷性质,主设备配置,主厂房布置方式截然不同.因此,在筹建联合循环电
3、厂的前期阶段,有必要确定一个轴系布置方案.联合循环电厂较多地采用了单轴,多轴一拖一,多轴二拖一这三种轴系配置方案.本文仅针对单轴与多轴二拖一这两种轴系配置方案进行比较.1套二拖一机组的总出力一2260MW(2台燃气轮机)+1260MW(1台蒸汽轮机)一780MW;2套单轴机组的总出力一2390MW一780MW,即1套二拖一机组的总出力与2套单轴机组的总出力相同.因此,以下基于1套二拖一机组与2套单轴机组进行比收稿日期:200111272单轴与多轴二拖一的技术经济比较2.1主设备配置比较1套二拖一机组包括:2台燃气轮机,1台蒸汽轮机(大容量),2台余热锅炉,2台燃气轮机发电机(2260MW)和2
4、台与此发电机配套的主变压器,1台蒸汽轮机发电机(1260Mw)和1台与此发电机配套的主变压器.2套单轴机组包括有:2台燃气轮机,2台蒸汽轮机,2台余热锅炉,2台发电机(大容量)(239OMw)和2台与此发电机配套的主变压器.由此可见,1套二拖一机组比2套单轴机组多一台发电机及主变压器,少一台蒸汽轮机.2.2机组在各种全厂负荷下的性能比较当一个电厂由多台单轴机组组成时,应将这几台单轴机组当作一个整体(组)来看.当全厂负荷变化时,可通过组中的每台机组的启停来适应负荷变化.假定全厂由2台单轴机组或1套二拖一机组组成来进行比较.在100全厂负荷时,二拖一机组因其汽轮机接收2台余热锅炉的蒸汽,所以汽轮机
5、的容量较大(260Mw),汽轮机的效率略高于单轴机组所配置的小容量的汽轮机(130Mw).因此,二拖一机组电厂比单轴机组电厂的总效率高约0.5,热耗率低约0.59/6.在509/6100全厂负荷时,对于单轴机组电厂,可选择保持其中的1台单轴机组处于满负荷运行工况而降低另一台单轴机组的负荷直至该机组停30燃气轮机技术第15卷机;而二拖一机组会选择同时降低2台燃气轮机的负荷.在50%全厂负荷时,对于单轴机组电厂,可选择1台单轴机组在满负荷运行工况,而停另1台单轴机组.对于全厂来说,其热效率与全厂100%负荷时的热效率相同;1套二拖一机组一般选择2台燃气轮机同时降低负荷,当全厂负荷达到5O%时,停1
6、台燃气轮机,此时会出现短时负荷骤降,但另1台燃气轮机会迅速加载至满负荷工况,而蒸汽轮机仅处于5O左右负荷工况.因此,此时二拖一机组电厂的总效率比全厂100满负荷工况时的总效率略低.在小于50全厂负荷时,单轴机组电厂可选择1台单轴机组部分负荷运行,而停另1台单轴机组;1套二拖一机组则停1台燃气轮机,另1台燃气轮机处于部分负荷工况运行.由此可见,在100全厂负荷时,单轴机组电厂总效率比二拖一机组电厂总效率低约0.5%;在5O100全厂负荷时,单轴机组电厂与二拖一机组电厂的总效率接近;在50全厂负荷时,单轴机组电厂比二拖一电厂的总效率稍高;在小于5O全厂负荷时,单轴机组电厂比二拖一电厂的总效率稍高.
7、2.3工程投资联合循环电厂的工程投资主要由设备投资(约占69),安装费用(约占5)和土建工程费用(约占11)等组成.2台单轴机组的设备投资要较1套二拖一机组略高些;由于单轴机组均为模块化设计,其安装费用较二拖一机组要低;1套二拖一机组主厂房总体积较2台单轴机组要大,而且由于所配套的蒸汽轮机容量较单轴机组大一倍,所需的地下土建工程量也较大,因而1套二拖一机组土建工程费用较2台单轴机组大.总之,1套二拖一机组较2台单轴机组就工程总投资而言要稍大些.根据相关资料估算,由于土建工程费用及电力设备差异等因素导致单轴机组与二拖一机组在单位千瓦造价的差异如下:二拖一机组单位千瓦造价比单轴机组多约73元/kw
8、.2.4机组起动能力比较二拖一机组与单轴机组按热态启动,温态启动和冷态启动时问进行比较.热态启动的定义为机组的冷却时问<8小时,蒸汽轮机转子温度为500;温态启动的定义为机组的冷却时问<47/J时,蒸汽轮机转子温度为230;冷态启动的定义为机组的冷却时间>90/J时,蒸汽轮机转子温度小于100C;启动时间的定义为机组从启动到机组带100%负荷所耗用的时间.单轴机组的冷态启动时问约为150分钟,二拖一机组的启动时问为180分钟;单轴机组的温态启动时问约为110分钟,二拖一机组的启动时问为130分钟;单轴机组的热态启动时间约为57分钟,二拖一机组的启动时间约为7O分钟.由此可见,
9、单轴机组的整组启动比二拖一机组要快,但燃气轮机的启动速度是一样的,因为两者的燃气轮机是相同的.2.5运行灵活性比较单轴机组采用较小容量的汽轮机,布置紧凑,余热锅炉与汽轮机一对一的关系使机组起动和停机更快,因而根据系统调度增减负荷的能力强;二拖一电厂的汽轮机由于接受2台余热锅炉的蒸汽,汽轮机容量较大,汽水系统的联络较复杂.例如,它有2台余热锅炉启动时的旁路至汽轮机凝汽器的管道,有汽轮机高压缸排汽分配至2台余热锅炉的再热器的管道,特别是启,停操作和负荷变化时蒸汽温度与金属温度匹配的操作比单轴型方案复杂.单轴机组电厂的检修或大修可逐台机组进行,对电力系统的影响较小,即使强迫停机也仅仅少了1台单轴机组
10、的功率输出;而二拖一机组电厂则由于蒸汽轮机容量大,出现强迫停机时对电力系统的影响相对较大.一旦发生停机将减少相当于2套单轴机组的功率输出.因此,单轴机组电厂在运行灵活性方面比二拖一机组电厂要强些.2.6占地面积联合循环电厂的占地面积除与机组轴向布置方式有关外,还与建设场地及辅助共用系统(如升压站形式)有关,不可一概而论.但就机组主厂房区域而言,1套二拖一机组比2台单轴机组占地要略多一些.2.7建设周期通常,如果采取总承包建设模式,单轴机组从EPC合同生效至首台机组进入商业运行约需24个月,后续机组每隔23个月投产;二拖一机组从EPC合同生效至首台机组进入商业运行约需26.5个月,后续机组每隔2
11、3个月投产.3确定轴系布置方案时应考虑的主要因素(下转第62页)62燃气轮机技术第15卷表13经济分析及总结这次PCU2新电源系统的改造费用约为15万元,而MPSI电源系统中仅IEPAS02电源卡件按正常使用周期更换需26万元.经过4个月实际运行,新MPS电源系统没有出现过任何故障,多次在线测量各级直流电压均正常,没有出现电压下降的趋势.因此这次PCU2电源系统改造是成功的.我们准备在大修期间对PCU1,PCU3电源系统进行相应的改造.需要指出的是,ABBBAILEY公司应供应不同表面颜色的电源模件或支架使之与原系统的颜色相匹配.ChangeonPCUpowersupplysystemofin
12、fi-90DCSZHANGJiping(ZhejiangZhenbaiPowerCo.,Ltd.Zhenhai315208.China)Abstract:Analysisonthefaultofinfi一90DCSMPSIpowersupplysystem,pointoutthatthispowersupplysystemhavesomeproblem,givechangescheme.andmadeniceeffect.Keywords:infi一90DCSPCU;powersupplysystem;change(上接第30页)联合循环电厂可能承担电网调峰负荷,也可能承担中间负荷.当机组承担
13、中间负荷时,负荷变化相对比较小,此时对机组在全负荷下的效率的追求成为最重要的因素;当机组主要承担电网调峰的职责时,采用两班制运行方式,早上启动,晚上停机,机组在部分负荷的时间较长.此时,应主要考虑机组的热态启动时间长短并要求机组在部分负荷时具备较高的热效率.确定机组轴系布置方案时各个方案的工程投资也是一个主要因素,较低的投资其重要意义是不言自明的.机组轴系方案除满足电网对电厂的要求外(指所带负荷性质),应尽可能地降低工程投资.机组轴系布置方案的选择也应适当考虑运行灵活性,占地面积,建设周期,国产化率等因素的影响.4广东液化天然气工程轴系布置方案的初步选择广东惠州液化天然气电厂和深圳前湾电厂均为
14、广东省液化天然气接收站的配套电厂,在广东省电网中担负调峰任务.在轴系布置选择的过程中,将单轴方案(一期工程安装3台单轴机组)与多轴二拖一方案(一期工程安装2台二拖一机组)进行了比较.由于机组在电网中承担调峰负荷并采用二班制运行方式,此时应主要考虑机组的热态启动时间长短,并要求机组在部分负荷时具备较高的热效率.热态启动时,单轴机组从启动到100%负荷的启动时间比二拖一机组短13分钟,但燃气轮机带负荷的速度是一样的因此,主要考虑部分负荷时的热效率.单轴机组是将3台单轴机组作为一个整体(组)来看,在电厂部分负荷时,如全厂负荷为66则只需停其中的1台单轴机组,而另外2台单轴机组在1O0负荷下运行;二拖一机组在全厂负荷为66时,1套二拖一机组处于1000/负荷运行工况而另1套二拖一机组处于3O部分负荷工况,此时全厂的热效率比单轴方案低19/52.因此,当机组承担调峰负荷时,单轴机组优于二拖一机组.在工程的单位千瓦投资方面,二拖一机组单位千瓦造价比单轴机组多约73元/kW.当考虑工程投资大小时,单轴机组优于多轴二拖一机组.而单轴机组和二拖一机组在运行灵活性,占地面积,建设周期等几方面均较为接近,二拖一机组在国产化方面与单轴机组相比具有一定的优势.