F级燃气——蒸汽联合循环机组主厂房布置及其优化

F级燃气——蒸汽联合循环机组主厂房布置及其优化

作者：王会强

来源：《中国高新技术企业》2013年第18期

摘要：燃气——蒸汽联合循环发电厂的厂区规划主要以工艺流程合理为原则，以主厂房为中心，结合生产设施及系统功能，分区集中、紧密配合，因地制宜地进行布置，尤其主厂房的布置及其优化在工程实际中有着不可忽视的重要作用。文章立足于目前国内较为普遍的三个不同厂家、不同型号的机组，对三种典型机组主厂房布置及其优化进行了对比分析，并结合工程实践针对性地对单轴和多轴机组主厂房布置及其优化总结了经验，提出了优化建议。 关键词：F级；联合循环；主厂房；发电厂

中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）27-0033-04

燃气——蒸汽联合循环发电厂的主厂房一般由燃气轮机房、蒸汽轮机房、集控楼、变压器区四个主要部分组成，各部分分别安装有生产用的主要设备和辅助设备。主厂房的布置合理与否是施工安装、运行及检修人员能否拥有良好工作环境的先决条件，主厂房布置的优化工作是发电厂先期建设施工、后期安全生产的重要技术保障。如何适应电力生产工艺流程的要求，做到设备布局和空间利用的合理，做到厂房内各设施间的紧凑、恰当等等都是布置优化的重点和关键。

1 燃气——蒸汽联合循环机组布置主要原则

主设备的布置优化。在经济性和可行性合理的条件下，宜减少燃气轮机与余热锅炉间排气压损，缩短余热锅炉与蒸汽轮机间蒸汽管道，减少蒸汽压损。

设备型式的选择。设备型式的选择，应根据实际需求尽可能选择占地面积小且维护工作量小的设备。主厂房内布置的设备应尽可能地采用模块式紧凑型设备。

应充分考虑设备、部件的运输和维护通道以及安装、检修时所选用的起吊设施及起吊空间。

2 国内常见F级单轴机组主厂房典型布置 2.1 机组的主要布置形式

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

机组的主要布置形式如表1所示。 2.2 主厂房主要指标比较

主厂房主要指标比较如表2所示。 由表2中数据可以对比分析出：

（1）基于SGT5-4000F型的联合循环机组，单位容量容积指标最小，最主要的原因是蒸汽轮机采用轴向排汽，实现了蒸汽轮机和燃气轮机的低位布置。（2）基于M701F4型的联合循环机组，单位容量容积指标最大，原因是蒸汽轮机和燃气轮机均采用高位布置，中心标高13m，两台联合循环发电机组采用联合大平台布置，行车垂直于燃气轮机轴系行走。（3）M701F4如按照GEPG9351FA型燃气轮机的布置方式，每台机组设置一台行车，行车平行于机组轴向方向行走，两机之间设置毗屋，主厂房容积可以适当降低。 3 F级多轴机组主厂房布置

3.1 “一拖一”典型布置方案（基于M701F4） 方案一：

图1 “一拖一”典型布置方案一示意图

（1）蒸汽轮机——发电机布置在两台燃气轮机的中间，蒸汽轮机轴系与燃气轮机轴系呈H型布置；（2）采用双跨联合厂房，室内布置，燃气轮机低位布置、蒸汽轮机纵向高位布置，燃气轮机的吸风口布置在燃气轮机——发电机房的屋顶，蒸汽轮机房屋顶和燃气轮机房屋顶同高；（3）主厂房区域布置紧凑；（4）蒸汽轮机房和燃气轮机房连成一体，共用行车和检修场地，节省投资；（5）蒸汽轮机进汽管道短，沿程阻力小，机组效 率高；（6）主变同向出线，节省电缆投资；（7）便于运行、检修。 方案二：

图2 “一拖一”典型布置方案二示意图

（1）蒸汽轮机——发电机组布置在两台燃气轮机的中间，燃气轮机低位布置、蒸汽轮机横向高位布置，蒸汽轮机轴线与燃气轮机轴线平行。燃气轮机的吸风口布置在燃气轮机——发电机房的屋顶，蒸汽轮机和燃气轮机共设一个厂房，蒸汽轮机房屋顶和燃气轮机房屋顶同高；（2）蒸汽轮机进汽管道短，沿程阻力小，机组效率高；（3）蒸汽轮机房和燃气轮机房连成一体，共用行车和检修场地，节省投资。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

方案三：

图3 “一拖一”典型布置方案三示意图

（1）两台燃气轮发电机组、余热锅炉对称布置在一起，两台蒸汽轮机发电机组集中布置在燃气轮机房侧面，具有相同功能的设备集中布置在一起，方便运行检修；（2）集控楼布置在余热锅炉的侧面，靠近蒸汽轮机房；（3）室内布置，蒸汽轮机横向高位布置，汽机轴线与燃气轮机轮机轴线平行布置。燃气轮机的吸风口布置在燃气轮机——发电机房的屋顶，蒸汽轮机和燃气轮机共设一个厂房，蒸汽轮机房屋顶和燃气轮机房屋顶同高；（4）一台余热锅炉的高温高压管道需跨越另一台余热锅炉的进气烟道，增加了高温高压管道的长度和投资；增加了管道的沿程阻力，影响机组的热经济性能。 三个方案的对比如表3所示。

当机组布置方式为多轴“一拖一”时，优先推荐将蒸汽轮机布置在两台燃气轮机中间的布置方式，蒸汽轮机轴系可以与燃气轮机垂直，也可以与燃气轮机平行，应结合具体工程的不同需求进行比选。

3.2 “二拖一”典型布置方案

“二拖一”多轴联合循环发电机组，一般情况下有以下两种布置方式： 3.2.1 蒸汽轮机布置在两台燃气轮机的侧面： 图4 蒸汽轮机侧面布置示意图

3.2.2 蒸汽轮机布置在两台燃气轮机的中间： 图5 蒸汽轮机中间布置示意图

F级多轴“二拖一”机组主厂房典型布置方案的 比较如表4所示。 由表4可以对比分析出：

（1）燃气轮机低位布置，蒸汽轮机布置在燃气轮机的侧面时（表中“方案A”），占地略有增加，但主厂房单位容量容积相比燃气轮机高位布置，与蒸汽轮机做成大平台布置方案（表中“方案B”）时下降较多。（2）将燃气轮机和蒸汽轮机高位布置形成大平台结构，主厂房整

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

洁、美观，采光和通风效果好，公用两台行车，便于检修。（3）将蒸汽轮机布置在两台燃气轮机的侧面，会增加一台余热锅炉与蒸汽轮机之间连接蒸汽管道的长度。 4 结语

通过对单轴和多轴机组主厂房布置的比较以及对多轴机组“一拖一”、“二拖一”两种典型布置的对比分析，联合循环机组的主厂房布置及其优化可以总结出以下九点经验和建议： （1）机组的布置方式应根据拟建发电厂的总装机容量、建设场地情况、燃料供应条件、负荷量及性质等因素进行技术经济比较后确定。主厂房布置优化工作的开展应基于已确定的主机设备及其配置情况，切忌盲目开展，徒劳无功。

（2）在工程设计中，综合考虑工程技术、造价和工期等多方面因素，在初设阶段，主厂房钢结构型式推荐采用钢筋混凝土框架结构方案。比之于采用钢结构方案，主厂房和集控楼采用钢筋混凝土方案可以节约大量投资额。

（3）余热锅炉区域的布置相对固定，一般余热锅炉厂都有典型的布置图，主厂房布置的优化重点主要集中在燃气轮机——汽轮机房区域。

（4）对于单轴布置的机组，机组的高低位布置需要结合主机厂的制造技术水平来考虑，在制造条件允许的前提下，应尽量采用低位布置。对于燃气轮机——蒸汽轮机房的横向尺寸，主要由燃气轮机——汽机——发电机和发电机抽转子的长度（将蒸汽轮机布置在燃气轮机和发电机之间时）以及行车的极限位置所决定。

（5）对于多轴“一拖一”机组，宜将蒸汽轮机布置在燃气轮机的中间，蒸汽轮机轴系可以和燃气轮机轴系垂直布置或者平行布置。垂直布置时，蒸汽轮机发电机组和燃气轮机房共设一个厂房，蒸汽轮机发电机的检修较为便利，但蒸汽轮机房与燃气轮机发电机房呈凹形布置。平行布置时，蒸汽轮机发电机需要设置单独的检修行车，且主厂房占地和容积略高。

（6）对于多轴“二拖一”的布置方式，可以将蒸汽轮机布置在燃气轮机的侧面，也可以将蒸汽轮机布置在两台燃气轮机的中间，燃气轮机与汽机公用大平台结构。此种布置方式具有主厂房整洁美观、采光效果好的优点，但会增加主厂房的土建费用。

（7）主厂房如设运行层，在考虑凝汽器的抽管空间要求的同时，运行层标高应尽可能降低，降低运行层标高可以降低高压蒸汽管道的长度和降低凝汽器水室最高点标高，降低循环水泵运行电功率。

（8）在实际工程中，可以根据实际情况对主厂房单跨与双跨方案进行经济技术比较。主厂房可以考虑采用双跨布置方案，屋面考虑采用轻型屋面，结构型式采用钢梁+钢檩条+彩钢板

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

屋面，各层楼板采用钢梁+压型钢板底模+现浇钢筋混凝土板或钢格栅。双跨方案具有造价省、施工方便等优点，这对于抢建或注重工期的项目具有较大的优势。

（9）在实际工程中，可以根据实际情况考虑运行层大平台布局。两台燃气轮机运行层形成一个大平台，两机共用检修跨，优化后可使厂房总体尺寸缩短，便于设备检修维护。 参考文献

[1] 肖增弘，周振起.热力发电厂[M].北京：机械工业出版社，2012.

[2] 广东惠州天然气发电有限公司.大型燃气——蒸汽联合循环机组发电设备与运行[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3] 焦树建.燃气——蒸汽联合循环[M].北京：机械工业出版社，2000.

[4] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气——蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007.

作者简介：王会强（1980—），男，河北石家庄人，大唐国际发电股份有限公司助理工程师，研究方向：电力项目前期、工程技术经济和优化等工业工程。