燃气－蒸汽联合循环热电联产发电机组的设计特点

郝相俊

(山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001)

1 机组概况

山西国际电力集团有限公司太原嘉节燃气热电联产工程是我国首套燃用煤层气的F级“二拖一”多轴燃气－蒸汽联合循环热电联产发电机组。整套联合循环机组包括2套F级燃气轮机发电机组、2套余热锅炉和1套蒸汽轮机发电机组。该机组在供热工况下的发电出力为795 MW，对外供热能力为531 MW，年平均工况下的发电出力为860 MW。

燃气轮机发电机组采用东方电气股份有限公司生产的M701F4重型燃气轮机发电机组，机组在供热工况下的发电出力为324 MW，年平均工况下的发电出力为298 MW;余热锅炉采用东方电气股份有限公司生产的卧式、自然循环、三压、无补燃、全封闭布置余热锅炉;蒸汽轮机发电机组采用东方电气股份有限公司的三压、再热、双缸、向下排汽、抽凝式供热机组，机组在供热工况下的发电出力为147 MW，年平均工况下的发电出力为264 MW。

2 主要系统的设计特点

该工程主要系统流程如图1所示。

2.1 燃气系统

该工程燃料采用管道煤层气，煤层气成分及基本参数见表1。

为了使来自厂外的管道煤层气品质和煤层气燃烧所需的空气品质符合燃气轮机发电机组的要求，来自厂外的管道煤层气和燃烧空气在进入燃气轮机前进行预处理。

来自厂外的管道煤层气经过物理关断门后首先进入调压站。在调压站内，管道煤层气依次经过离心分离器、粗精一体分离器、计量装置、调压模块或增压模块进行除尘、过滤、计量、压力调节后，在燃气轮机所要求的压力和流量下进入燃气轮机的前置模块。管道煤层气在前置模块中经过进一步处理，达到燃气轮机所要求的压力、温度和流量后进入燃气轮机。

燃气燃烧所需的空气经过吸气装置除去杂质后进入空气压缩机。空气在空气压缩机内压缩后压力和温度都升高，为了保证压缩空气的温度能够满足燃气轮机的要求，经压缩后的空气进入燃气轮机之前需经过空气冷却器进行冷却处理。

燃气和压缩空气在燃烧室前经过预混，通过燃料喷嘴喷入燃烧室后燃烧，燃烧后的高温烟气进入燃气轮机膨胀做功，带动燃气轮机转子转动，拖动燃气轮机发电机发电。

做功后的烟气通过烟道进入余热锅炉。在这里，锅炉给水被高温烟气加热产生过热蒸汽，过热蒸汽接至蒸汽轮机发电机组，拖动蒸汽轮机发电机发电，冷却后的烟气经处理后排入大气。

2.2 主要汽水系统的设计特点

2.2.1 主蒸汽及其旁路系统

该机组采用3压主蒸汽系统:高压主蒸汽、中压主蒸汽和低压主蒸汽。旁路有高压旁路、中压旁路和低压旁路。

高、中、低压过热蒸汽分别由每台余热锅炉的高、中、低压过热器联箱出口引出，经止回阀和电动关断阀后，与另一台余热锅炉的高、中、低压过热蒸汽通过联通管联通或合成母管后，分别接至蒸汽轮机发电机组的高、中、低压主汽门，拖动蒸汽轮机发电机发电。

图1 系统流程图

表1 煤层气成分及基本参数

为了满足机组调峰和启、停的要求，每台余热锅炉的高、中、低压过热蒸汽系统分别设置了高、中、低压旁路系统。余热锅炉高压过热器出口的蒸汽经过高压旁路系统减压、减温后经低温再热蒸汽管道进入余热锅炉再热器;余热锅炉中、低压过热蒸汽出口的蒸汽可以分别经过中、低压旁路系统减压、减温后进入排汽装置。

2.2.2 供热系统

供热抽汽系统主要由3部分组成:汽轮机中压缸部分排汽接至热网供热系统;中压主蒸汽经减温减压器后接至热网供热系统;低压主蒸汽接至热网供热系统。在冬季正常供热工况下，热网系统的供热蒸汽来自汽轮机中压缸排汽。在蒸汽轮机发生事故或极端天气等情况下，余热锅炉来的蒸汽直接经汽轮机高压旁路后至低温再热蒸汽管道，低温再热蒸汽至余热锅炉再热器，自余热锅炉来的高温再热蒸汽经减温减压器后进入热网加热器供汽系统，对热网循环水进行加热。

为了扩大供热面积、降低排烟温度、减少排烟热损失，在余热锅炉的尾部增大省煤器加热器的受热面积。在供热工况下，利用2台省煤器再循环泵抽取省煤器出口部分给水至热网系统的水换热器，对热网回水进行加热后，经再循环泵送回省煤器入口。

2.2.3 凝结水系统

汽轮机排汽经过大排汽管道至空气冷却系统，在空气冷却系统凝结成水后回至排汽装置。排汽装置中的凝结水经3台变频凝结水泵升压后依次经过除铁过滤器、轴封冷却器后分别接至2台余热锅炉的低压省煤器，加热后进入带除氧器的低压汽包。轴封冷却器后接出了2路凝结水(凝结水再循环和凝结水减温水):凝结水再循环管道经调解阀后接至排汽装置，用以保证凝结水泵流量和满足轴封冷却器冷却轴封漏汽的需要;凝结水减温水为中压旁路阀、低压旁路阀、低压轴封供汽减温器、低温再热蒸汽至轴封蒸汽减温器、高温再热蒸汽至热网供汽减温减压器、低压缸喷水等提供减温水。

冬季供热时，热网疏水在正常工况下经过疏水泵加压后输送至凝结水泵后的凝结水管道，与凝结水合并后依次经过除铁过滤器、轴封冷却器和低压省煤器加热后进入带除氧器的低压汽包。在事故工况下，热网疏水接至余热锅炉定期排污水池。

机组的启动注水和运行补水均采用除盐水，都接至凝结水系统。机组启动注水接至凝结水泵后的管道，经过除铁装置、轴封冷却器等向余热锅炉注水;机组运行时的补水接至排汽装置，通过凝结水泵向系统补水。

2.2.4 辅助蒸汽系统

辅助蒸汽系统用于满足机组启动时汽轮发电机组轴封的密封以及除氧器、厂区采暖、生水加热等的用汽需要。

辅助蒸汽系统汽源有2路，一路来自汽轮机低温再热蒸汽系统，另一路来自启动锅炉房的蒸汽系统。机组在正常运行工况下，低温再热蒸汽经减压阀后供至辅助蒸汽联箱;机组启动时，启动锅炉房的蒸汽供至辅助蒸汽联箱，辅助蒸汽联箱再分别供至各个需汽点。辅助蒸汽联箱上设有疏水阀、排污安全阀等，以满足系统需求。

2.2.5 抽真空系统

抽真空系统的作用:机组启动初期将排汽装置内部及空冷凝汽器中的空气抽出，以达到汽轮机启动所要求的真空度;机组正常运行过程中，除去空气区积聚的非凝结气体，维持汽轮机背压。

3 结论

本文介绍了山西国际电力集团有限公司太原嘉节燃气热电联产工程的主要汽水系统:主蒸汽采用三压主蒸汽并分别配有100%的旁路系统，以满足机组在各种工况下运行的需要;以中压缸排汽、中压主蒸汽减温减压蒸汽及低压主蒸汽为供热蒸汽汽源，满足机组在不同工况下对外供热的需要;凝结水由3×50%的凝结水泵送至余热锅炉;辅助蒸汽系统和抽真空系统与常规机组类似，为机组启动提供所需要的蒸汽并满足机组的真空度要求。

［1］张军.燃气－蒸汽联合循环机组布置方案研究［J］.华电技术，2009，31(8):26 －30.

［2］陈晓利，张东晓，吴少华，等.空分整体化程度对整体煤气化联合循环系统性能的影响［J］.华电技术，2011，33(5):13－15.