H级燃机电厂新型主厂房布置方案检修起吊设计研究

陈昌山，朱 瑾，范勇刚，付焕兴，谢立国

(1. 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021；2. 华电福新广州能源有限公司，广东 广州 511300)

0 引言

与传统燃煤发电机组相比，燃气—蒸汽联合循环机组具有高效率、低投资、环保性能优、建设周期短等显著优势[1]。近年来，随着燃机技术不断进步，重型燃机的容量和效率也在不断提高，重型燃机市场主力机型开始从F级向H级过渡。H级燃气轮机是目前初温最高、功率最大以及效率最高的燃气轮机，其联合循环机组出力达到600～870 MW，联合循环效率达到61%～64%。

我国H级燃气—蒸汽联合循环机组项目的设计建设还处在起步阶段，2017年起国内H级燃机电厂的建设才开始陆续进入实施阶段。作为国内首个投运的650 MW等级H级燃气—蒸汽联合循环机组项目，广州增城燃气冷热电三联供项目的创新设计理念和经验在国内H级燃机电厂的设计领域具有示范意义。

本文以增城项目为例，根据低位双跨联合主厂房布置特点，对主要设备检修方案、主厂房行车配置等进行研究和论述。

1 主厂房总体布置简介

广州增城燃气冷热电三联供项目建设2套“一拖一”多轴H级燃气—蒸汽联合循环机组，单套机组联合循环ISO出力为670 MW。主机采用西门子SGT 5—8000H燃气轮机发电机组，配套西门子SST 5—5000汽轮机发电机组。

为兼顾优化项目总平面布置、两套机组机岛的多台主机布置完整集成、方便全厂“去工业化”和噪声治理、方便检修维护、实现主厂房内外观感美观协调等综合要求，设计院与主机厂进行了深入协作，开发并成功实施了“H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房”方案，该方案最大限度规避了单纯对称或简单顺列布置的弊端，实现了前述综合目标要求，成为该类型机组新的优化“典型布置方案”。

如图1～2所示，“H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房”方案中，燃气轮机发电机组采用低位布置，机组中心线为6.0 m，汽轮发电机组采用低位侧排汽布置方式，凝汽器位于机组侧面的低压缸排汽侧，机组中心线为7.0 m。燃气轮机发电机组和汽轮机发电机组设联合主厂房，两套蒸汽轮发电机组位于两套燃气轮发电机组之间，每套机组的燃气轮发电机组、余热锅炉、蒸汽轮发电机组等主机本体部分均顺列布置；区别于简单顺列布置联合厂房方案，两台机组连接余热锅炉和汽机的汽水管道布置、两套燃气轮机的天然气前置模块以及天然气管道布置、燃机辅机冷却水等管道布置均不一致，这种布置格局虽然大幅增加了设计难度和工作量，但该方案的燃机房和汽机房集中布置，方便统一规划检修起吊设施和空间；厂房内布置更紧凑，各空间使用更充分、合理，厂房外观更美观、整洁；发电机出线统一，母线布置短捷，利于升压站设置；汽轮发电机机组和燃气轮发电机机组主厂房集中布置，主厂房行车共用，检修场地可以共享；余热锅炉之间能够布置集中控制楼和其它公用设施，而不增加占地面积；该布置形式不仅符合燃机生产厂家的需要，而且对场地的利用也最为合理。

图1 H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房平面布置图

图2 H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房断面布置图

主厂房长度方向共设15档(3+4+1+4+3)，每台燃气轮机发电机组占3档(含1档检修档)，每台蒸汽轮机发电机组占4档，两台汽轮机之间设置1档检修跨。主厂房分为发电机间(A-B跨)和燃机汽机间(B-C跨)。燃机汽机间(B-C跨)屋顶标高约为29.4 m，配置2台起重量为200 t的行车，满足燃机和汽机及辅机的检修要求，行车轨顶标高为21.5 m；燃机发电机区域(A-B跨)屋顶标高约为17 m，每台燃机发电机配置1台13.5 t起重量的单梁悬挂起重机；汽机发电机区域(A-B跨)屋顶标高约23 m，2台汽机发电机共配置1台55 t起重能力的行车，满足汽机发电机及辅机的检修要求，行车轨顶标高为17.0 m。

2 主要设备检修设计特点

2.1 燃机转子检修

如图3所示，西门子燃机转子的检修过程分为3个步骤：1. 转子整体吊出；2. 转子倾翻；3. 转子拆卸。具体过程如下：使用行车将转子整体吊至主厂房内设置的转子检修场地，该区域设置有转子倾翻设备，转子一端与倾翻设备固定后，行车大钩将另一端吊起，将转子倾翻至竖直状态，再使用行车小钩将转子的各部件拆卸并吊出进行检修。燃机转子作为主厂房内最大检修起吊件，直接影响着行车的最大起升重量，主、副钩最大起吊高度，以及主厂房的布置方案，因此在主厂房设计中应充分了解燃机转子的检修起吊方案及相关要求。

图3 西门子燃机转子检修示意图

根据燃机厂家资料，燃机转子起吊时包括吊具起重能力要求为200 t，作为主厂房内检修最重件，燃机转子的起吊重量直接决定了燃机汽机间行车起吊能力的选择。

燃机转子检修过程中需要将转子倾翻至竖直状态，再使用行车小钩将转子的各部件拆卸并吊出，主钩距地面高度最低要求为17.0 m，副钩距地面高度最低要求为19.8 m，主钩距轨顶约1.2 m，副钩距轨顶约1.0 m，因此，燃机汽机间行车轨顶标高不应小于19.8 m＋1.0 m＝20.8 m。该要求直接决定了燃机汽机间屋面高度的设计。

图4为#1燃机转子检修区域布置图，视角从#1余热锅炉看向主厂房内#1燃气发电机组，左边1档布置1号燃机本体，中间1档布置有燃机封闭母线、静止变频启动装置(static frequency converter，SFC)设备间、配电间、电子设备间、燃机润滑油模块以及燃机倾翻装置基础等，右边1档为燃机检修档，检修档右侧为主厂房固定端山墙。根据燃机厂家提供的资料，并考虑转子倾翻装置以及脚手架的空间，转子倾翻装置与燃机中心线距离定为12.0 m；转子倾翻装置中心线与行车吊钩行程的距离要求为13.83 m；行车吊钩极限行程距离固定端轴线为4.5 m，考虑一定裕量后，确定固定端轴线与#1燃机中心线的距离为31 m。

图4 #1燃机转子检修区域布置图

2.2 燃机发电机抽转子方案

如图5所示，燃机发电机抽转子采用工具小车方法，主要工具为转子小车、支架、滑块、滑板等。抽转子主要步骤如下：1. 安装好包括励端小车、转子滑块、滑板、铁心保护垫、轴承档支架等工具；2. 从励端拨拉转子，将转子慢慢拉出；3. 装上转子本体小车，继续向励端拉出转子；4. 整个抽出转子。

图5 燃机发电机抽转子示意图

如图6所示，为燃机发电机区域俯视图，根据上述厂家资料，转子完全抽出后端部距离发电机中心线约18.8 m，而发电机中心线距离A列中心线为14.714 m，此时转子端部已经位于主厂房A列墙外，因此A列墙在燃机档设置可拆卸墙面，用于燃机发电机抽转子检修。沿燃机中心线从A列墙至主厂房外道路的区域设计中不考虑布置其他设备，以免阻挡转子运出通道。燃机发电机转子检修采用的工具小车方法不需要使用行车，对燃机发电机上方设置的单梁悬挂起重机没有起吊要求，因此设计该起重机时仅需考虑燃机发电机其他部件及辅机的起吊重量。

图6 燃机发电机转子检修区域布置图

2.3 汽机发电机抽转子方案

如图7所示，汽机发电机抽转子采用行车方法，主要工具为转子吊绳、支架、滑块、滑板等。抽转子主要步骤如下：1. 准备好上述主要工具；2. 使用行车从励端拨拉转子，慢慢拉出；3. 使用行车继续向励端拉转子；4. 整个从励端抽出转子。根据厂家资料，转子完全抽出后端部距离发电机中心线约15.6 m，主厂房A列中心线距离汽机发电机中心线约23 m，因此转子可以在主厂房内检修场地进行检修，无需拖出主厂房外。

图7 汽机发电机抽转子示意图

2.4 汽机发电机空冷器检修

如图8所示，汽机配套空冷发电机，空冷器设置在发电机侧面，空冷器中有两组换热管束模块，每组模块各有两个换热管束单元，空冷器外侧设置有可拆卸护板，换热管束检修时，只需拆卸外侧护板后将换热管束水平拖出空冷器壳体后吊至检修场地进行检修维护。

图8 汽机发电机空冷器区域示意图

根据发电机及母线的布置情况，靠近汽机侧的换热模块可以利用发电机间(A-B跨)汽机发电机区域的行车直接吊出并放置于检修场地。而靠近励端的换热模块上方有发电机母线遮挡，无法利用行车直接吊出，因此需要使用专用起吊工具，如图9所示，专用起吊工具有上下两层钢梁，上层钢梁可用行车小钩吊起，下层钢梁下方设置有电动葫芦，可将换热模块吊起，而上下两层梁利用吊绳连接。使用该起吊工具将换热模块吊出后沿发电机母线轴向移动至发电机侧面的检修场地，再对管束进行检修维护。

图9 汽机发电机空冷器检修示意图

2.5 汽机主汽阀及再热汽阀检修

如图10所示，汽机主汽阀和再热汽阀位于高中压缸侧面，主汽关断阀、调节阀及再热调节阀执行器水平布置，再热关断阀执行器竖直布置。以主汽阀为例，主汽阀执行机构拆卸时，需采用专用工具——“C型吊钩”，并通过燃机汽机间行车沿执行机构中心线水平拉出，步骤详见图11中①、②、③部分，专用工具外形及起吊详见图中④、⑤部分。再热调节阀执行机构检修方式与主汽阀一致，通过C型吊钩水平拖出；由于再热关断阀执行机构竖直布置，需要向上拖出，因此起吊空间对周围影响较小。

图10 汽机主汽门再热汽阀检修示意图

图11 主汽阀执行机构检修示意图

如图10所示，主厂房内主汽调节阀和再热调节阀检修时C型吊钩拖出的方向布置有11.5 m层汽机维护钢平台，因此需要优化该区域的钢平台设置，留出主汽及再热调节阀的检修空间，该区域不设置钢平台及钢梁，预留检修空间的大小需要综合考虑C型吊钩本体尺寸、最大移动行程、执行机构拖出时的最大占用空间以及钢平台钢梁宽度等因素。

3 主厂房行车设计特点

主厂房行车设置如图2所示。燃机汽机间(B-C跨)两套机组设置两台行车，用于燃机及汽机的检修。汽机检修最重件为低压缸转子，重量为81 t，燃机检修最重件为燃机转子，起吊重量要求为200 t，因此选取起升荷载为200 t的桥式起重机。汽轮机低压缸上半缸检修要求较汽轮机高中压上半缸、汽轮机转子要求更高，所以用汽轮机低压缸上半缸检修来确定行车轨顶标高及主厂房屋架下弦标高。对于汽机检修，汽轮发电机组中心线标高为7.0 m，汽机厂提供的检修最小高度为11.5 m，主钩距轨顶约1.2 m，因此，轨顶标高不应小于7.0 m＋11.5 m＋1.2 m＝19.7 m。行车应高于汽机中低压缸连通管，行车操作室标高应超过汽机低压补汽管道。对于燃机检修，如前文所述，轨顶标高不应小于20.8 m。行车最低处是操作室，其标高超过燃机罩壳。燃气轮机区域和蒸汽轮机区域行车轨顶标高相差不大，按设置2台行车考虑，同时满足燃气轮机和蒸汽轮机检修要求。综上分析并考虑一定裕量，燃机汽机间行车轨顶标高取为21.5 m。

根据燃机机组布置情况可知，燃机靠近发电机的区域位于主厂房B列，由于行车大小钩极限位置的限制，燃机汽机间的200 t行车大钩极限位置距离B列3.55 m，小钩极限位置距离B列1.75 m，因此燃机靠近B列的区域存在行车起吊空白区域，为此，本项目行车设置有12.5 t起重量的探臂吊，如图12所示，将检修极限范围扩展至B列轴线0.35 m区域，可以检修起吊压气机进口段上半缸等部件。

图12 H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房检修大部件摆放图

发电机间(A-B跨)汽机发电机区域，发电机转子考虑沿A列方向用行车配合专用工具抽出后检修，发电机转子重量为48.8 t，为汽机发电机区域检修最重件，由于两台汽机相邻布置，两台汽机发电机可共用1台行车，考虑吊具重量和一定裕量后，汽机发电机区域屋顶设置一台55 t单行车，用于检修发电机转子、集电环、端盖、空气冷却器、冷却水泵、真空泵、循环水蝶阀等，另外起重机标高选择还要考虑避开发电机封闭母线，汽机发电机组中心线标高为7.0 m，发电机检修要求高度约9.0 m，行车主钩距轨顶约1.0 m。因此，汽机发电机区域的行车轨顶标高不应小于7.0 m+9.0 m+1.0 m＝17.0 m。

发电机间(A-B跨)燃机发电机区域，发电机转子考虑沿A列方向用专用工具小车抽出检修，屋顶设置一台13.5 t单梁悬挂起重机，用于检修发电机集电环、端盖和氢气冷却器，另外起重机标高选择还要考虑避让发电机封闭母线。燃机发电机组中心线标高为6.0 m，发电机检修要求高度约为6.0 m，起重机吊钩距轨顶约3.0 m，考虑一定裕量，单梁悬挂起重机轨顶标高约为15.3 m。

4 主厂房总体检修条件

如图1所示，从余热锅炉看向主厂房，#1燃机和#2燃机右侧各设置1档检修跨，两台汽机之间设置1档检修跨，主厂房共设置3档检修跨，在两套联合循环机组中任意一套检修时，均有2个检修跨可以使用，大部件可以完全堆放在主厂房内，如图12所示。该方案有效避免了西门子典型布置方案中主厂房内检修堆放空间受限，需要将部分大部件摆放在主厂房外的问题，在不增加主厂房占地面积的情况下，为机组检修创造了有利的条件。

5 结语

广州增城燃气冷热电三联供项目中，设计院开发并成功实施了“H级联合循环低位多轴双跨联合主厂房”方案。本文根据燃机、汽机、发电机等主要设备的检修要求，结合低位双跨联合主厂房布置特点，对主要设备检修方案、主厂房行车配置等进行了详细的论述，提出了一种典型的H级燃气—蒸汽联合循环机组低位布置主厂房检修起吊设计方案，以供同类工程设计借鉴参考。增城项目1号机组于2020年6月14日通过168 h试运，本项目对机组检修的周详设计受到业主的高度肯定。