嚴(yán)衛(wèi)春

(上海電氣電站設(shè)備有限公司 上海汽輪機(jī)廠， 上海 200240)

F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)是投運(yùn)多年的成熟機(jī)組，技術(shù)水平較高、效率高、性能較先進(jìn)。近年來，國(guó)內(nèi)外新建聯(lián)合循環(huán)機(jī)組多選用大功率F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)作為基本機(jī)型，大部分機(jī)組的功率為300 MW，且采用軸向排氣、冷端驅(qū)動(dòng)。最基本的組合是1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)汽輪機(jī)組成的“1+1”方案；此外，還有2臺(tái)或3臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、與燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量相同的余熱鍋爐和1臺(tái)共用的汽輪機(jī)組成的“2+1”方案、“3+1”方案。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組可分為分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組和單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。 “1+1” 方案中的燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)若同軸串聯(lián)在1根軸上，則形成了單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配置方案；而在“2+1”和“3+1”方案中，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的多個(gè)軸均相互獨(dú)立，稱為分軸聯(lián)合循環(huán)配置方案，“1+1”方案同樣也可以選擇采用分軸配置。

筆者針對(duì)不同配置的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在主廠房中的布置方案進(jìn)行分析，介紹機(jī)島各種布置的特點(diǎn)，結(jié)合電廠初期投資的對(duì)比，為電廠在建設(shè)初期選擇布置方案提供參考。

1 機(jī)組布置

1.1 分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組

分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組布置形式多樣，具體為：根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)軸線與汽輪機(jī)軸線的相應(yīng)標(biāo)高可分為雙高位布置、雙低位布置、高低位布置(燃?xì)廨啓C(jī)低位，汽輪機(jī)高位)；根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)軸線的相對(duì)位置可分為垂直布置、順列布置(燃?xì)廨啓C(jī)軸線與汽輪機(jī)軸線平行，對(duì)于多臺(tái)機(jī)組，按燃?xì)廨啓C(jī)→汽輪機(jī)→燃?xì)廨啓C(jī)→汽輪機(jī)的順序依次排列)、鏡像布置(燃?xì)廨啓C(jī)軸線與汽輪機(jī)軸線平行，對(duì)于多臺(tái)機(jī)組，按燃?xì)廨啓C(jī)→汽輪機(jī)→汽輪機(jī)→燃?xì)廨啓C(jī)的順序依次排列)。

分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組布置的特點(diǎn)為：

(1) 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組相互獨(dú)立，燃?xì)廨啓C(jī)與余熱鍋爐間設(shè)置旁路煙囪，可實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)可快速啟動(dòng)，在20 min內(nèi)就可達(dá)到滿負(fù)荷，調(diào)峰能力強(qiáng)[1]。

(2) 相比于“1+1”方案機(jī)組，“2+1”方案機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組功率大了1倍，且減少了1套汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)械損失減少，機(jī)組整體發(fā)電效率更高，適合追求更高效率且場(chǎng)地空間有限的機(jī)組。

(3) 雙高位布置較雙低位布置具有更大的廠房容積，雖然土建及廠房框架的投入相對(duì)更高，但高位大平臺(tái)結(jié)構(gòu)會(huì)更美觀。

(4) 采用分軸順列布置，每套機(jī)組可采用相同的設(shè)計(jì)圖，減少了主廠房設(shè)計(jì)的工作量。2套分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組鏡像布置方案中，將2臺(tái)汽輪機(jī)共同布置在廠房中部，不需要為每臺(tái)汽輪機(jī)設(shè)置獨(dú)立的檢修區(qū)域，2臺(tái)汽輪機(jī)可共用檢修區(qū)域和檢修行車，節(jié)約廠房占地面積，減少設(shè)備投資。

1.2 單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組

單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組布置形式可分為：根據(jù)發(fā)電機(jī)在軸系中的相對(duì)位置，分為發(fā)電機(jī)中置和發(fā)電機(jī)尾置；根據(jù)機(jī)組中心線的高度，分為低位布置和高位布置；根據(jù)廠房布置模式，分為聯(lián)合廠房和獨(dú)立廠房。

1.2.1 發(fā)電機(jī)中置和發(fā)電機(jī)尾置

發(fā)電機(jī)中置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以AE94.3A、V94.3A和GT26為例，按燃?xì)廨啓C(jī)→發(fā)電機(jī)→3S離合器→汽輪機(jī)的順序連接在1根軸上，發(fā)電機(jī)置于燃?xì)廨啓C(jī)和3S離合器之間(見圖1)。

圖1 發(fā)電機(jī)中置簡(jiǎn)圖

發(fā)電機(jī)中置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特點(diǎn)為：

(1) 汽輪機(jī)布置在軸系的尾端，可采用軸向排汽至凝汽器，機(jī)組可以安裝在標(biāo)高較低的位置上，降低廠房高度，減少土建和廠房建造的成本。

(2) 3S離合器的配置可以將燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)脫開，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)運(yùn)行，不受汽輪機(jī)安裝進(jìn)度及汽輪機(jī)故障的影響。

(3) 發(fā)電機(jī)布置在軸系的中間，不能在原位置直接抽轉(zhuǎn)子檢修，需要通過配置大型檢修行車起吊或發(fā)電機(jī)水平移位裝置來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢修。

發(fā)電機(jī)尾置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以PG9351FA和M701F為例，按燃?xì)廨啓C(jī)→汽輪機(jī)→發(fā)電機(jī)的順序連接在1根軸上，發(fā)電機(jī)位于軸系的尾端[2](見圖2)。

圖2 發(fā)電機(jī)尾置簡(jiǎn)圖

發(fā)電機(jī)尾置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特點(diǎn)：

(1) 汽輪機(jī)位于軸系中間，只能采用向下排汽至凝汽器，機(jī)組只能安裝在標(biāo)高較高的位置上，采用高位布置，廠房高度有所增加。

(2) 汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接，只能在汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)全部安裝完成后，機(jī)組才能投運(yùn)；汽輪機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，整臺(tái)機(jī)組就不能運(yùn)行。

(3) 發(fā)電機(jī)布置在機(jī)組的尾端，檢修時(shí)可以直接抽轉(zhuǎn)子。

1.2.2 低位布置和高位布置

低位布置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以AE94.3A為例，圖3為機(jī)組布置的三維圖。機(jī)組中心線標(biāo)高為5.5 m，主廠房分為0 m層和4.5 m運(yùn)行檢修層，輔助模塊大多布置在0 m層，運(yùn)行檢修層布置發(fā)電機(jī)電氣盤柜及小部分輔助模塊，汽水管道布置在運(yùn)行檢修層下方，發(fā)電機(jī)采用上部出線的方式，進(jìn)氣系統(tǒng)采用上部側(cè)向進(jìn)氣。

圖3 AE94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低位布置三維圖

高位布置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以M701F為例，圖4為機(jī)組布置三維圖，機(jī)組中心線標(biāo)高為13.76 m，主廠房分為0 m層、6.5 m中間層、13 m運(yùn)行層，輔助模塊大多布置在0 m層，中間層為汽水管道層，運(yùn)行層不布置輔助模塊，僅預(yù)留檢修起吊孔，進(jìn)氣系統(tǒng)采用底部進(jìn)氣，發(fā)電機(jī)采用下部出線的方式。

圖4 燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組高位布置三維圖

1.2.3 聯(lián)合廠房及獨(dú)立廠房

聯(lián)合廠房指多套機(jī)組布置于1個(gè)連通的廠房?jī)?nèi)，可共用1套檢修行車；獨(dú)立廠房指每套機(jī)組布置在各自的廠房?jī)?nèi)，分別設(shè)置獨(dú)立的檢修行車(見圖5)。

圖5 單軸布置獨(dú)立廠房三維圖

聯(lián)合廠房一般應(yīng)用于單軸布置機(jī)組，對(duì)于分軸布置機(jī)組，受限于燃?xì)廨啓C(jī)上部進(jìn)氣的限制，如采用聯(lián)合廠房，則廠房高度增加較多，因此應(yīng)用較少。

聯(lián)合廠房及獨(dú)立廠房的主要特點(diǎn)為：

(1) 多套(大于2套)機(jī)組可采用聯(lián)合廠房布置形式，機(jī)組不可能都采用側(cè)向進(jìn)氣，機(jī)組只可高位布置(下側(cè)進(jìn)氣)；獨(dú)立廠房可采用側(cè)向進(jìn)氣，機(jī)組布置形式多樣。

(2) 聯(lián)合廠房可共用1套檢修行車和檢修區(qū)域，獨(dú)立廠房每套機(jī)組設(shè)置獨(dú)立的檢修行車和檢修區(qū)域。

2 布置方案及其經(jīng)濟(jì)性分析

聯(lián)合循環(huán)電站的布置形式多樣，各有優(yōu)劣，在此，結(jié)合市場(chǎng)的實(shí)際需求及認(rèn)可度，對(duì)裝有2套“1+1”F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組(總功率為900 MW)的幾種典型布置方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)比分析了其技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性。

方案一為分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)均低位布置，順列布置，獨(dú)立廠房。燃?xì)廨啓C(jī)中心線標(biāo)高為4.0 m，汽輪機(jī)中心線標(biāo)高為5.5 m。

方案二為分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)低位布置、汽輪機(jī)高位布置，鏡像布置，聯(lián)合廠房。燃?xì)廨啓C(jī)中心線標(biāo)高為4.0 m，汽輪機(jī)中心線標(biāo)高為13.0 m。

方案三為單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，發(fā)電機(jī)中置，低位布置。機(jī)組中心線標(biāo)高為5.5 m，2套機(jī)組分別布置在獨(dú)立廠房?jī)?nèi)。

方案四為單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電機(jī)中置， 高位布置。機(jī)組軸線標(biāo)高為13.0 m，2套機(jī)組布置在聯(lián)合廠房?jī)?nèi)。

2.1 主要技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

表1為各方案主廠房的主要數(shù)據(jù)。分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組布置的主廠房無法容納全部機(jī)島電氣、熱控設(shè)備房間，需要額外配置集控樓滿足機(jī)組運(yùn)行控制的要求，方案三和方案四已考慮機(jī)島電氣、熱控設(shè)備房間，基本能滿足機(jī)島需求，故廠房占地面積及廠房容積對(duì)比應(yīng)以含集控樓為準(zhǔn)。

表2為各方案主廠房的建設(shè)特點(diǎn)。

表1 主廠房的主要數(shù)據(jù)

表2 主廠房的建設(shè)特點(diǎn)

從表2和表3可以得出：(1)分軸布置方案廠房占地面積大于單軸布置方案，用地成本更高；(2)高位布置的廠房容積要大于低位布置，具有更大的設(shè)備布置空間，廠房更加寬敞；(3)低位布置的建設(shè)周期更短，施工難度更低；(4)高位布置較低位布置具有更佳的檢修維護(hù)空間，整體美觀度較高；(5)鏡像布置的2套機(jī)組組成1個(gè)單元，不便擴(kuò)建。

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)濟(jì)性分析對(duì)比著重于主廠房?jī)?nèi)主輔系統(tǒng)投資，造價(jià)主要包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建造工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)及其他費(fèi)用。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占總費(fèi)用的72%～75%，對(duì)總體投資的影響最大，建造工程費(fèi)占7%～8%，安裝工程費(fèi)占6%～7%，其他費(fèi)用占10%～12%。由于安裝工程費(fèi)和其他費(fèi)用與當(dāng)?shù)夭牧腺M(fèi)和人工費(fèi)關(guān)系較大，在無法確定廠址條件前，未將其計(jì)入。

2.2.1 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)

表3為主廠房設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的對(duì)比(以方案三為基準(zhǔn)，相對(duì)費(fèi)用為各方案的費(fèi)用與基準(zhǔn)方案間的差)。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)中，燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)及其輔助系統(tǒng)費(fèi)用占比最大。不同布置方案的檢修行車數(shù)量、起吊質(zhì)量和跨度的差別較大，因此將檢修行車的購(gòu)置費(fèi)單獨(dú)列入表3中。電氣、熱控等設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)相差不大，故未將其列入表中。

表3 主廠房設(shè)備購(gòu)置費(fèi)對(duì)比

由表3可知：方案一、二、三、四的合計(jì)相對(duì)費(fèi)用分別為1 720 萬元、1 580 萬元、0 萬元、-290 萬元。方案四的主廠房設(shè)備購(gòu)置費(fèi)最低，方案一的主廠房設(shè)備購(gòu)置費(fèi)最高。相比于單軸布置，分軸布置雖然發(fā)電機(jī)功率較小，但多1套汽輪發(fā)電機(jī)及其輔助系統(tǒng)，因此每套機(jī)組主機(jī)設(shè)備的價(jià)格約高1 000萬元。

2.2.2 建造工程費(fèi)

表4給為主廠房建造工程費(fèi)(以方案三為基準(zhǔn))，不包含地基與基礎(chǔ)部分工程量(可能的地基處理或樁基)，僅為樁材本身的市場(chǎng)價(jià)，不含安裝費(fèi)、人工費(fèi)等費(fèi)用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)及機(jī)島鋼平臺(tái)的主要材料為Q345-B鋼，運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的主要材料為壓型鋼板和混凝土板，基座的主要材料為鋼筋混凝土。由表4可知：不含集控樓時(shí)，方案一、二、三、四的合計(jì)相對(duì)費(fèi)用分別為-870 萬元、-630 萬元、0 萬元、1 180 萬元；含集控樓時(shí)，方案一、二、三、四的合計(jì)相對(duì)費(fèi)用分別為240 萬元、480 萬元、0 萬元、1 180 萬元。若考慮集控樓投資，方案三的主廠房建造工程費(fèi)最少，方案四的建造工程費(fèi)最大。

表4 主廠房的建造工程費(fèi)

3 結(jié)語

特定的布置方案中無法顯現(xiàn)全部?jī)?yōu)勢(shì)，應(yīng)結(jié)合各電廠具體的主要關(guān)注點(diǎn)來選擇最優(yōu)的布置方案。低位布置方案適合要求建設(shè)施工便捷的電廠，廠房框架及基座施工難度低，整體建設(shè)周期短；單軸低位布置方案適合要求投資費(fèi)用較低的電廠，廠房占地面積小，電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少。單軸(發(fā)電機(jī)中置)且配有3S離合器的機(jī)組或分軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組適合要求運(yùn)行調(diào)峰靈活的電廠，可實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行啟動(dòng)快。高位布置方案適合要求檢修維護(hù)便利的電廠，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組共用檢修區(qū)域，運(yùn)行維護(hù)空間大。單軸高位布置方案適合要求整體美觀大氣的電廠，易形成運(yùn)行維護(hù)大平臺(tái)，整體美觀度高。單軸機(jī)組、獨(dú)立廠房布置方案適合要求分期擴(kuò)建方便的電廠，單元機(jī)組相對(duì)獨(dú)立，易分期擴(kuò)建。