大型天然气发电工程主机选用及配置

摘　要：介绍了浙江半山天然气发电工程采用三套350MW级燃气－蒸汽联合循环发电机组，每套机组有四大主机：燃气轮机（GT）、余热锅炉（HRSG）、汽轮机（ST）及发电机（G）。由于气价较高，确定采用F级燃机及相应的余热锅炉与汽轮机；对主机配置进行比选，确定每套机组由一台F级燃机、一台余热锅炉、一台汽轮机组成单轴系统（燃机、汽轮机与发电机同轴）。
关键词：天然气发电厂；燃气－蒸汽联合循环；燃气轮机（燃机）；余热锅炉

1　简　介
　　浙江半山天然气发电工程是浙江省配合西气东输工程建设的唯一一个大型发电项目。由于我国西部的天然气资源宝贵，生产成本较高，且输送路途遥远，管输成本较高，到达浙江杭州地区的门站气价预计将达1．37元／m3，新疆塔里木盆地西气东输的天然气的低位热值为36345 kJ／m3，折合单位低位热值气价0．0377元／MJ。标准煤价按350元／t计，则单位热值价格为0．012元／MJ，仅为天然气的1／3弱，因此天然气价格对电价十分敏感。浙江半山天然气发电工程选用当前技术成熟的350 MW级燃气－蒸汽联合循环发电机组共三套。由于气价高，半山工程对提高联合循环效率十分关注，以降低电价成本。
　　燃气－蒸汽联合循环发电机组有四大主机，分别是燃气轮机、余热锅炉、汽轮机和发电机，其配置为一台或多台燃气轮机以及相应数量的余热锅炉与一台汽轮机组成单轴和多轴两大类。燃气轮机是燃气－蒸汽联合循环发电机组关键设备，其选型对机组性能和电厂经济性的影响最大。本工程应选择典型的发电用大容量重型燃气轮机。当前技术成熟运行业绩较好的燃机，代表型号分别是E级（包括E级改进型）及F级。同时，配置相应的余热锅炉及汽轮机。
2　主机选用
2．1　燃　机
2．1．1　“E”级燃机
　　“E”级燃机是100 MW级燃气轮机的通称，单机容量为114．7～157MW。如9E（GE）公司、GT11N2（ALSTOM公司）及V94．2（SIEMENS公司）等。E级燃机其透平入口燃气温度为1060～1204℃，单循环效率以GE公司9E燃机为例，仅为33．8％，组成联合循环的效率约为52．4％。此类燃机在十多年前就已大规模投入商业运行，主要以石油产品为燃料。浙江省镇海及温州龙湾燃机电厂应用的已运行的功率为300 MW的E级燃机均为GE公司的9E燃机。
2．1．2　“F”级燃机
　　“F”级燃机是250 MW级燃气轮机的通称，在国外已广泛应用，单机容量为255．6～270 MW，透平入口燃气温度为1235～1400℃，单循环效率为36．9％～38．5％，联合循环的效率为56．7％～58％。如PG9351FA（GE公司）、V94．3A（SIEMENS公司）、GT26（ALST0M公司）及M701F（三菱公司）等。
2．1．3　对　比
　　E级效率小，组成300～350 MW级联合循环需要应用两台100 MW级燃机的排气产生的蒸汽拖动一台100 MW级汽轮机（二拖一）方案，由于燃机数量多，工程单位千瓦造价高；由于透平入口燃气温度较低，单循环及联合循环效率较低，运行维护成本也较低。F级功率大，组成350 MW级联合循环可应用一台250 MW级燃气轮机拖动一台100 MW级汽轮机（一拖一）方案；由于透平入口的燃气温度升高，单循环及联合循环效率较高，运行维护成本也较高。E级改进型性能介于E级及F级之间，功率为150 MW级，联合循环效率比E级有所提高，但组成350 MW级联合循环仍需应用二拖一方案，经过制造商努力价格有所下降，工程单位千瓦造价比E级有所降低；如9EC、GT13E2、V94．2A均属E级改进型燃机。
2．1．4　装机方案
　　针对半山工程建设三套联合循环机组（每套功率为350 MW级），为了对E级和F级燃机进行比较，对具有代表性的3种机型进行发电成本（COE）分析：
　　①机型1：以E级燃机中典型的GE公司9E燃机构成“二拖一”多轴（三轴）E级联合循环机组，联合循环效率52．4％。
　　②机型2：以F级燃机中SIEMENS公司V94．3A型燃机构成“一拖一”单轴F级联合循环机组，联合循环效率57．4％。
　　③机型3：以E级改进型中有代表性的ALSTOM公司GT13E2型燃机构成的“二拖一”多轴（三轴）E级改进联合循环机组，联合循环效率52．9％。
　　机型比选详见文献［1］，结果如下：
　　①当E级机组单位千瓦造价为3600元时，E级无法与F级相竞争。即使气价较低（0．4元／m3），E级电价成本为316．9元／MWh，F级电价成本为308元／MWh，当气价升高时，二者差距更大。　
　　②如E级机组单位千瓦造价降为3400元，当气价为0．562元／m3时，E级与F级电价成本相同，为340元／MWh，当气价小于0．562元／m3时，E级电价成本低于F级电价成本。
　　③如应用E级改进型机组，单位千瓦造价为3400元，当气价为0．705元／m3时，E级改进型与F级电价成本相同，为368元／MWh，气价小于0．705元／m3时，E级改进型电价成本低于F级电价成本。
　　由此可见：本工程应用F级机组方案。E级（包括E级改进型）适合于气价相对较低的地区。