2019燃气蒸汽联合循环机组及附属系统设计规范.pdf

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1、电力工程设计手册2019 版http:/ 电力工程设计手册燃气_蒸汽联合循环机组及附属系统设计序言 总刖日 前言第一章综述.1第一节燃气一蒸汽联合循环机组发展简述1、燃气轮机的发展.1二、我国燃气轮机发电技术的发展.1三、燃气一蒸汽联合循环发电技术.2第二节燃气一蒸汽联合循环机组的设计原则及流程.2一、设计应遵循的主要原则.2二、设计的基本过程.3三、设计内容与深度.3四、专业配合.4第三节燃气一蒸汽联合循环机组主要技术经济指标计算.5一、技术经济指标计算所需基本条件.5二、主要技术经济指标计算.6三、计算实例.9第二章 机组选型.11第一节 燃气轮机.11一、燃气轮机分类.11二、大中型燃气

2、轮机特点.12三、J级燃气轮机的特点.31第二节余热锅炉.33一、余热锅炉设计特点.33二、余热锅炉分类.34三、余热锅炉主要制造厂家.38四、余热锅炉主要技术特点.:.38五、余热锅炉选型.48第三节 汽轮机.49、汽轮机特点.49二、汽轮机分类.49三、汽轮机主要制造厂家.50四、汽轮机主要结构特点.50五、汽轮机选型.64第四节发电机.67一、发电机特点.67二、发电机分类.67三、发电机选型.67第五节机组配置.68、机组循环方式.68二、机组配置方式及特点.68三、热电联产机组选型.69四、联合循环机组的性能及优化.70五、典型机组配置案例.83第三章 燃料供应系统.86第一节燃料分

3、类及基本特性.86一、燃料分类.86二、燃料基本特性.86第二节 天然气供应系统.89一、系统功能及范围.89二、系统设计.90三、常见系统设计方案.91四、管道设计参数选取.95五、设备选型.95六、管道规格及材料选取.98七、布置要求.98八、安全防护.98九、联锁条件.98第三节 燃油供应系统.98一、系统功能及范围.98二、系统设计.98三、设备选型.106四、设计参数选取.108五、管道规格及材料选取.109http:/ 凝结水、给水系统.146第一节 凝结水系统.146一、系统功能及范围.146二、系统设计.146三、设计参数选取.147四、设备选型.147五、管道规格及材料选取.

4、148六、联锁要求.148第二节给水系统.148一、系统功能及范围.148二、系统设计.148三、设计参数选取.150四、设备选型.150五、管道规格及材料选取.151六、联锁条件.151第三节 除盐水系统.151一、系统功能及范围.151二、系统设计.151三、设计参数选取.153四、管道规格及材料选取.153第七章燃气轮机及发电机、汽轮机及发电机本体系统.154第一节 汽轮机轴封及本体疏水系统.154一、系统功能及范围.154二、常见系统设计方案.-154三、设计接口.154四、联锁要求.154五、设备、管道布置与安装设计.156第二节润滑油系统.156一、系统功能及范围.156二、常见系

5、统设计方案.158三、管道设计参数选取.162四、润滑油储存与净化系统设备及管道组成件选择.164五、设计接口.164六、联锁要求.165七、设备、管道布置与安装设计.165第三节发电机氢、油、水系统.165一、系统功能及范围.165二、常见系统方案.166三、设计接口.170http:/ 辅助系统.172第一节辅助蒸汽系统.172一、系统功能及范围.172二、系统设计.172三、设计参数选取.175四、设备选型.175五、管道规格及材料选取.175六、布置要求.175七、联锁条件.176第二节冷却水系统.176、汽轮机循环冷却水系统.176二、辅机循环冷却水系统.176第三节凝汽器抽真空系统

6、及真空破坏系统.181一、系统功能及范围.181二、系统设计.182三、设计参数选取.182四、设备选型.182五、管道规格及材料选取.188六、布置要求.188七、联锁条件.188第四节压缩空气系统.188一、系统功能及范围.188二、系统设计.188三、设计参数选取.190四、设备选型.190五、管道规格及材料选取.190六、布置要求.192七、联锁条件.193第五节 氮气系统.193一、系统功能及范围.193二、系统设计.193三、设计参数选取.195四、设备选型.195五、管道规格及材料选取.195六、布置要求.195第六节全厂疏放水系统.195一、系统功能及范围.195二、系统设计.

7、195三、设计参数选取.196四、设备选型.196五、管道规格及材料选取.196六、布置要求.196第九章热网系统.198第一节热网加热蒸汽系统.198一、系统功能及范围.198二、系统设计.198三、设备选型.201四、设计参数选取.203五、管道规格及材料选取.203六、布置要求.203七、联锁要求.203第二节热网循环水系统.204一、系统功能及范围.204二、系统设计.204三、设备选型.205四、设计参数选取.206五、管道规格及材料选取.206六、布置要求.206七、联锁要求.206第三节热网加热器疏水系统.207一、系统功能及范围.207二、系统设计.207三、设备选型.208四

8、、设计参数选取.209五、管道规格及材料选取.209六、布置要求.209七、联锁要求.210第四节热网补水系统.210一、系统功能及范围.210二、系统设计.210三、设备选型.210四、设计参数选取.212五、管道规格及材料选取.212六、布置要求.212七 联锁要求.213第十章厂房布置.214第一节主厂房布置.214一、主厂房的布置原则.214二、主厂房模块划分.214三、主厂房典型布置.220第二节辅助车间布置.238一、调压站.238二、启动锅炉房.238第-章防爆.241第一节爆炸危险区域及其划分.241一、爆炸危险区域定义.241http:/ 管道疏放水和放气系统.266一、一般

9、要求.266二、疏放水系统的主要形式.266三、疏放水管道组成件的选择.268四、疏放水管道的布置.269第四节管道应力计算.269、一般要求.269二、管道的应力验算.269第五节 管道支吊架.270一、一般要求.270二、支吊架间距.271三、支吊架荷载.272四、弹簧选择.273五、支吊架结构强度计算.273第六节保温、油漆和防腐.274、保温.274二、油漆.276三、防腐.279第七节管道的检查和试验.279一、检查.279二、试验.280附录.282附录A饱和蒸汽、凝结水及过热蒸汽比恰表.282附录B压缩空气在不同露点温度与压力下对应的空气饱和含湿量286附录C室外空气计算参数.2

10、88附录D热网水管道水力计算表.316主要量的符号及其计量单位.324参考文献.325http:/ 述第一节燃气一蒸汽联合循环 机组发展简述一、燃气轮机的发展燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力 机械，是经过压气机将吸入的外界空气压缩，在燃 烧室与燃料混合燃烧加热后，将产生的高压高温燃 气送入透平膨胀做功，把热能转变为机械能的旋转 原动机。燃气轮机由压气机、燃烧室、燃气透平、控 制系统及辅助设备组成。它是继汽轮机和内燃机问世 之后，吸取了两者之长研制而成的。它的内燃式加旋 转式的动力结构，既避免了汽轮机组需要配置庞大的 锅炉，也回避了内燃机中将往复式运动转换成旋转式 运动而导致的设备结构复

11、杂、磨损大和运转稳定性差 等不利因素，是目前具有市场应用前景的第三代动力 机械。由压气机、燃烧室和燃气透平三大部件组成的燃 气轮机循环称为简单循环，见图1-1。它的结构简单，充分体现出燃气轮机所特有的体积小、质量轻、启动 快、自动化程度高等特点，已获得广泛应用。1939年，世界上第一台4MW重型燃气轮机在瑞 士投入发电运行，效率达18%。同年，德国制造的喷 气式飞机试飞成功，使燃气轮机进入了实用阶段，并 开始迅速发展。随着透平叶片冷却技术，高温材料、涂层技术及 制造工艺水平的不断提高，燃气初温也逐步提高，使 燃气轮机的热效率和运行可靠性不断增加，单机功率 不断增大。与此同时，燃气轮机的应用领域

12、不断扩大。1941年，瑞士制造的第一台燃气轮机列车通过了试 验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇 下水，它以1.86MW的燃气轮机作动力；1950年，英 国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多 的领域中获得应用。燃气轮机从20世纪50年代开始进入发电行业。由于其具有效率高、污染排放少、单位投资低、建设 周期短、用地用水量少、启动迅速、便于调峰等显著 特点，燃气轮机发电技术得到迅速发展。到2017年,全球天然气发电量占全球发电总量的23%,其中绝大 部分来自燃气一蒸汽联合循环机组。到目前，燃气轮机的净热效率已超过42%,最大 单机功率已超过550MW(ISO工况，指环境温度

13、为 15C,大气压力为10L33kPa,相对湿度为60%),燃 气初温已达1550160(TCt J燃用天然气的燃气轮机二 氧化碳排放量为等容量燃煤蒸汽动力发电厂的56%,SO2和粉尘污染物排放极少，NOW排放已达0.015 0.025mg/L(15%O2),甚至更低，经过脱硝处理后，可降到 0.0030.004mgLo燃气轮机技术经过近70年的发展已日趋成熟，其总的技术经济指标及污染排放指标都优于装有烟 气脱硫装置和烟气脱硝装置的超临界燃煤电站，已成 为高效、洁净、环保的火力发电模式。二、我国燃气轮机发电技术的发展我国的燃气轮机发电事业始于1959年，当时从瑞 士引进两套6200kW的单循环

14、燃气轮机列车发电机 组，燃料为大庆原油。20世纪60年代，燃气轮机发 电站的建设及其设备的制造生产初具规模。国内主要 制造厂曾先后设计生产过燃气轮机组，燃气初温一般 在600700C,效率为16%25%,所建电站基本上 是单循环机组。到了 20世纪70年代，分别从英国和日本引进了 http:/ 气轮发电机组总装机容量达到300MW左右。1984年，南京汽轮电机集团与美国通用电气公司(简称GE公司)合作生产了 B系列燃气轮机，推动了 我国燃气轮机国产化的进程。为适应燃料结构调整的要求，开拓天然气的应用 市场，配合西气东输和进口液化天然气工程，2003一 2006年期间，由中国技术进出口总公司牵头

15、，组织实 施了共计3批燃气轮机电站设备捆绑招标采购，即技 术转让及本土化、自主化捆绑招标采购。这3批捆绑 招标的实施，为我国燃气一蒸汽联合循环机组的设备 制造、电站建设、运行管理和维修服务等全过程形成 完整的产业链打下了坚实的基础。随后，我国主要制造厂都投入重要力量，推动了 F级燃气轮机技术的发展。2002年10月，“863”先进能源技术领域计划 中燃气轮机重大专项课题之一的ROl IO重型燃气轮机 的设计与研制项目，由中航工业沈阳黎明航空发动机 集团立项启动。项目为配套RoIIo燃气轮机的燃气一 蒸汽联合循环机组，其中，ROIl o燃气轮机的额定功 率为114.5MW,热效率为36%；燃气一

16、蒸汽联合循环 机组的功率为150MW。Rol IO重型燃气轮机于2012 年10月完成72h带负荷试验运行考核，2013年11月 完成168h联合循环试运行，2014年3月项目通过了 验收。ROIl o重型燃气轮机项目的运行，标志着我国首 次自主研发的重型燃气轮机研制取得了成功，对我 国燃气轮机产业发展起到了重大的推动作用，为后 续实现国产燃气轮机的商业化打下了良好基础。自 此，我国成为世界上第五个具备重型燃气轮机研制 能力的国家。三、燃气-蒸汽联合循环发电技术燃气一蒸汽联合循环是将燃气轮机排出的高温乏 烟气，通过余热锅炉回收热量，将水转换为蒸汽，再 将蒸汽送入汽轮机发电,采用燃气一蒸汽联合循

17、环可 以获得更高的发电热效率。目前燃用气体燃料或液体 燃料的联合循环发电净热效率已超过62.7%,燃气一 蒸汽联合循环单轴机组容量已超过780MW.其中，汽轮机还可提供工业抽汽对外供汽或供暖抽汽对外 供热，实现热电联产。燃气一蒸汽联合循环以燃气轮机循环为前置循 环，汽轮机循环为后置循环，两者以一定方式组成一 个整体的热力联合循环。燃气一蒸汽联合循环机组主 要由燃气轮机和余热锅炉、汽轮机三部分构成，见图 1-2.其中，燃气轮机作为联合循环的核心部件，其性 能直接影响联合循环效率。余热锅炉和汽轮机所组成 的蒸汽系统，其参数也主要取决于燃气轮机的排气参 数。联合循环将具有较高的平均吸热温度的燃气轮机

18、 与具有较低的平均放热温度的汽轮机结合起来，让燃 气轮机的排气废热成为汽轮机循环的加热热源，使得 整个联合循环热能利用率明显高于单燃气轮机循环或 单汽轮机循环。图1-2燃气一蒸汽联合循环示意图世界上第一套应用的联合循环机组，是在燃气轮 机单循环基础上扩建汽轮机形成的联合循环发电机 组，于1949年投入运行，扩建后的联合循环机组大大 提高了原有电厂的发电量和效率。由于燃气一蒸汽联 合循环能够达到相当高的效率，因而发展很快，目前世 界上的燃气一蒸汽联合循环机组发电热效率最高超过 62%,而简单循环的燃气轮机发电热效率最高达42%。燃气一蒸汽联合循环机组由于具有效率高、占地 少、保护环境、负荷变动灵

19、活、初投资低、可靠性高，且建设周期短等特点，成为燃油和天然气电厂的主要 选择方案，已逐渐在我国大部分地区得到应用。燃气一蒸汽联合循环机组的形式有燃气轮机、汽 轮机同轴拖动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气 轮机、汽轮机分轴并各自拖动各自发电机的双轴联合 循环，还有两台或多台燃气轮机和一台汽轮机拖动各 自发电机的三轴及以上的多轴联合循环。燃气一蒸汽联合循环不仅大大提高了能源利用 率，还可实现热电联产，具有良好的社会效益、节能 效益和环境效益。大型燃气一蒸汽联合循环发电机组 在环境保护方面具有显著优点，其推广应用已成为国 内一线城市区域供热的必然趋势。第二节燃气一蒸汽联合循环机 组的设计原则及流程

20、一、设计应遵循的主要原则(1)遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家经济 建设的方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行 提高综合经济效益和促进技术进步的方针.(2)符合现行国家和行业颁布的有关标准、规程、,2 http:/ 图纸资料的要求。(4)根据国家和行业有关规范、标准与规定，结 合工程的不同性质、不同要求，从工程实际条件出发，采用适用的先进技术，合理地确定工程建设水平。(5)对生产工艺、主要设备和主体工程的选择与 设计要做到安全可靠，技术先进，经济合理，安装维 护方便，在可能条件下注意美观。(6)实行资源的综合利用，要节约用水、节约用 地、保护环境。(7)适时采用新的设计思路，并设计优化，

21、为 机组运行的安全性、经济性，实现现代化企业管理 创造条件。二、设计的基本过程燃气一蒸汽联合循环机组设计的基本过程与燃煤 火电机组设计一致。1.初步可行性研究依据项目建设单位的委托文件，经过调研、收资 和技术分析论证，初步落实建厂的外部条件，论证项 目建设的必要性，提出项目的性质、建设规模和机组 选型初步建议。供热项目还需收集或预测近、远期热 负荷的大小、特性和供热范围，从满足供热需求方面 同时论证项目建设的必要性，并与电力中长期发展规 划、热电联产规划等相协调。2.可行性研究依据近期电力系统发展规划、审定的初步可行性 研究报告，从电力市场和热负荷需求等方面论述项目 建设的必要性，并从厂址、燃

22、料供应等外部条件的落 实情况，资源利用、环境保护、社会影响、经济效益 以及风险等方面，充分进行论证和评估，说明项目实 施的可行性，提出优化的设计方案。在可行性研究报 告中，应提出主机(指锅炉、汽轮机、燃气轮机、发 电机)技术条件和主要工艺系统流程，满足主机招标 的要求。供热机组还应依据城市总体规划、供热规划 和热电联产规划，进行热负荷分析，确定项目的供热 介质、供热参数和供热量。3.初步设计根据政府主管部门的核准文件、审定的可行性研 究报告、水土保持方案、热电联产规划等相关批复文 件及签订的主机技术协议等，进行工程项目的概念设 计，确定工程方案和技术经济指标，确定工程建设投 资，并满足主要辅助

23、设备采购和进行工程施工准备的 要求，也为施工图设计提供依据。4.施工图设计根据审定的初步设计文件，所有主、辅设备的详 细资料，进行项目的详细设计，是材料及其零部件等 的订货、项目施工安装和安全稳定运行的依据。5.现场服务现场服务也是设计工作之一，包括在项目的施工 建设期间配合施工，委派现场服务设计代表，参加工 程管理、项目的调试运行和验收工作。6.竣工图设计项目经过施工，试运行完成后，依据设计、施工 和工程建设等单位在项目施工、试运行过程中对施工 图发生的所有变更，修改、完善施工图，完成竣工图 设计。7.工程设计总结项目设计的最后工作是进行工程设计总结，从而 完成设计工作的全部过程。项目的初步

24、可行性研究阶段、可行性研究和初步设 计阶段的报告和设计文件需按规定的内容深度进行设 计，完成并取得上级部门的批准手续，然后进行下一阶 段的设计。这些过程和内容也是新中国成立以来基本建 设经验的总结。它反映了工程项目的规划设计由主要原 则到具体方案，由宏观到微观，从定性到定量，从决策 到实施，由浅入深、逐步深化、循序渐进的过程。项目的前期工作是后面详细设计的依据，就项目 的施工图设计而言，必须以可研及初步设计为依据，并忠实于前期确定的基本方案和设计原则。如有重大 修改变化，应对新的设计方案进行审定，确认或调整 初步设计，甚至重做并再审。三、设计内容与深度燃气一蒸汽联合循环机组工程项目的工艺设计主

25、 要包括工艺系统的拟定、主要设备选型和主厂房布置 等方面。(一)初步可行性研究报告设计内容与深度初步可行性研究报告编制的内容与深度应符合 DL/T5374火力发电厂初步可行性研究报告内容深度 规定的有关规定。初步可行性研究是项目前期工作中不可缺少的重 要环节，是编制近期电力发展规划和热电联产规划的 基础。初步可行性研究报告的内容一般包括电力系统、热负荷分析、燃料供应、建厂条件、工程设想、环境 与社会影响、方案的技术经济比较以及初步的投资估 算与风险分析等。燃气一蒸汽联合循环机组项目初步可行性研究阶 段的工艺设计深度应满足以下要求：(1)收集供热区域的热负荷大小和特性资料，落 实热电厂供热范围、

26、供热参数和供热负荷。(2)结合供热负荷的需求，提出机组容量、形式 和参数的选择建议，并说明项目的规划容量和建设规 3,http:/ 5375火力发电厂可行性研究报告内容深度规定的 有关规定。可行性研究是为项目决策提供依据的重要阶段，是编写项目申请报告的基础，可行性研究报告的内容 一般包括电力系统、热负荷分析、燃料供应、厂址条 件、工程设想、环境及生态保护与水土保持、综合利 用、劳动安全与职业卫生、资源利用、节能分析、人 力资源配置、项目实施条件与进度、投资估算及财务 分析、风险分析、经济与社会影响分析等。燃气一蒸汽联合循环机组项目可行性研究阶段的 工艺设计深度应满足以下要求：(1)根据供热规划

27、和热电联产规划，说明供热区 域的供热系统现状和规划，确定设计热负荷，包括热 负荷性质、供热参数和供热量及供热机组的额定抽汽 量；扩建项目还应说明与老厂供热负荷的关系。(2)结合供热负荷，论证项目的建设规模、装机 方案及其供热参数的合理性，撰写主机装机方案论证 报告，提出主机技术条件的推荐意见，满足主机招标 要求。主机装机方案论证报告的内容应包括论证联合循 环机组的配置方案，采用单轴还是多轴，采用“一拖 一”“二拖一”还是“多拖一”；燃气轮机的出力和效 率；余热锅炉的形式；汽轮机形式的选择，采用抽汽 凝汽式供热机组还是抽汽凝汽式背压供热机组。(3)应进行热力系统主要辅助设备形式与配置的 选择，进

28、行供热系统及其设施的形式与配置的选择。(4)落实燃料供应，说明与厂外天然气管线的接 口位置和参数，并计算燃料消耗量。(三)初步设计内容与深度初步设计内容与深度应符合DL/T 5427火力发 电厂初步设计文件内容深度规定的有关规定。初步设计是项目进行施工图详细设计的重要依 据，需要多专业共同完成，其设计内容包括各专业的 初步设计说明书、工艺系统流程图、全厂和各个区域 的布置图、设备材料清册以及必要的专题报告。燃气一蒸汽联合循环机组热电联产项目初步设计 的工艺设计深度应满足以下要求：(1)各系统的拟定、主要设备的选择，应指标先 进，设计方案合理、可靠。(2)积极采用成熟的新技术、新工艺和新方法，并

29、对其优越性、经济性和可行性进行详细的论述。(3)各设计方案应在进行比较和充分的论证后确 定，重大设计原则应有多方案优化比选，提出推荐方 案供审查选择。(4)主厂房布置应有两个以上的设计方案。(.四)施工图设计内容与深度工艺系统与设施的施工图设计内容与深度应符合 DL/T 5461.1 火力发电厂施工图设计文件内容深度规 定 第1部分：总的部分和DL/T 5461.3 火力发电 厂施工图设计文件内容深度规定 第3部分：热机 的有关规定。施工图设计是项目施工安装、设备材料订货、调 试等工程建设的重要依据,主要包括编写设计总说明，编制主要辅助设备的技术规范书，进行主、辅设备的 安装设计，工艺系统的拟

30、定及其管道的安装设计，以 及设备材料清册汇总。燃气一蒸汽联合循环机组项目施工图设计的深度 应满足以下要求：1.设计总说明主要说明工程概况、设计依据、主要设计原则、设计范围、主机及主要辅机设备技术规范、主要热力 系统说明、施工安装及运行时应注意的事项和施工图 卷册图纸目录。2.主要辅助设备的技术规范书按照招标设备技术条件和技术要求，编制主要辅 助设备的技术规范书。在技术规范书中，应说明项目 的工程概况、设备的设计和运行条件、技术条件和技 术要求、遵循的标准规范要求和最低性能保证、设计 与供货界限、接口规则，以及设备的供货范围、技术 资料和交付进度监造、检验和性能验收试验等。3.主、辅设备的安装设

31、计进行辅助设备的安装图设计，包括设备的定位、设备基础的安装方式、设备的外形、设备与连接管道 的接口定位及规格等接口信息。同时向结构专业提供 安装设备基础的荷载及外形的要求。4.工艺系统的拟定及其管道的安装设计按照热力系统的每个分系统拟定汽水系统流程 图，主要是为表示本系统设计范围内管道的连接情况，包括图例符号表。采用平面、断面布置图或轴侧单线立体图(含ISO 图)绘制管道安装图，根据热力系统图，完成管道安装 图的设计，包括零件明细表、支吊架安装明细表或支吊 架组装图。管道布置图应有坐标系，并符合右手定则。5.设备材料清册设备材料清册汇总热机专业施工图设计阶段的全 部设备、材料及其零部件。四、专

32、业配合燃气一蒸汽联合循环机组项目的设计过程需要多 专业协同、配合，共同完成。为了减少或避免出现差错 4&http:/ 的联系、配合及协商研究，以保证工程项目成品的完 整性和正确性。在项目的设计中，工艺专业应向结构、建筑等土 建专业提出主厂房和辅助车间的整体布置情况，主、辅设备的支撑荷载及支撑方式，所连接的管道及其附 件的支吊要求等，同时，工艺专业还要向仪控、电气 专业提供转动设备的电负荷资料及其联锁控制要求、拟定的热力系统资料等。根据工程设计阶段的不同，上述资料内容深度将有所不同。对全厂所有车间和厂房，按各个专业所涉及的范 围，确定车间负责人，即车间司令。车间司令需根据厂 房内主、辅设备的外形

33、及运行、维护、检修的空间确定 厂房的面积、整体高度及分层平台的高度，并负责协调 车间内的各个专业所属设施的布置区域及布置情况。一般热机专业人员为主厂房的车间司令。其他 专业将根据各自专业的设施提出在主厂房占用的面 积及其布置情况等的初步设想，热机专业汇总后，完成主厂房区域各专业所有设施的布置规划工作，经过各专业的相互配合、讨论研究，确定主厂房的 整体布置，最终各专业将根据确定的方案，完成本专 业的详细设计。在项目的详细设计阶段（施工图设计阶段），热机 专业将根据拟定好的热力系统图和结构专业完成的厂 房结构设计，进行设备和系统管道的安装图设计，完 成项目的工艺设计。第三节 燃气一蒸汽联合循环机

34、组主要技术经济指标计算燃气一蒸汽联合循环机组按其供热性质可分为纯 凝机组、采暖供热机组和工业供汽机组，其主要技术 经济指标所包含的内容和计算方法与燃煤机组类似，但又不完全相同。对于燃煤机组，存在“标准煤”的 概念，因此主要热经济指标如标准煤耗、全厂效率等，通常采用锅炉效率、汽轮发电机组热耗、管道效率、供热负荷等计算，不需计算每个工程的实际燃煤量，而是以标准煤对应的发热量为基础计算。燃气一蒸汽联合循环机组由于燃料为天然气或燃 油，不同工程的燃料不同，发热量存在一定的差异，也没有“标准气”或“标准油”的概念。而且，燃气一 蒸汽联合循环机组的出力受环境条件影响较大，同一 型号的燃气轮机，在不同地区、

35、同一地区不同季节、不同气象条件下，出力均不同，在项目初始阶段，通 常采用标准参考工况对应的额定功率，即ISO功率进 行性能评估，标准参考工况定义见ISO 19859：2016 燃气轮机应用 用于发电设备的要求。另外，针对 每个项目具体的现场条件，可计算出该项目的现场额 定功率和其他性能参数。因此，燃气一蒸汽联合循环 机组的热经济性指标的计算都是针对具体工程、具体 燃料而言，与燃煤机组有所区别。燃气一蒸汽联合循环机组的主要技术经济指标 目前没有规范或标准明确规定包括哪些内容,主要是 满足联合循环电厂投资和技术经济评价分析的需要，结合目前已有工程的设计经验，在实际工程中使用 时，可根据需要增减。（

36、1）纯凝机组：通常需要计算机组额定工况出力、年发电量、热耗率、发电热效率、发电气耗率、年耗气 量、厂用电率、供电热效率、折算发电标准煤耗率等。（2）供热机组：通常需要计算年发电量、年供热 量、年耗气量、供热气耗率、发电气耗率、年平均供 热发电比、全厂发电热效率、发电厂用电率、供热厂 用电率、折算发电标准煤耗率等。一、技术经济指标计算所需基本条件（一）热平衡计算首先根据项目的原始条件，进行热平衡计算；然 后根据热平衡计算结果，进行技术经济指标计算。在 不同的设计阶段，热平衡计算结果可采取不同的方式 获取。初步设计阶段，由于燃气轮机设备供货商已确 定，可由燃气轮机设备供货商进行热平衡计算；初步 可

37、行性或可行性研究阶段，由于设备供货商未确定，所以可参考同类工程的热平衡图中数据，也可采用燃 气轮机专用计算软件进行初步热平衡计算。在进行技术经济指标计算前，通常需计算几个典 型工况的热平衡（包括质量平衡和热量平衡），如ISO 工况、纯凝额定出力工况、额定供热工况（包括工业 供热和采暖供热）、最大供热工况（包括工业供热和采 暖供热）、夏季工况等，得到计算经济指标所需的基本 数据。热平衡计算所需主要原始资料和技术方案如下：（1）燃料特性。主要特性包括燃料品种（天然气 或燃油等）、成分、热值、密度等，通常由燃料供应单 位提供。对于天然气，成分给定后，其热值也可在热 平衡计算程序中自动算出。如北京地区

38、某工程天然气来自西气东输等气源的 混合天然气，其组分和热值由北京市燃气集团有限责 任公司提供。天然气品质见表1-1。（2）机组容量及配置方式。如燃气轮机出力等级、燃气轮机与汽轮机的配置方式（“二拖一”“一拖一”等）、汽轮机形式（汽缸数量、是否再热等）、余热锅 炉形式（单压、双压或三压）等。（3）热负荷大小及供热抽汽主要参数、汽轮机抽 汽口位置、热网疏水和回水位置等。5 http:/ 天然气品质天然气成分CH4C2H6C3H8CO2H2OH2S天然气组分（%,体积 百分比）95.94940.90750.136730.00620.0002密度（kg3）0,7616相对密度（kgm3）0.589爆炸

39、下限（%）5.1爆炸上限（%）15.36动力黏度(XIo,Pa S)0.1056运动黏度（W m2s）0.1385水露点（对应4.5MPa,OC）-13天然气低位发热 量（标准状态，IoL32kPa,20C,MJm3）32.720（4）汽轮机各个工况背压及循环冷却水温度。（5）与燃气轮机出力相关的各个计算工况环境条 件。如环境温度、大气压力、相对湿度等。根据上述原始资料，即可进行燃气轮机一余热 锅炉一汽轮机的整体热平衡计算。（二）技术经济指标计算所需基本数据除上述热平衡计算所需的原始数据外，进行技术 经济性指标计算还需下述热平衡计算结果。技术经济 指标所需的热平衡计算工况，对于纯凝机组，通常采

40、 用额定工况；对于供热机组，通常采用额定供热工况 和非供热期的纯凝运行额定工况（即对应年平均气象 条件下机组满发的工况）。根据热平衡计算，可得到以下结果：（1）联合循环总出力以及燃气轮机出力和汽轮机 出力。由各个工况热平衡计算结果得出。（2）额定供热工况的供热量。包括工业热负荷和 采暖热负荷，根据项目的设计热负荷确定。（3）联合循环机组发电热耗率或发电热效率。由 热平衡计算结果得出。（4）燃气轮机小时耗气量。由热平衡计算结果 得出。（5）年发电利用小时数。由项目单位与电网签订 的协议决定；或者由项目单位根据近几年实际运行情 况，并预测未来的电力发展趋势后得出。年发电利用小时数为机组全年的总发电

41、量，折算 为铭牌功率（或额定功率）时运行的小时数。由于燃 气一蒸汽联合循环机组在各个工况的出力均不同，没 有燃煤机组铭牌功率或额定出力的准确概念，只有燃 气轮机容量等级的说法，因此，计算发电利用小时数 时,所对应的额定功率可有两种取值方法,一种取ISO 工况联合循环机组的总出力，另一种取当地环境年平 均气象条件下对应的燃气轮机满发时的联合循环机组 总出力，即纯凝运行的额定工况总出力。前一种出力 以ISO工况为基础,受每个工程的具体条件影响较小，主要用于不同燃气轮机制造厂商同容量等级设备之间 出力和效率的比较，比较适合于项目前期阶段的评估;后一种出力与每个工程当地气象条件等密切相关。由 于热经济

42、指标主要用于每个项目的投资和经济性评 价，所以年发电利用小时数对应的额定出力建议采用 后一种计算方法，即取当地年平均气象条件下，纯凝 运行的额定工况总出力。燃气轮机的出力受环境因素 影响很大，通常所说的燃气轮机出力指在ISo条件下 的出力。（6）供热年利用小时数。为机组全年的总供热量 折算为额定供热量时的小时数。二、主要技术经济指标计算主要技术经济指标计算分为纯凝机组和供热机组。（一）纯凝机组联合循环纯凝机组的主要热经济性指标计算方法 比较简单，参考燃煤机组采用THA（热耗考核）工况 为基础进行计算的方法，通常以年平均气象条件下额 定工况热平衡计算结果为基础进行计算。1.额定工况出力F及年发电

43、量归额定工况出力F可由年平均气象条件下额定工况 热平衡计算结果得出，等于燃气轮机出力与汽轮机出 力之和。机组年发电量W等于机组年发电利用小时数与 额定工况机组出力的乘积,即P=Px+Pi（I-I）W=Pn（1-2）式中P联合循环机组年平均气象条件下额定工 况出力（多台机组时为各台机组的出力之 和），可从额定工况热平衡图中读取，kW；Pr一一额定工况燃气轮机出力（多台燃气轮机 时为各台燃气轮机的出力之和），可从额 定工况热平衡图中读取，kW；Pq额定工况汽轮机出力（多台汽轮机时为 各台汽轮机的出力之和），可从额定工况 热平衡图中读取，kW；W年发电量，kWh;n-年发电利用小时数，h o2.额定

44、工况热耗率g额定工况热耗率为联合循环机组燃料耗热量与机 组发电出力的比值，即,6 http:/ h）；G额定工况天然气小时耗气量，可从热平 衡计算结果中读取，kg/h；P天然气密度（标准状态），从天然气特性 数据中选取，kg/m3；q1天然气低位发热量（标准状态），从天然气特性数据中选取，kJm3.3.额定工况发电热效率fd额定工况发电热效率为联合循环机组发电出力与天然气耗热量的比值，即Tlri=3600P(GXIOO=兰四 XIoo(1-4)式中联合循环机组额定工况发电热效率，%.g另外，由于联合循环机组将燃气轮机循环和汽轮 机循环组合在一起，其效率还可以用式（1-5）表示，等于燃气轮发电机

45、组热效率与余热锅炉一汽轮发电机 组的热效率之和，即(1-5)式中%燃气轮发电机组热效率，%;ye热锅炉热效率，%;7qj汽轮发电机组热效率，%.4-发电气耗率gm发电气耗率为额定工况的天然气小时耗气量与机 组出力的比值，即(1-6)GIP式中gr a发电气耗率，单位发电量所对应的天然 气耗气量（标准状态），?/（kWh）5.年耗气量年耗气量为额定工况天然气小时消耗量与年发电利用小时数的乘积，即Ga=-n（1-7）P式中 Ga年耗气量（标准状态），m3ao6.厂用电率gey厂用电率为全厂辅助设备耗电量与联合循环机组 额定工况出力的比值，由电气专业根据辅机电负荷计 算，单位为。7.额定工况供电热效

46、率额定工况供电热效率为联合循环机组供电出力与 天然气耗热量的比值，其中，供电出力为发电出力扣 除厂用电消耗量，即=加gdoo-8.折算发电标准煤耗率(1-8)联合循环电厂有时候需将发电气耗率折算为发电 标准煤耗率，以便与燃煤机组进行能耗比较。折算发 电标准煤耗率等于联合循环电厂的天然气耗热量折算 为标准煤的耗量，即fd=A（1-9）Gbm式中 折算发电标准煤耗率，kg/（kW h）；qbm-标准煤低位发热量，kJ/kg0（二）供热机组机组的采暖供热期通常较长，而且整个供热期需 要的热负荷大小不同，机组出力也不同。为便于计算，供热机组热经济性指标通常采用全年计量，分为供热 期和非供热纯凝期，其中

47、，供热期以联合循环机组设 计热负荷对应的额定供热工况热平衡为依据，供热 小时数取全年实际供热小时数折算为额定供热量时 的小时数。非供热期以纯凝运行额定工况（即对应年 平均气象条件下燃气轮机满发的工况）的热平衡为依 据，非供热小时数通常折算为纯凝运行额定出力时的 小时数。1.年发电量W联合循环机组年发电量等于机组年发电利用小 时数与纯凝运行额定工况机组出力的乘积，也等于供 热期发电量与非供热期发电量之和，即供热工况机组 出力X供热年利用小时数+非供热纯凝工况机组出 力X非供热纯凝工况发电小时数，其中，机组出力 包括全部燃气轮机和汽轮机的总出力之和。机组年 发电量为=Pn=（Pr gr+Pqgr）

48、ngr+（Pr c n+Pqc n）wc n（I-IO）式中 W年发电量，kW h；P联合循环机组年平均气象条件下纯凝运 行的额定工况出力（多台机组时为各台 机组的出力之和）,可从纯凝额定工况热 平衡图中读取，kW；n-年发电利用小时数，h；Pr gr供热期燃气轮机出力（多台燃气轮机时 为各台燃气轮机的出力之和），可从额定 供热工况热平衡图中读取，kW；%供热期汽轮机出力（多台汽轮机时为各 台汽轮机的出力之和）,可从额定供热工 况热平衡图中读取，kW；Wgr对应额定供热量的供热年利用小时数,可参考燃煤供热机组计算方法计算，h；Pr c n非供热期燃气轮机出力（多台燃气轮机 7http:/ 凝额

49、定工况热平衡图中读取，kW；Pn-非供热期汽轮机出力（多台汽轮机时为各台汽轮机的出力之和）,可从纯凝额定 工况热平衡图中读取，kW；ncn 非供热期发电小时数,根据年发电量W,扣除供热期的发电量后，折算为非供热 期纯凝额定工况发电量对应的运行小时 数，h。2.年供热量gr年供热量为联合循环机组每年供热期对外提供的 总热量，等于额定供热量X供热年利用小时数，即 gr=wgr 3600103（I-Il）式中 gr年供热量，GJ/a;Q额定供热量（多台机组时为各台机组 之和），即联合循环机组的设计热负荷，MW.3.年耗气量Ga机组年耗气量为供热期耗气量与非供热期耗气量 之和，等于供热期燃气轮机小时耗

50、气量X供热年利用 小时数+非供热期燃气轮机小时耗气量X非供热期发 电小时数，即G GG=X/?H XnCa（1-12）P P式中G厂一年耗气量（标准状态），m3a;Ggr供热期燃气轮机小时耗气量（多台燃气 轮机时为各台燃气轮机的耗气量之 和），可从额定供热工况热平衡图中读 取，kg/h；GaI非供热期燃气轮机小时耗气量（多台燃 气轮机时为各台燃气轮机的耗气量之 和），可从纯凝额定工况热平衡图中读 取，kg/h；P 天然气密度（标准状态），从天然气特性 数据中选取，kgm3 0由于上述计算所得的耗气量均以燃气轮机100%负荷工况计算，考虑燃气轮机运行老化及部分负荷工 况效率下降的因素，实际耗气量