严卫春

(上海电气电站设备有限公司 上海汽轮机厂， 上海 200240)

F级燃气轮机是投运多年的成熟机组，技术水平较高、效率高、性能较先进。近年来，国内外新建联合循环机组多选用大功率F级燃气轮机作为基本机型，大部分机组的功率为300 MW，且采用轴向排气、冷端驱动。最基本的组合是1台燃气轮机、1台余热锅炉和1台汽轮机组成的“1+1”方案；此外，还有2台或3台燃气轮机、与燃气轮机数量相同的余热锅炉和1台共用的汽轮机组成的“2+1”方案、“3+1”方案。联合循环机组可分为分轴联合循环机组和单轴联合循环机组。 “1+1” 方案中的燃气轮机、汽轮机与发电机若同轴串联在1根轴上，则形成了单轴联合循环机组配置方案；而在“2+1”和“3+1”方案中，燃气轮机和汽轮机的多个轴均相互独立，称为分轴联合循环配置方案，“1+1”方案同样也可以选择采用分轴配置。

笔者针对不同配置的F级燃气轮机联合循环机组在主厂房中的布置方案进行分析，介绍机岛各种布置的特点，结合电厂初期投资的对比，为电厂在建设初期选择布置方案提供参考。

1 机组布置

1.1 分轴联合循环机组

分轴联合循环机组布置形式多样，具体为：根据燃气轮机轴线与汽轮机轴线的相应标高可分为双高位布置、双低位布置、高低位布置(燃气轮机低位，汽轮机高位)；根据燃气轮机与汽轮机轴线的相对位置可分为垂直布置、顺列布置(燃气轮机轴线与汽轮机轴线平行，对于多台机组，按燃气轮机→汽轮机→燃气轮机→汽轮机的顺序依次排列)、镜像布置(燃气轮机轴线与汽轮机轴线平行，对于多台机组，按燃气轮机→汽轮机→汽轮机→燃气轮机的顺序依次排列)。

分轴联合循环机组布置的特点为：

(1) 燃气轮机发电机组与汽轮机发电机组相互独立，燃气轮机与余热锅炉间设置旁路烟囱，可实现燃气轮机单循环运行。燃气轮机可快速启动，在20 min内就可达到满负荷，调峰能力强[1]。

(2) 相比于“1+1”方案机组，“2+1”方案机组汽轮发电机组功率大了1倍，且减少了1套汽轮发电机组，机械损失减少，机组整体发电效率更高，适合追求更高效率且场地空间有限的机组。

(3) 双高位布置较双低位布置具有更大的厂房容积，虽然土建及厂房框架的投入相对更高，但高位大平台结构会更美观。

(4) 采用分轴顺列布置，每套机组可采用相同的设计图，减少了主厂房设计的工作量。2套分轴联合循环机组镜像布置方案中，将2台汽轮机共同布置在厂房中部，不需要为每台汽轮机设置独立的检修区域，2台汽轮机可共用检修区域和检修行车，节约厂房占地面积，减少设备投资。

1.2 单轴联合循环机组

单轴联合循环机组布置形式可分为：根据发电机在轴系中的相对位置，分为发电机中置和发电机尾置；根据机组中心线的高度，分为低位布置和高位布置；根据厂房布置模式，分为联合厂房和独立厂房。

1.2.1 发电机中置和发电机尾置

发电机中置的联合循环机组以AE94.3A、V94.3A和GT26为例，按燃气轮机→发电机→3S离合器→汽轮机的顺序连接在1根轴上，发电机置于燃气轮机和3S离合器之间(见图1)。

图1 发电机中置简图

发电机中置的联合循环机组的特点为：

(1) 汽轮机布置在轴系的尾端，可采用轴向排汽至凝汽器，机组可以安装在标高较低的位置上，降低厂房高度，减少土建和厂房建造的成本。

(2) 3S离合器的配置可以将燃气轮机与汽轮机脱开，实现燃气轮机单循环运行，不受汽轮机安装进度及汽轮机故障的影响。

(3) 发电机布置在轴系的中间，不能在原位置直接抽转子检修，需要通过配置大型检修行车起吊或发电机水平移位装置来实现发电机抽转子检修。

发电机尾置的联合循环机组以PG9351FA和M701F为例，按燃气轮机→汽轮机→发电机的顺序连接在1根轴上，发电机位于轴系的尾端[2](见图2)。

图2 发电机尾置简图

发电机尾置的联合循环机组的特点：

(1) 汽轮机位于轴系中间，只能采用向下排汽至凝汽器，机组只能安装在标高较高的位置上，采用高位布置，厂房高度有所增加。

(2) 汽轮机与燃气轮机直接连接，只能在汽轮机和燃气轮机全部安装完成后，机组才能投运；汽轮机系统发生故障时，整台机组就不能运行。

(3) 发电机布置在机组的尾端，检修时可以直接抽转子。

1.2.2 低位布置和高位布置

低位布置的联合循环机组以AE94.3A为例，图3为机组布置的三维图。机组中心线标高为5.5 m，主厂房分为0 m层和4.5 m运行检修层，辅助模块大多布置在0 m层，运行检修层布置发电机电气盘柜及小部分辅助模块，汽水管道布置在运行检修层下方，发电机采用上部出线的方式，进气系统采用上部侧向进气。

图3 AE94.3A型燃气轮机联合循环机组低位布置三维图

高位布置的联合循环机组以M701F为例，图4为机组布置三维图，机组中心线标高为13.76 m，主厂房分为0 m层、6.5 m中间层、13 m运行层，辅助模块大多布置在0 m层，中间层为汽水管道层，运行层不布置辅助模块，仅预留检修起吊孔，进气系统采用底部进气，发电机采用下部出线的方式。

图4 燃气轮机联合循环机组高位布置三维图

1.2.3 联合厂房及独立厂房

联合厂房指多套机组布置于1个连通的厂房内，可共用1套检修行车；独立厂房指每套机组布置在各自的厂房内，分别设置独立的检修行车(见图5)。

图5 单轴布置独立厂房三维图

联合厂房一般应用于单轴布置机组，对于分轴布置机组，受限于燃气轮机上部进气的限制，如采用联合厂房，则厂房高度增加较多，因此应用较少。

联合厂房及独立厂房的主要特点为：

(1) 多套(大于2套)机组可采用联合厂房布置形式，机组不可能都采用侧向进气，机组只可高位布置(下侧进气)；独立厂房可采用侧向进气，机组布置形式多样。

(2) 联合厂房可共用1套检修行车和检修区域，独立厂房每套机组设置独立的检修行车和检修区域。

2 布置方案及其经济性分析

联合循环电站的布置形式多样，各有优劣，在此，结合市场的实际需求及认可度，对装有2套“1+1”F级燃气轮机联合循环机组(总功率为900 MW)的几种典型布置方案进行了介绍，并对比分析了其技术特点及经济性。

方案一为分轴联合循环机组，燃气轮机、汽轮机均低位布置，顺列布置，独立厂房。燃气轮机中心线标高为4.0 m，汽轮机中心线标高为5.5 m。

方案二为分轴联合循环机组，燃气轮机低位布置、汽轮机高位布置，镜像布置，联合厂房。燃气轮机中心线标高为4.0 m，汽轮机中心线标高为13.0 m。

方案三为单轴联合循环机组，发电机中置，低位布置。机组中心线标高为5.5 m，2套机组分别布置在独立厂房内。

方案四为单轴联合循环机组发电机中置， 高位布置。机组轴线标高为13.0 m，2套机组布置在联合厂房内。

2.1 主要技术特点对比

表1为各方案主厂房的主要数据。分轴联合循环机组布置的主厂房无法容纳全部机岛电气、热控设备房间，需要额外配置集控楼满足机组运行控制的要求，方案三和方案四已考虑机岛电气、热控设备房间，基本能满足机岛需求，故厂房占地面积及厂房容积对比应以含集控楼为准。

表2为各方案主厂房的建设特点。

表1 主厂房的主要数据

表2 主厂房的建设特点

从表2和表3可以得出：(1)分轴布置方案厂房占地面积大于单轴布置方案，用地成本更高；(2)高位布置的厂房容积要大于低位布置，具有更大的设备布置空间，厂房更加宽敞；(3)低位布置的建设周期更短，施工难度更低；(4)高位布置较低位布置具有更佳的检修维护空间，整体美观度较高；(5)镜像布置的2套机组组成1个单元，不便扩建。

2.2 经济性分析

经济性分析对比着重于主厂房内主辅系统投资，造价主要包括设备购置费、建造工程费、安装工程费及其他费用。设备购置费占总费用的72%～75%，对总体投资的影响最大，建造工程费占7%～8%，安装工程费占6%～7%，其他费用占10%～12%。由于安装工程费和其他费用与当地材料费和人工费关系较大，在无法确定厂址条件前，未将其计入。

2.2.1 设备购置费

表3为主厂房设备购置费的对比(以方案三为基准，相对费用为各方案的费用与基准方案间的差)。设备购置费中，燃气轮机、汽轮机及其辅助系统费用占比最大。不同布置方案的检修行车数量、起吊质量和跨度的差别较大，因此将检修行车的购置费单独列入表3中。电气、热控等设备的购置费相差不大，故未将其列入表中。

表3 主厂房设备购置费对比

由表3可知：方案一、二、三、四的合计相对费用分别为1 720 万元、1 580 万元、0 万元、-290 万元。方案四的主厂房设备购置费最低，方案一的主厂房设备购置费最高。相比于单轴布置，分轴布置虽然发电机功率较小，但多1套汽轮发电机及其辅助系统，因此每套机组主机设备的价格约高1 000万元。

2.2.2 建造工程费

表4给为主厂房建造工程费(以方案三为基准)，不包含地基与基础部分工程量(可能的地基处理或桩基)，仅为桩材本身的市场价，不含安装费、人工费等费用。框架结构及机岛钢平台的主要材料为Q345-B钢，运转层平台的主要材料为压型钢板和混凝土板，基座的主要材料为钢筋混凝土。由表4可知：不含集控楼时，方案一、二、三、四的合计相对费用分别为-870 万元、-630 万元、0 万元、1 180 万元；含集控楼时，方案一、二、三、四的合计相对费用分别为240 万元、480 万元、0 万元、1 180 万元。若考虑集控楼投资，方案三的主厂房建造工程费最少，方案四的建造工程费最大。

表4 主厂房的建造工程费

3 结语

特定的布置方案中无法显现全部优势，应结合各电厂具体的主要关注点来选择最优的布置方案。低位布置方案适合要求建设施工便捷的电厂，厂房框架及基座施工难度低，整体建设周期短；单轴低位布置方案适合要求投资费用较低的电厂，厂房占地面积小，电气系统简单，设备投资少。单轴(发电机中置)且配有3S离合器的机组或分轴联合循环机组适合要求运行调峰灵活的电厂，可实现燃气轮机单循环运行，机组运行启动快。高位布置方案适合要求检修维护便利的电厂，可实现多台机组共用检修区域，运行维护空间大。单轴高位布置方案适合要求整体美观大气的电厂，易形成运行维护大平台，整体美观度高。单轴机组、独立厂房布置方案适合要求分期扩建方便的电厂，单元机组相对独立，易分期扩建。