M701F4型燃氣輪機TCA冷卻水系統及給水泵配置對比分析

M701F4型燃氣輪機TCA冷卻水系統及給水泵配置對比分析

廣東惠州天然氣發電有限公司 李惠

本文介紹了三菱M701F4型燃氣輪機冷卻水系統（GT Cooling Air Cooling Water System－TCA冷卻水系統），從系統原理、給水泵的配置對比、節能降耗等方面進行分析，最后提出該系統的給水泵選配建議方案。

M701F4燃機；TCA冷卻水系統；給水泵；對比

1 前言

日本三菱重工的F級燃氣輪機在中國的F級燃氣－蒸汽聯合循環發電市場占有較大的份額，繼M701F3型燃氣輪機之后，現已推出其發電出力更高的M701F4型燃氣輪機。M701F4型燃氣輪機改進了燃機冷卻空氣的冷卻系統（GT Cooling Air Cooling System－TCA）和燃氣輪機燃料加熱器系統（GT Fuel Gas Heater System－FGH）。M701F4型燃機的TCA的冷卻水和FGH的加熱熱源均來自余熱鍋爐，其中TCA的冷卻水來自余熱鍋爐的高壓給水，FGH的加熱熱源來自余熱鍋爐的中壓省煤器。

2 M701F4型燃機TCA冷卻水系統描述

M701F4型燃機的TCA冷卻水系統和余熱鍋爐汽水系統相關聯，余熱鍋爐的高壓給水分為兩路，一路去高壓省煤器，另一路去TCA換熱器，TCA換熱器出口的水返回到凝汽器或進入高壓省煤器出口管路，簡要系統描述如下：

2.1 當燃機啟動時，通過凝結水泵向鍋爐高壓給水泵供水，再由高壓給水泵向TCA供水，TCA出口的熱水返回到凝氣器。高壓給水泵的最小流量再循環返回凝汽器或低壓汽包，當最小流量再循環返回到低壓汽包時，需通過低壓汽包的放水閥控制低壓汽包水位。

2.2 從燃機點火到全速空載期間，要求TCA的供水溫度不超過60℃，即在此期間通過凝結水泵向高壓給水泵供水，TCA的冷卻水流量由凝氣側的調節閥控制。

2.3 由全速空載到燃機負荷80MW時，高壓給水泵的供水由凝結水泵供水切換為低壓汽包供水；TCA的冷卻水流量仍由凝氣側的調節閥控制。

3.1方案一：高壓給水和TCA冷卻水合泵設置 表1

3.2方案二：高壓給水和TCA冷卻水分泵設置 表2

2.4 當燃機負荷由80MW升到約100MW時，打開TCA出口高壓省煤器側的調節閥，關閉TCA出口凝氣器側的調解閥，TCA出口的熱水進入高壓省煤器出口管路，直至燃機升到滿負荷，此時，TCA出口凝氣器側的調閥作為備用。

F級機組常見的運行方式 表3

假想的運行方式 表4

3 TCA系統冷卻給水合泵與分泵方案的對比分析

結合電廠的蒸汽參數和泵廠的選型參數，現就高壓給水和TCA冷卻水合泵與分泵方案的對比簡單分析如下，兩方案泵組的技術參數分別如表1，表2所示：

從上述兩個方案的對比表可發現：

在100%負荷，分泵方案的能耗反而比合泵方案的能耗大。主要因為中主蒸汽的壓力較高，即使將TCA系統的冷卻水從高壓給水泵分離，高壓給水泵的揚程并沒有因此而明顯降低（高壓給水泵的出口壓力僅從16MPa減小到15.92MPa），相反高壓給水泵因為揚程沒有明顯變化，而流量大幅下降（從320t/h降低到270t/h），泵的效率卻出現了明顯下滑（從81.6%下降到79.73%）；與此同時，TCA冷卻水給水泵因為其揚程高、流量小的特點，再加上增速齒輪箱的能耗，其效率很低，通常只有65%。因此合泵方案中320t/h的給水由效率為81.6%的給水泵完成，而分泵方案中則分別由效率為79.73%和65%的給水泵完成，雖然分泵方案中高壓給水泵的揚程可有所降低，但其節省的能耗遠遠低于泵效率的下降所增加的能耗，在100%負荷下，分泵方案的能耗比合泵方案的大則顯而易見。

在75%及其以下負荷，分泵方案的能耗比合泵方案小，且隨著負荷的降低，分泵方案的節能效果愈加明顯。雖然分泵方案中，高壓給水泵和TCA冷卻水給水泵的效率與合泵方案相比，均出現了不同程度的下降，但在較低負荷時，分泵方案中的高壓給水泵揚程得到了大幅降低，其揚程的降低而節省的能耗已大于分泵效率下降所增加的能耗，且隨著負荷的降低，分泵方案中高壓給水泵由于揚程的降低所產生的節能效果越明顯。因此在較低負荷時，分泵方案比合泵方案更節能。

通過泵的性能數據可見，節能的平衡點應該在85%負荷左右，因此是分泵方案節能還是合泵方案節能，更多低取決于機組的運行方式（高負荷運行還是低負荷運行）。

下面就不同的運行方式進行了對比：

表3為F型機組常見的運行方式，即，年運行小時數按6600小時，75%及其以上的高負荷占總運行時間的90%，75%以下低負荷運行小時數占10%，其中高負荷運行小時數中100%負荷占三分之二（3960小時），75%負荷占三分之一（1980小時）；低負荷運行小時數中50%占70%（462小時），30%負荷占30%（198小時）；

表四為了讓分泵方案呈現節能效果，假想的運行方式，年運行小時數仍按6600小時，75%及其以上的高負荷占總運行時間的80%，75%以下低負荷運行小時數占20%，其中高負荷運行小時數中100%負荷占70%（3696小時），75%負荷占30%（1584小時）；低負荷運行小時數中50%占70%（924小時），30%負荷占30%（396小時）

從上述表格所示的運行方式看，隨著低負荷運行時間的增加，分泵方案節能的優勢將愈加顯現，但如果機組經常處于高負荷的運行狀態，合泵方案則更加節能?？紤]到整個聯合循環機組的效率，機組處于高負荷運行也將更經濟，特別對于燃機電廠，可調配的余地較大，如三臺均在75%負荷左右運行和兩臺100%負荷運行進行選擇，兩臺100%負荷的運行方式更可取，因此，結合燃機電廠的實際，合泵方案更節能。

4 結束語

M701F4型燃機的TCA采用水冷，壓縮空氣在TCA換熱器內被冷卻后去冷卻燃機轉子和動葉；冷卻水來自余熱鍋爐，冷卻水在TCA換熱器內被加熱后進入鍋爐的高壓省煤器出口管路，與高壓省煤器出口的工質一道進入高壓汽包。本文著重闡述了與TCA冷卻水系統（GT Cooling Air Cooling Water System）相關的系統，給水泵配置對比方案，節能降耗建議，可供相關技術人員借鑒參考。