本书专门针对燃气一蒸汽联合循环机组按电力行业热机专业的设计要求编写的实用性工具书，可以满足燃气一蒸汽联合循环机组各设计阶段的内容深度要求。主要内容包括燃气一蒸汽联合循环机组的发展历程以及设计原则、设计过程、设计内容与深度、主要技术经济指标计算，燃气轮机、余热锅炉、汽轮机和发电机的特点、分类和选型，联合循环机组配置和性能优化，各个附属系统的功能和范围、系统拟定、设计参数选取、设备选型、管道规格及材料、布置要求和联锁条件，主厂房和辅助车间布置，爆炸危险区域划分和防爆措施，天然气管道、燃油管道和管道通用设计等。

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.峻工图设计 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、遂步深化、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，基至重做并再审

燃气一蒸汽联合循环机组工程项目的工艺设计主 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、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

燃气一蒸汽联合循环机组及附属系统设计

模的初步设想。 （3）落实天然气燃料供应等外部条件。 （二）可行性研究报告设计内容与深度 可行性研究报告编制的内容与深度应符合DL/T 5375《火力发电广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 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）根据供热规划和热电联产规划，说明供热区 或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 ”“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 选择电力弱电技术、方案，进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/T5427《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/T5461.1《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/T5461.3《火力发电 一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

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

和疏漏等，项目在设计过程中，各个专业需进行必要 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、 捕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、辅设备的外形及运行、维护、检修的空间确定 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

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 既念，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 蒸汽联合循环机组的出力受环境条件影响较大，同 型号的燃气轮机，在不同地区、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ISO19859：2016 《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。 （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

燃气一蒸汽联合循环机组及附属系统设计

（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 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。

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P及年发电量W 额定工况出力P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=P,+P W=Pn

联合循环机组额定工况热耗率，kJ/ (kW·h); 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； 天然气密度（标准状态），从天然气特性 数据中选取，kg/m； 天然气低位发热量（标准状态），从天然 气特性数据中选取，kJ/m3。 额定工况发电热效率nft 定工况发电热效率为联合循环机组发电出力与 耗热量的比值，即

3600P Tra (G/p)g.

8.折算发电标准煤耗率

8.折算发电标准煤耗率

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

ba= Sml Ghm

式中ba折算发电标准煤耗率，kg/（kW·h)； （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。为使于计算， 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，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。非供热期以纯激凝运行额定工况（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×供热年利用小时数+非供热纯凝工况机组出 力×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

(100n,)yg g Ma=Ng + 10000

式中ng—燃气轮发电机组热效率，%； 7%一余热锅炉热效率，%； 4.发电气耗率gd 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

气耗气量（标准状态），m/（kW·h）。

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

年发电量，kW·h； F 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； Prgr 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： Pagr 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； ngr 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 非供热期燃气轮机出力（多台燃气轮机

6.厂用电率sey 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.额定工况供电热效率ngd 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

燃气一蒸汽联合循环机组及附属系统设计

时为各台燃气轮机的出力之和），可从纯 凝额定工况热平衡图中读取，kW； 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； 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Qgr 年供热量为联合循环机组每年供热期对外提供的 量，等于额定供热量×供热年利用小时数，即

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×供热年利用小时数，即

O.On.×3600×10

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气量×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

Ga一年耗气量（标准状态），m/a； G 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; 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，kg/m3。 由于上述计算所得的耗气量均以燃气轮机100% 工况计算，考患燃气轮机运行老化及部分负荷工 率下降的因素，实际耗气量可在上述耗气量的基 考虑一定的裕量，裕度范围可取5%～10%，根据 运行模式及启动次数等条件而定。供热期由于燃 机负荷率较高，裕度可取低值，非供热期若燃气 处于调峰运行状态，燃气轮机负荷率较低，效率 较多，裕度可取较高值。 4.供热气耗率ggr 燃气一蒸汽联合循环机组供热气耗的计算方法目 没有统一的规定，从不同的角度考虑，可能采用

34.16×10g = 71747hs

安标准煤低位发热量为29307kJ/kg折算时为

34.12 ×10° 2 n..a7s

两者计算方法略有差别，对于燃气 蒸汽联合 环机组，标准煤耗率主要用于联合循环机组与燃煤机

组的类比分析，不影响工程的技术经济性评价分析， 因此，计算标准煤耗率时，标准煤低位发热量取哪个 数值对整体评价影响不大。 （2）联合循环机组供热气耗率ggr。参照燃煤电厂 供热气耗率的计算，联合循环电厂的供热气耗率也可 由天然气低位发热量、锅炉效率、管道效率、热网首 站效率计算推导。 其中，天然气低位发热量可从天然气特性数据中 选取，管道效率和热网首站效率与燃煤机组类似，区 别在于锅炉效率的取值。 燃煤机组由于燃料在锅炉中燃烧，上述计算取燃 煤锅炉效率较为合适；而联合循环机组余热锅炉实际 上是一个烟气一汽水换热器，而且其输入热量不是天 然气直接燃烧产生的热量，而是燃气轮机做完功后的 余热，因此，若锅炉效率取余热锅炉效率不要。目前， 不同的设计单位，这个数值的取值方法有所差别，计 算出来的供热气耗率也不同。 锅炉效率取用类似的燃气热水炉的效率计算， 是取值方法之一，相当于天然气在燃气热水炉中燃 烧产生的热量，通过管道、热网首站后，全部对外 供热，即

×10 9,77hs

B=Cg×10° Wx3600

7.全厂发电热效率nd 全厂发电热效率的计算与燃煤机组相同，等于全 年供热量与全年发电量之和与天然气耗热量的比值， 其中，天然气耗热量为年耗气量与天然气低位热值的 乘积，即

式中n—全厂发电热效率，%。 8.厂用电率 与燃煤机组相同，厂用电率分为发电厂用电率和 供热厂用电率。 （1）发电厂用电率sfey。发电厂用电率为发电耗用 的厂用中量与全厂额定发电量的比值，即

式中Siey发电厂用电率，%; Wa全年发电耗用的厂用电量，由电气专 业根据辅机电负荷计算，kW·h。 （2）供热厂用电率Srey。供热厂用电率为供热耗用 的厂用电量与全厂供热量的比值，即

式中Siey 发电厂用电率，%； 一全年发电耗用的厂用电量，由电气专

ggr 供热气耗率，单位供热量所需的耗气量 （标准状态），m/GJ； qr 燃料低位发热量（标准状态），kJ/m； 1gl 锅炉效率，实际计算时可取燃气热水炉 效率，相当于天然气在燃气热水炉中燃 烧生成的热量直接加热热网循环水时 的效率，根据燃气热水炉制造厂家的取 值，可取94%~96%； ngd 管道效率，通常取99%； Ths 热网首站的换热效率，可取98%~ 99%

5.发电气耗率gid 发电气耗率等于全年耗气量减去供热耗气量，再 除以全年发电量，其中，供热耗气量等于供热气耗率 与全年供热量的乘积，即

武中Srey—供热厂用电率，kW·h/GJ； W.—一全年供热耗用的厂用电量，如热网循 环水泵等只与供热有关的设备用电量，由 电气专业根据辅机电负荷计算，kW·h。

9.折算发电标准煤耗率 供热机组的折算发电标准煤耗率等于联合循环电 厂的天然气发电耗热量折算为标准煤的耗量，其中， 天然气发电耗热量等于发电气耗率与天然气低位发热 量的乘积，即

9.折算发电标准煤耗率

ba= Su Jom

式中brd—折算发电标准煤耗率，kg/（kW·h）。 三、计算实例

中ba折算发电标准煤耗率，kg/（kW·h）

式中gr发电气耗率，单位发电量所对应的耗气

式中gn发电气耗率，单位发电量所对应的耗气 量（标准状态），m/（kW·h)。

6.年平均供热发电比β 年平均供热发电比的计算与燃煤机组相同，等于 全年供热量与全年发电量的比值，即

燃气一蒸汽联合循环机组及附属系统设计

联合循环机组主要技术经济指标计算

注1.天然气低位发热量（标准状态）：32720kJ/m

燃料在燃烧室中燃烧，为透平提供能量，燃烧室 环管布置在压气机和透平之间。每个燃烧器由镍基高 温合金制造。燃料通过位于内简上游的燃料喷嘴进入 内简并与压缩空气混合。内筒上开有小孔，使燃料和 空气充分混合。 两个燃烧筒体上安装了钢制扣环用于安装火焰检 测器，两个燃烧筒体上安装了钢制扣环用于安装火花 塞。联焰管连接所有的燃烧筒，点火时可以传播火焰， 运行时可以维持燃烧室间的压力平衡。点火系统的布 置是使之能在预定的转速点火，并在点火完成后关闭。 5）透平。M701F4型燃气轮机透平虽然提高了进 口温度，但采用4级透平的设计仍然使透平各级保持 着中等的气动载荷。此外，利用全三维计算机流场分 析使得叶型的空气动力性能改进成为可能。采用这种 先进的叶型设计方法，保证透平具有最高的实际气动 效率。 燃气透平第1、2级动叶采用不带冠叶片，第3 及第4级采用整体Z形围带叶片。这种方法解决了因 功率和质量流量的增加而引起的非同步振动，这种 非同步振动是由于叶片结构和气流之间的气动弹性 引起。 透平第一级静叶栅由高温合金精密铸造的单个静 叶弧段组成，与以往的M701D型燃气轮机设计一样， 第一级静叶单叶片不用起吊任何遮盖物，道过人孔进 入即可卸下。静叶内围带由中间体支持，以限制柔性 应力和变形，从而保证关键的第1级静叶安装角。第 2级静叶栅由精密铸造超级合金的双静叶弧段组成。 第3、4级静叶概分别由精密铸造的超级合金的3个静 叶弧段和4个静叶弧段组成。 每一级静叶的叶片组都支撑在单独的静叶环上， 采用键固定和支持的方式允许静叶在径向和轴向的热 变形不受外缸变形的药束。采用分段的遮热环和动叶 上的环形段使M701F型燃气轮机静叶环变形进一步 减小，遮热环支撑静叶组，动叶上的分割环在气流通 道和叶环之间形成热障区。正如以往所有M701D型 燃气轮机设计，第2、3、4级间密封体单独支撑在静 叶组内环上，由径向键固定。这种布置允许密封体的 热变形和静叶组快速的热变形相互独立。 第1级静叶的冷却设计直接由M701D型燃气轮 机的设计改进而来，使用了冲击冷却、气膜冷却和翅 片冷却结合的全新设计理念。冷却空气同样来自压气 机排气。 第2级静叶的冷却技术是第1级静叶冷却技术的 简化，使用了冲击冷却、气膜冷却和翅片冷却技术。 这一级使用的冷却空气来自压气机第14级放气，通过 导管直接进入内部冷却系统。 来自压气机第11级的空气用来冷却第3级叶环腔

载特性。通过上述配置可精确校准轮盘，并具有足够 的灵活性，其设计应确保在各种瞬态工况下均可进行 校准，且无须在轮盘之间进行相对移动。在各种类型 的燃气轮机中，这种轮盘设计稳定运行时间已经达到 几百万小时。轮盘采用NiCrMoV合金钢，通过冷却 保证低于材料蜻变范围。 （4）动叶和静叶。透平由4级叶片组成。透平转 子上安装的第1级和第2级动叶来用独立设计，第3 级和第4级动叶采用整体叶冠设计。 4级动叶均采用MGA1400精密制造而成。动叶 均配备较长的叶根延伸部，以便在动叶不同横截面之 间传递荷载时可最大限度地降低产生的三维应力集中 系数。所有动叶均采用叶根改良设计，具备平整的接 触面（透平叶根）。透平动叶配备侧装式枞树形叶根。 可在无须干扰其他动叶或抬起转子的情况下拆卸透平 动叶进行检查或更换。 第1级透平静叶为精密铸造叶片（MGA2400），可 在不拆卸气缸的情况下通过燃烧室气缸内的人孔拆卸 第1级透平静叶。通过扭矩套管支撑内环以限制弯曲 应力和变形，可控制第1级静叶的临界角。 前3级透平动叶和静叶采用陶瓷涂层，以实现过 热保护和防腐。 （5）透平静叶环。各级透平静叶均采用独立静 叶环；不论是否可能出现外部气缸变形，用于固 定和支撑各叶片可承受轴向和径向热膨胀。通过支 撑静叶的遮热环和动叶上方的分割环让冷却气流 在叶片表面形成气膜层，用于最大限度地降低叶片 变形。 （6）级间气封体。级间气封体通过径向支承键由 第2、3、4级静叶环支撑。上述支撑可承受气封体的 热响应，无论静叶是否出现更快速的热响应，气封体 与转子同心对齐确保间隙达到最小，不存在摩擦以达 到最佳性能。 （7）动叶和静叶冷却装置。采用综合冷却方法以 更在高燃烧温度下运行M701J型燃气轮机，仍可使用 常规材料。透平冷却回路与F级、G级和J级燃气 轮机所用的冷却回路类似。包括转子冷却回路和4条 静叶冷却回路。燃烧室气缸抽出的压缩空气用于冷却 转子。通过转子冷却器的冷却空气，在返回至扭矩套 管之前进行过滤。该空气为密封供气，用于冷却轮盘 和第1、2、3级透平动叶。经冷却和过滤的空气可提 供全面保护，防止动叶受到通道热气体的影响，避免 出现过多的污染物，否则会使动叶的主要冷却通道 堵塞。冷却系统可使NiCrMoV轮盘的温度维持在 定水平，以确保轮盘温度低于端变范围而不使其寿命 缩短。

燃气一蒸汽联合循环中的余热锅炉，通过热交换 产生各种压力的过热蒸汽进入汽轮发电机组做功。因 此，余热锅炉处于燃气轮机发电循环和汽轮机发电循 环结合点的位置，它是将燃气轮机的排气余热转换为 汽轮机的热能，从而实现热能回收的设备。 余热锅炉一般由省煤器、蒸发器、过热器、再热 器（有再热蒸汽循环时）以及联箱和汽包等换热管束 和容器等组成。由于燃气轮机排气温度比较低，与常 规燃煤锅炉不同的是，热回收不能采用辐射传热，主 要是依靠对流接触传热。简单地说，余热锅炉是一个 热交换器。无补燃的余热锅炉与同容量燃煤锅炉相比， 没有燃烧系统及其辅助设备，没有辐射换热及辐射换 热相应的结构要求，在系统上相对比较简单。其主要 特点如下： （1）余热锅炉设计受限制排气的条件比燃煤锅炉 多。余热锅炉的热源来自燃气轮机，余热锅炉的蒸汽 输送给汽轮机，燃气轮机和汽轮机都是定型产品或标 准产品。也就是说，燃气轮机排出的烟气参数是确定 的，而余热锅炉只能适应其烟气特点；同时，汽轮机 接受余热锅炉来的蒸汽参数，也不是余热锅炉设计时 可自由选择的。而应经汽轮机厂家和余热锅炉厂家多 次计算、研究，以经济性最好以及使汽轮机发电功率 最大、热效率最高来确定最佳参数。余热锅炉的设计 受制于上游和下游设备的边界条件。 （2）余热锅炉在低温的烟气放热条件下运行。燃 气轮机排出的烟气温度，因燃气轮机的型号及容量不 同而异，通常在600℃左右。余热锅炉的传热处于小 温差工作环境且余热锅炉烟气侧的阻力损失一般控制 在3.3kPa，阻力损失超过上述范围，每增大0.98kPa 将影响燃气轮机效率约0.8%，这要求余热锅炉提供特 殊的结构设计。 （3）余热锅炉各受热面的烟气温度与工质温度间 的温差比燃煤锅炉小得多，同时，在相同的锅炉出力 条件下，余热锅炉的烟气量又比燃煤锅炉大得多。 （4）汽包工作压力是余热锅炉设计的重要参数。 （5）为取得尽可能高的余热利用率，应尽可能降 低给水温度。 （6）余热锅炉设计中，既要求余热利用的高效率 又要求工质循环的高效率。 余热锅炉设计必须以达到高效、低损（烟气阻力） 和快速启动为目标。

燃气一蒸汽联合循环机组及附属系统设讯

自然循环和强制循环的对比如下： （1）强制循环的优点：垂直设计，所需的占地面 积小，快速启动型钢标准，适宜采用较小的“节点温差”，对省 煤器中汽化敏感性小。 （2）自然循环的优点：不需要炉水循环泵，运行 可靠，厂用电耗相对较小。 总之，强制循环和自然循环各有优缺点，在工 程设计中，应根据实际情况，并经过技术经济比较后 确定。 （三）按烟气侧的热源形式 按烟气侧的热源形式，余热锅炉可分为无补燃余 热锅炉和有补燃余热锅炉。无补燃余热锅炉仅单纯回 收燃气轮机的排气余热，以产生蒸汽，蒸汽的压力、 温度和流量严格受制于燃气透平排气温度和流量。目 前国内绝大多数都为无补燃余热锅炉。有补燃余热锅 炉除回收燃气轮机的排气余热外，还喷入一定数量 的燃料进行燃烧，以增大蒸汽的产量并提高其压力 和温度参数。有补燃的余热锅炉还可分为“部分补 燃型”和“完全补燃型”。其中“部分补燃型”是指 向余热锅炉加喷的燃料量有限，燃料的燃烧只消耗 了部分燃气透平排气中的氧气，使进入余热锅炉的 燃气温度提高，余热锅炉中无须设置辐射换热面，只 需增设对流受热面即可。而“完全补燃型”是往余热 锅炉中喷入大量燃料，把从燃气透平排出高温烟气的 氧气几乎完全燃烧掉。在这种余热锅炉中需要设置辐 射换热面，蒸汽产量可以达到无补燃余热锅炉的6~ 7倍。随着燃气轮机初温和循环效率的提高，充许补 燃的燃料倍率是随之下降的。有关理论研究表明，当 燃气轮机的初温大于900℃后，补燃反而会降低联合 循环的效率。对于以纯发电为目的的联合循环机组

采用补燃方式的余热锅炉意义不大。对于热电联产的 联合循环机组，需要经过技术经济比较后才能确定是 否考患补燃方式。目前国内很少有采用补燃方式的余 热锅炉。 此外，补燃式锅炉按烟道或烟道外补燃，分为内 补燃锅炉和外补燃锅炉两种。 （四）按是否有汽包 按是否有汽包，余热锅炉可分为直流式余热锅炉 和汽包式余热锅炉。直流式余热锅炉一大优势是能保 证余热锅炉快速启动、高度灵活的负荷响应特性，适 宜新一代燃气一蒸汽联合循环机组选用。 而汽包式余热锅炉则设有汽包，省煤器和蒸发器 为分开设置，可设或不设置循环泵，般都用于亚临 界及以下参数的蒸汽循环系统。目前在役余热锅炉绝 大多数都为汽包式。

三、余热锅炉主要制造厂家

国内主要制造厂家有杭州锅炉集团有限公司、东 方锅炉（集团）股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责 任公司、上海锅炉厂有限公司、无锡华光锅炉股份有 限公司。以上锅炉厂均能制造F级燃气轮机配套的余 热锅炉。此外，如中国船舶重工集团公司第七O三研 究所、南京锅炉厂等也制造余热锅炉，一般都在F级 以下级别余热锅炉

四、余热锅炉主要技术特点

气轮机配套余热锅炉参数票

燃气一蒸汽联合循环发电用的汽轮机与燃煤的火 力发电装置用汽轮机相比检测标准，在原理上是相同的，结构 上也几乎类似，但燃气一蒸汽联合循环用汽轮机也有 不同于燃煤机组汽轮机的特点，具体如下： 1.全变压透平 燃气一蒸汽联合循环用汽轮机为了最大限度有 效地利用燃气轮机的能量，采用全变压。伴随全变 玉的采用，汽轮机为全周进汽，正常运行时，蒸汽 调节阀处于全开状态，装置的负荷控制由燃气轮机 的燃料投入量进行控制。 2.无回热抽汽 燃气一蒸汽联合循环用汽轮机不设置给水加热 器，这是因为当给水温度升高时，余热锅炉的排气温 度会随之升高，使得余热回收效率下降，效率得不到 提高。因此，透平循环一般是无抽汽的循环。 3.末级叶片长 因为汽轮机无回热抽汽且增加补汽，所以排汽流 量与主蒸汽流量的比值比同容量的燃煤火力发电用汽 轮机要大，在同样的出力情况下，末级叶片长度变长。 4.冷凝器面积大 因为汽轮机无回热抽汽且增加补汽，所以排汽流 量与主蒸汽流量的比值比同容量的燃煤火力发电用汽 轮机大，在同样的出力情况下，冷凝器面积变大。 5.能够快速启停 作为调峰的联合循环电站，要求燃气轮机能够快 速启停，故要求汽轮机也能够快速启停。汽轮机的结 构与系统要适应快速启停的要求，汽轮机通流部件和 动静间障均应适应快速启停的要求。

燃气一蒸汽联合循环机组中的汽轮机分类跟燃煤 火力发电厂的汽轮机类似，按功能分类，可分为凝汽 式汽轮机、抽汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽汽背压 式汽轮机；按汽轮机做功原理分类可分为冲动式和反 动式汽轮机。按汽缸数量可分为单缸汽轮机和多缸汽 轮机；按蒸汽参数分为低压（2.4MPa以下）汽轮机、 中压（3.5MPa左右）汽轮机、高压（3.5MPa左右） 汽轮机、超高压（13MPa左右）汽轮机、亚临界（17MPa