[科普中国]-龙鼓滩发电厂

简介

中华电力公司( CLP)在九龙与新界大约有150万个用户,过去20年中,该地区电力需求一直以年10%的速度增长,估计下个世纪初也不会低于5% 。为了保持供需同步,在新界西端一个叫龙鼓滩的地方新建了一座2 500 MW的联合循环发电厂。这是香港第一座燃用天然气的电厂,也是世界上最大的联合循环电厂之一, 它仅次于日本东京电力公司所属的横滨电厂( 2 800 MW)。

该厂业主为青山电力有限公司,这是一家由中华电力公司与埃克森( Ex xo n)能源公司合营的企业。龙鼓滩电厂的设计及设备供货由GEC-Al sthom与GE( U. S. )国际财团提供。GEC-Alsthom为该财团的主事方, GE公司则负责技术工作及有关业务的协调工作。中华电力公司负责工程管理,包括厂址选定、土建、电厂安装与运行等。

根据当地电力负荷需要,青山电力公司在规范书中要求该厂运行应具灵活性,包括大幅度的两班制调峰运行的能力,并同时兼顾可靠性与经济性,由于电厂负荷率较低,供货方推荐采用有两种汽压,不带再热的蒸汽循环系统,燃气轮机相应采用了世界最大燃气涡轮50 Hz、226. 5 MW、9 FA型机组,共8台,与8台余热蒸汽发生器和8台两压力双缸蒸汽轮机,分别组成8个发电单元,每一单元都按单轴布置, 余热蒸汽发生器布置在燃气机排气端,从而使8台独立的动力单元可以用统一的辅助设备进行紧凑布置1。

厂址概况新界西端厂址位于一个带舒缓坡度的海滩上,一边靠山,一边临海,因此需开挖石方220 万m3 , 回填海岸使抬高5. 7 m, 造地45 hm2。

紧凑的布置给人以尽量减少占地面积的感觉,并为将来有可能扩建到6 000 MW电厂留有余地。

厂址的北面靠海,在烟囱南面建有机房2座,每座机房安装4台单轴燃气- 汽轮机机组,中央控制室照例建在两座机房之间。配电装置设在机房南面,出线则越过山崖送往新界。

余热回收蒸汽发生器(锅炉)位于机房北面,露天布置,每台燃气涡轮对应1台余热锅炉,其烟气则以4台炉为一组通往钢质集束烟筒,集束烟筒外面围以100 m高的混凝土防风外壳。

靠海边的地带是布置公用设施系统的地方,如蓄水设施,分馏燃料库,燃气系统及水处理系统,公用消防水泵房,补给水等。

厂区道路设置考虑了码头来货后的厂内大件运输,主要设备从海路到货并可立即卸装到拖挂车上,运往安装位置,而无需其它中间处理,包括重约360 t的燃气涡轮机组。此外,在厂区南侧也设计有进厂公路。

燃气由设在厂区东北角的天然气接收站经管道上岸,在该接收站经分叉管分送8台机组以及辅助锅炉。

分馏燃料贮油罐位于邻近的卸油码头。冷却水泵房设在厂区西北角,远离循环水出水口(厂区东北角)的位置,循环水管线尽量避免相互交叉以减少挖方量,并预留了将来扩建时增加新管线的位置。

动力机组的布置由于每台燃气机— 蒸汽汽轮机— 发电机布置在同一根轴线上,因而使机房里4台机及余热炉旁可使用统一的辅助设备。发电机安装在一个标高较高的混凝土基座上,而给水及蒸汽管道则布置在混凝土基础里。燃气机进口风道经机房房顶上的过滤器后与压缩机进口风道相联,并装有消声器。在每1台机组的轴线上方设有1台90 t专用吊车,并附有1个20 t 吊钩,以保证建设及维修工作中的需要。

每一轴线的附属设备都布置在机房里或沿轴线两侧附加的建筑里,并装有小型起重设施。单元机组的控制设备与电气设备装在机房发电机旁电气附属建筑里。余热回收炉下面的空间里安装给水泵、化学加药与取样装置以及凝结水精处理站等,充分利用了空间。

主机及系统给水与蒸汽系统: 如热力系统简图所示,凝结水在进入脱氧器前先经过余热炉的低压省煤器,当使用分馏燃料时,需将低压省煤器旁路以防止在炉内该部件发生腐蚀,当正式供气管道尚未建成使用之前设计中考虑了凝结水的再循环,使低压省煤器中的水温即使烟气含硫量高达50 μL /L 的H2 S时,仍能达到一个可以接受的高度。脱氧器直接接入低压集汽鼓内,并保持相对稳定的压力以便给水泵可有一个稳定的吸入压头。

高压集汽鼓则以滑压运行,并仅仅在低负荷时,以汽轮机进汽门对其进行压力控制,给水经过一个可变速的给水泵进入高压汽鼓,以获得较好负荷跟踪特性。

低压和高压两种蒸汽系统都设置了100%容量旁路,该旁路经扩容装置排入凝汽器。燃气轮机: 龙鼓滩电厂是东南亚第一家使用机架号9FA的工程,该机为50 Hz、单轴,重载荷的燃气涡轮,它是按7 FA燃气涡轮比照得来的。

F技术的燃气轮机使用的是GE飞机动力公司与GE研究开发中心经过10 a 的开发研制的技术,象先进的叶片冷却技术,压缩机空气动力设计及有关新材料等都经过验证成功的技术都用在了F技术的涡轮机上,使它们与过去对比可以在较高温度与出力下运行。

F 技术的机器使用的点火温度为1 260℃ ,试验还证明如稍加改进,该类涡轮机可在点火温度达1 288℃下运行,从而在保证安全条件下,进一步提高了出力与效率。9FA以反向流、18个腔室、干式、低NOx排放燃烧系统为特点。干式、低NOx 燃烧是一种单级双模式燃烧器,既可使用液态燃料也可使用气态燃料。

燃气涡轮机的出力由压缩机侧或转子轴的冷端输出,驱动发电机,这一特点改善了负载时同心对中度的控制并使轴向排气由涡轮机侧引出。

9FA涡轮机采用两轴承支撑的转子,可有很高的转矩,该转子有冷却系统,以维持在合理的温度范围,从而确保转子寿命。冷却空气是正向流,它由压缩机的抽吸作用及径向向外排出形成,该排气通道经过涡轮机转轮与静止缸之间的空腔。燃气机第1、2两级叶片为空冷,第3级则无冷却。

所有9FA燃气机外壳都有水平方向的中分面,以方便检查与检修,每个燃烧室衬层及过渡部件都可单独取出更换,腔室镜镜孔都开在方便检视的地方,轴径及推力轴承拆装方便,燃气机及压缩机外壳不需拆开即可检修轴承。

9FA 动力机组采用GESpeedtro nicMark 系统控制机组的启、停及运行。还另有一个与之有联结的分散控制系统则用以控制蒸汽设备及电厂设备之间的平衡关系。

蒸汽汽轮机: 包括一个单流高压缸和两个对接的单流低压缸,两种缸都采用转盘与隔板结构,通体都用低反动度叶片,两种汽轮机转子都用单一锻成体钢件,并用坚实的整体对轮将相互之间及燃气涡轮机和发电机联结。

单流高压缸包括前6个膨胀级,它们在完全膨胀之前都处在同一外缸中的双层内缸中,这种结构大大提高了缸体的灵活性及其耐受负荷快速运行变化的能力。

蒸汽由上下两半个高压进汽柜对称进汽,每个汽柜室都设有一个截止阀、危急保安阀及一个调整阀,在所有负荷情况下都保持全圆周进汽,蒸汽经设在高压缸尾部外壳上半部的联管排出。

单流低压缸有5级叶片,最末级长度为1 050 mm,其根部直径为1 680 mm, 低压缸为单层结构。加工后的外缸也是以中分水平面一分为二,并用螺栓把合,排汽则向下进入悬挂式凝汽器中。

低压进汽柜包括一个危急阀和一个调整阀,全都是蝴蝶式阀门,从而控制了由余热锅炉到高低压跨越管道的流量。

发电机: 50 Hz 的发电机额定出力为46 3 00 0 kV A、30 0 0 r / min , 力率(迟相)0. 85,外壳为钢焊接气密式结构,以支撑定子绕组与铁芯,迥转磁场与气体冷却器,并将它们加以密闭。主要冷却介质用氢气,氢气则以装在转子两端的风扇进行循环,定子绕组冷却用单独的水冷却系统。

发电机按连续运行设计,并可在规定的条件下耐受突然短路或突然加负荷。对励磁电源、氢气系统及定子冷却水系统还另有单独的辅助设备, 及氢、水控制系统。

余热回收锅炉: 由拔伯葛动力公司( Babcock Energ y co )供货, 按双压程、助压循环设计。高压部份包括两级带喷水减温调节的过热器,在用燃气时可送往蒸汽汽轮机的汽压为10. 6 M Pa,温度为536℃。低压部份出口蒸汽为0. 54 MPa, 287℃。此外还要满足与其相关脱氧器用汽,燃用分馏燃料油时,低压省煤器水侧经旁路以防止腐蚀,此时低压蒸发汽量只能满足脱氧器负荷增加的需要。

由于燃气联合循环电厂是负荷跟踪调整厂,它有带基荷的能力而又常常是两班制运行,所以余热炉在设计上常采用由顶部吊挂,烟气管道垂直布置, 进口烟道加强保温以防散热与噪声等措施, 这种布置对于两班制运行具有多种内在的优越性,特别对压力部件的选材与安排给予了充分注意。

“ 91级”高强合金钢已广泛应用于过热器出口管道、联箱及管网中,其断面厚度可较薄而又有良好的抗疲劳性能,曾做过热应力与压应力加速循环实验,证明在2级过热器上用于高频焊接,盘绕式鳍片管完全成功。所有高压部份都做过详细的抗疲劳评估,在可能有蠕胀的部位都根据已有蠕胀疲劳相关系数数据进行了测评,并在燃气联合循环电厂余热锅炉上就整个运行范围的动态模拟取得数据,在适当的地方还使用了有限元实体模型分析,保证不因个别部件寿命完了而影响整体寿命。

凝汽器与冷却水系统: 凝汽器以及所属冷却水系统连同排汽冷却面积都经过真空优化的选择以保证经济运行。

每台凝汽机组都有专用的单流程,钛管冷凝器。在冷水进口处装有杂物过滤器,可自动再循环的小球使管束在运行中清扫,每个凝汽器配1台混流式循环泵,通过专用管子将冷却水经虹吸回水仓送还大海,循环水回路中不用任何阀门, 其通水启用借助装在凝汽器水箱上安装的一个空气抽吸泵。

冷却水先到泵房前池再到8台冷却水泵,经过300 m长的海岸混凝土暗沟分成两半,各供4台泵机,每台泵都在上游装有拦污栅及滚筒式过滤网,并有闸板门以便检修。沿泵房设一电动氯处理站,它可生产次氯酸钠用以自动加药防止海水管道被水生物阻塞2。

电气系统8个单元机组每台机出口都设有断路器及主变压器将电压升到400 kV 送出, 一台厂用变取自23 kV 主机电压并降到6. 6 kV与415 V 供辅机之用,电流互感器与励磁变压器都装在离相式绝缘母线中。

电厂辅助设备供电经由132 kV的双系统配以两台带有带负荷调压装置的厂用变压器组成, 每台厂用变各以6. 6 kV配出, 到6. 6 kV 开关柜, 由此接低压415 V 厂用变及其开关柜。每个6. 6 kV系统母线柜还与柴油发电机紧急备用电源联接。厂用6. 6 kV 与单元机组6. 6 kV 系统相互联接还有灵活性,以便事故时互为供电。

控制与仪表电厂控制是高度自动化的,用一个运行人员在正常情况下, 可控制4 台机组( 1 250 MW) ,这一方便条件是由于采用了将整个厂分类分区进行监控的结果,电厂分成了三个主要控制网络,即将1～4号机和5～8号机各划为一个“监控水平”区,另加一个电厂公用设备监控区,每台主机组又各有自已独立的监控网络。

为保证高度可靠性,处理与通讯系统采用了冗余制,即双套可以独立工作的硬件,该系统可以辨识与免于事故影响。

中央控制室设在电厂中心部位,是按人类工程学原理设计成的运行人员工作站,围绕这一中心布置的有中央控制盘,以与单元机组及Speedtro nic Mark V 相联系,后者是用以控制轴系及站内公用设施以使运行人员在集中注意某一机组时,不受其它运行机组的干扰。

一个档案管理系统与分散控制系统界面相交,从而使运行人员可直接取得高达48 h以上的信息并允许电厂运行情况以其信息处理方式无限量地存放在一个光盘中。

电厂还配备有计算机化装置,以监控与预置电厂运行条件,包括效率、环保与估计寿命等。还有一套现场模拟装置,以便运行人员培训,开发优化电厂运行程序,以满足将来电厂运行要求。

燃料系统电厂用管道供气,它是由海南岛外的天然气气源地以800 km长度用水下管线送来的,在产地将天然气压缩到13. 8 M Pa 压力送到现场, 并留出了厂内最小运行控制压力—— 在分离、过滤与加热后仍有3 . 5MPa。

天然气处理站下游侧用分叉管供给8台燃气机及辅助锅炉。天然气还可以分流到青山电厂4台炉中的两台作为点火燃料。配气系统曾做过动态模拟,确保了控制正确,促使电厂能在一个广泛的范围内,从过渡状态到稳定运行状态,都能圆满成功。贮存在现场的分馏油, 可使电厂全部运行100 h,分馏油可确保电厂在燃料切换时可以随时点火成功。

环保影响龙鼓滩电厂在设计上完全可以保证环保条件符合香港对大气、排水及人身健康、安全等有关法令的要求2。