M701F4型燃气轮机TCA冷却水系统及给水泵配置对比分析

M701F4型燃气轮机TCA冷却水系统及给水泵配置对比分析

广东惠州天然气发电有限公司 李惠

本文介绍了三菱M701F4型燃气轮机冷却水系统（GT Cooling Air Cooling Water System－TCA冷却水系统），从系统原理、给水泵的配置对比、节能降耗等方面进行分析，最后提出该系统的给水泵选配建议方案。

M701F4燃机；TCA冷却水系统；给水泵；对比

1 前言

日本三菱重工的F级燃气轮机在中国的F级燃气－蒸汽联合循环发电市场占有较大的份额，继M701F3型燃气轮机之后，现已推出其发电出力更高的M701F4型燃气轮机。M701F4型燃气轮机改进了燃机冷却空气的冷却系统（GT Cooling Air Cooling System－TCA）和燃气轮机燃料加热器系统（GT Fuel Gas Heater System－FGH）。M701F4型燃机的TCA的冷却水和FGH的加热热源均来自余热锅炉，其中TCA的冷却水来自余热锅炉的高压给水，FGH的加热热源来自余热锅炉的中压省煤器。

2 M701F4型燃机TCA冷却水系统描述

M701F4型燃机的TCA冷却水系统和余热锅炉汽水系统相关联，余热锅炉的高压给水分为两路，一路去高压省煤器，另一路去TCA换热器，TCA换热器出口的水返回到凝汽器或进入高压省煤器出口管路，简要系统描述如下：

2.1 当燃机启动时，通过凝结水泵向锅炉高压给水泵供水，再由高压给水泵向TCA供水，TCA出口的热水返回到凝气器。高压给水泵的最小流量再循环返回凝汽器或低压汽包，当最小流量再循环返回到低压汽包时，需通过低压汽包的放水阀控制低压汽包水位。

2.2 从燃机点火到全速空载期间，要求TCA的供水温度不超过60℃，即在此期间通过凝结水泵向高压给水泵供水，TCA的冷却水流量由凝气侧的调节阀控制。

2.3 由全速空载到燃机负荷80MW时，高压给水泵的供水由凝结水泵供水切换为低压汽包供水；TCA的冷却水流量仍由凝气侧的调节阀控制。

3.1方案一：高压给水和TCA冷却水合泵设置 表1

3.2方案二：高压给水和TCA冷却水分泵设置 表2

2.4 当燃机负荷由80MW升到约100MW时，打开TCA出口高压省煤器侧的调节阀，关闭TCA出口凝气器侧的调解阀，TCA出口的热水进入高压省煤器出口管路，直至燃机升到满负荷，此时，TCA出口凝气器侧的调阀作为备用。

F级机组常见的运行方式 表3

假想的运行方式 表4

3 TCA系统冷却给水合泵与分泵方案的对比分析

结合电厂的蒸汽参数和泵厂的选型参数，现就高压给水和TCA冷却水合泵与分泵方案的对比简单分析如下，两方案泵组的技术参数分别如表1，表2所示：

从上述两个方案的对比表可发现：

在100%负荷，分泵方案的能耗反而比合泵方案的能耗大。主要因为中主蒸汽的压力较高，即使将TCA系统的冷却水从高压给水泵分离，高压给水泵的扬程并没有因此而明显降低（高压给水泵的出口压力仅从16MPa减小到15.92MPa），相反高压给水泵因为扬程没有明显变化，而流量大幅下降（从320t/h降低到270t/h），泵的效率却出现了明显下滑（从81.6%下降到79.73%）；与此同时，TCA冷却水给水泵因为其扬程高、流量小的特点，再加上增速齿轮箱的能耗，其效率很低，通常只有65%。因此合泵方案中320t/h的给水由效率为81.6%的给水泵完成，而分泵方案中则分别由效率为79.73%和65%的给水泵完成，虽然分泵方案中高压给水泵的扬程可有所降低，但其节省的能耗远远低于泵效率的下降所增加的能耗，在100%负荷下，分泵方案的能耗比合泵方案的大则显而易见。

在75%及其以下负荷，分泵方案的能耗比合泵方案小，且随着负荷的降低，分泵方案的节能效果愈加明显。虽然分泵方案中，高压给水泵和TCA冷却水给水泵的效率与合泵方案相比，均出现了不同程度的下降，但在较低负荷时，分泵方案中的高压给水泵扬程得到了大幅降低，其扬程的降低而节省的能耗已大于分泵效率下降所增加的能耗，且随着负荷的降低，分泵方案中高压给水泵由于扬程的降低所产生的节能效果越明显。因此在较低负荷时，分泵方案比合泵方案更节能。

通过泵的性能数据可见，节能的平衡点应该在85%负荷左右，因此是分泵方案节能还是合泵方案节能，更多低取决于机组的运行方式（高负荷运行还是低负荷运行）。

下面就不同的运行方式进行了对比：

表3为F型机组常见的运行方式，即，年运行小时数按6600小时，75%及其以上的高负荷占总运行时间的90%，75%以下低负荷运行小时数占10%，其中高负荷运行小时数中100%负荷占三分之二（3960小时），75%负荷占三分之一（1980小时）；低负荷运行小时数中50%占70%（462小时），30%负荷占30%（198小时）；

表四为了让分泵方案呈现节能效果，假想的运行方式，年运行小时数仍按6600小时，75%及其以上的高负荷占总运行时间的80%，75%以下低负荷运行小时数占20%，其中高负荷运行小时数中100%负荷占70%（3696小时），75%负荷占30%（1584小时）；低负荷运行小时数中50%占70%（924小时），30%负荷占30%（396小时）

从上述表格所示的运行方式看，随着低负荷运行时间的增加，分泵方案节能的优势将愈加显现，但如果机组经常处于高负荷的运行状态，合泵方案则更加节能。考虑到整个联合循环机组的效率，机组处于高负荷运行也将更经济，特别对于燃机电厂，可调配的余地较大，如三台均在75%负荷左右运行和两台100%负荷运行进行选择，两台100%负荷的运行方式更可取，因此，结合燃机电厂的实际，合泵方案更节能。

4 结束语

M701F4型燃机的TCA采用水冷，压缩空气在TCA换热器内被冷却后去冷却燃机转子和动叶；冷却水来自余热锅炉，冷却水在TCA换热器内被加热后进入锅炉的高压省煤器出口管路，与高压省煤器出口的工质一道进入高压汽包。本文着重阐述了与TCA冷却水系统（GT Cooling Air Cooling Water System）相关的系统，给水泵配置对比方案，节能降耗建议，可供相关技术人员借鉴参考。