燃蒸联合循环单轴发电机布置的启发

　　引　言

　　综合电力系统代表着当今船舶动力的发展方向,其主要特点是将推进系统与电力系统合二为一,将全船所需要的能源以电力的形式集中提供、统一调度、分配和管理,它主要由发电、配电、变电、推进、储能和监控等部分组成。船舶电力推进的应用历史很悠久,早在20世纪20年代的时候就曾经流行一时,但是由于在当时电力推进装置笨重、效率低、成本高等问题比较突出,加上齿轮传动加工技术的提高和发动机技术的飞速发展,时至今日大部分的船舶仍然采用机械推进。在20世纪80年代之后,随着电力电子器件、高功率密度电机及控制技术的发展,船舶综合电力系统在功率密度、效率和控制等方面更好地满足了船舶动力发展的需要,同时激光炮等大功率耗电设备的应用需要,对于船舶辅助电站的功率要求大大提高,要求原有的辅助电站同推进用功率能够合二为一,全电力推进的应用就水到渠成。世界各国已经有了综合电力系统原动机模块的系列化产品,但是还没有联合动力作为原动机模块的先例。由于联合动力装置具有机动性好和单位重量尺寸小等特点,所以文献[1]提出把联合动力发电模块作为综合电力系统的一种模块来进行研究具有重要的工程意义。

　　1　燃气蒸汽联合循环发电机组的布置方案

　　1988年以前燃气蒸汽联合循环发电装置的布置通常是燃气轮机驱动1台发电机,燃气轮机的烟气引入到余热锅炉产生过热蒸汽,过热蒸汽推动蒸汽轮机驱动另1台单独的发电机。燃气轮机的发电机和蒸汽轮机的发电机分别向用户(电网)供电,如图1(c)所示。

　　1989年以后出现了燃气轮机和汽轮机共同驱动1台大功率发电机的单轴布置的方案,此时由大功率的发电机向用户(电网)供电。近年来投入市场的燃蒸联合循环发电装置大多采用单轴布置的方案,从实际装置运行经验

　　来看,单轴布置又分为两种:一种是发电机在中部,燃气轮机和汽轮机分别在发电机的左右两侧,居中布置,如图1(a)所示;第二种是汽轮机在中间,燃气轮机在左侧,发电机在右侧的尾置方案,如图1(b)所示。

　　单轴布置只有1台发电机及相关的输变电设备,余热锅炉一般不需加装旁通烟囱和挡板,同时辅助设施(如润滑油和冷却水系统等)可以统一布置,使得设备简化、布置紧凑、厂房面积小、土建成本降低、使整个电厂紧凑高效及电站投资降低。SIEMENS公司认为,单轴机组设备造价可比多轴机组低约5%。

　　1.1　发电机居中布置(GT-G-ST)

　　以SIENENS公司GUD1S.94·3A和ALSTOM公司KA26-1为代表的燃气轮机+发电机+3S离合器+轴向排汽汽轮机的连接方式,简称发电机居中布置方式。SIEMENS公司GUD1S.94·3A单轴联合循环机组(390 MW)的主厂房跨度为29 m,长52 m,空气过滤器安置在9 m跨度的披屋顶上,按燃气轮机、发电机、同步离合器、汽轮机和凝汽器顺序排列,汽轮机为轴向排汽,所有主设备均为地面低位布置,机组中心线离地面高5.5 m,主厂房高21.5 m,机组纵向长度为127.5 m,动力岛约为145 m×88 m,动力岛折算成单位容量的占地为32·7 m2/MW,如图2所示[2]。