北京京西燃气热电有限公司燃气热电项目目前建设规模为3台SGT5-4000F（4+）型燃机组成了1 套“二拖一”和1套“一拖一”燃气—蒸汽联合循环发电供热机组。“二拖一”机组包括2 台SGT5-4000F （4+）型燃气轮发电机组、2台余热锅炉和1台大容量蒸汽轮发电机组；“ 一拖一”机组包括1 台 SGT5-4000F（4+）型燃气轮发电机组、1台余热锅炉和1台小容量蒸汽轮发电机组。各蒸汽轮机均为双缸双排汽汽轮机，高中压缸和低压缸之间通过SSS 离合器连接，发电机位于高中压缸侧。冬季供热工况时，汽轮机低压缸解列，高、中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器；非供热工况时，高、中压缸和低压缸通过SSS离合器连接成一根轴，机组纯凝工况运行。

“二拖一”联合循环机组在背压工况下（额定供热量）的发电出力为739.656 MW；“一拖一”联合循环机组在背压工况下（额定供热量）的发电出力为365.717 MW，扣除厂内采暖和生水加热用热量，全厂对外供热能力合计880.6 MW。“二拖一”联合循环机组在全年平均气温工况下的发电出力为873.117 MW；一拖一”联合循环机组在全年平均气温工况下的发电出力为434.732 MW，全厂总发电出力为 1307.849 MW。

“二拖一”与“一拖一”燃气—蒸汽联合循环供热机组共配置12格机力通风冷却塔。机力通风冷却塔布置在厂区内，12格塔分为2排，按“一”字型布置，泵房布置在中间。塔的型式为方形钢筋混凝土框架玻璃钢维护结构、逆流式机力通风冷却塔。

共设4台循环水泵，其中循环水大泵2台，循环水小泵2台。循环冷却水的补充水为城市再生水，循环冷却水系统结构见图 1所示。

图1(Figure 1)

图1 循环冷却水系统图

4台循环水泵布置在1座循环水泵房内。循环冷却水经循环水泵升压，由各自的供水母管分别送到“二拖一”与“一拖一”机组凝汽器和开式循环水供水管，加热后的循环水从凝汽器出来后经过胶球清洗装置的收球网连接至循环水回水母管，并与开式冷却水回水管中回水混合后，由各自的循环水回水母管（设有联络门）分别回至2排机力通风塔，冷却后再汇集于吸水前池，到达循环冷却水泵入口。

（1） 非采暖季设备运行方式：“二拖一”与“一拖一”燃气—蒸汽联合循环供热机组正常运行时，4 台循环水泵同时运行，而在机组降负荷运行时，可调整循环水泵的运行数量。

（2） 采暖季设备运行方式：正常供热工况下2 台循环水小泵低速同时运行，如果出现任意1台循环水小泵故障停泵，则马上启动1台循环水大泵，然后另1台循环水小泵停止运行。

开式冷却水泵入口水分别来自“一拖一”机组循环冷却水系统和“二拖一”机组循环冷却水系统，经过各自的自动滤水器后进入开式冷却水泵。开式循环冷却水供水其中1路经过1—3号闭式水换热器后接至循环水回水母管，另1路经过“一拖一” 机组真空泵冷却器和“二拖一”机组真空泵冷却器后接至循环水回水管道。开式冷却水系统的用户包括：“一拖一”机组凝汽器真空泵冷却器；“二拖一”机组凝汽器真空泵冷却器；1—3号闭式水换热器。

北京京西燃气热电有限公司的3套燃气—蒸汽联合循环机组为供热、调峰机组。冬季采暖期，燃气蒸汽联合循环供热机组以满足外网热负荷为主、 带基本负荷连续运行，方式为以热定电，冬季运行小时数为2880 h，折算发电利用小时数2434 h；其他季节机组采用调峰方式运行，并可安排机组检修和维护，发电利用小时数为2066 h，全年发电利用小时数为4500 h。

燃气—蒸汽联合循环机组冬季供热工况运行时，汽轮机凝汽器处于背压状态，其凝汽量仅有轴封漏汽和系统疏水等少量蒸汽，所需冷却水量很少 （见表 1）。但根据有关规范要求，凝汽器内换热管道的管内流速不宜低于1.0 m/s，采用双进水室的凝汽器即使单进水室运行，其需要的循环冷却水量也远远大于工程所需水量^{[1, 2]}。据此，开展了对凝汽器的选型改造工作，将凝汽器优化成4进水室方式，从而使凝汽器在单进水室运行时，其所需循环冷却水量较常规的双进水室凝汽器减少50%。

表1(Table 1)

表 1 全厂燃气联合循环供热机组循环水量表

表 1 全厂燃气联合循环供热机组循环水量表

循环供水量主要为汽轮机凝汽器辅机冷却水量。夏季循环水系统的冷却倍率设定为58倍，冬季采暖工况时，机组在背压或抽凝工况运行。

传统双水室凝汽器在背压运行工况下，“二拖一”机组进入凝结器的冷却水量为10 000 m3/h 左右，“一拖一”机组进入凝结器的冷却水量为5000 m3/h左右，且循环水温升约为2 ℃，冬季易发生机力塔结冰现象。将凝结器优化为4水室结构后，进入凝结器的水量通过控制可以减少50%，循环水温升为4 ℃左右，既可缓解冬季机力塔冻结情况，又可大大降低循环泵出力^[3]。经初步技经分析，如果电价按0.69 元/kWh、年背压运行时间以2880 h计，北京京西燃气热电有限公司的2套机组采用4水室凝结器方案后，每年可节约电费175万元。

通过优化凝汽器选型参数，将“二拖一”凝结器换热面积从24 500 m²增加至25 300 m²，“一拖一”凝结器换热面积从12 100 m²增加至13 000 m²；同时将凝汽器热水井的水容积（满水时间）由6 min增加到 12 min。在夏季工况，通过调配机力塔（16座18 m× 18 m机力塔）和循环泵运行方式，循环水温度可从原设计的33 ℃降至29 ℃，凝结器背压从原设计的 11.8 kPa降至7.66 kPa；计算得出，“二拖一”机组出力可增加10 MW，“ 一拖一”机组出力可增加5 MW。同时，由于凝汽器热水井水容积的增加，提高了凝汽器热井水位的调节能力，增加了机组低压给水系统的安全系数^{[4, 5]}。

由于供暖季与非供暖季的循环水量相差悬殊，因此循环水泵的选择和配置对于系统安全、运行灵活性及节约用电量等都很重要。经过计算分析，确定循环水供水系统各干管直径选取为2600 mm、 2400 mm、1800 mm，其他水力计算数据如表 2。

表2(Table 2)

表 2 循环供水系统水力计算数据

表 2 循环供水系统水力计算数据

2 套机组非采暖季循环水量合计69 822.5 m³/ h。本工程主机凝汽器采用1/4格布置形式，经过循环水泵比选、运行方式优化后，本工程共设4台循环水泵，其中循环水大泵为2台，每台大泵流量为扣除循环水小泵高速流量后的非采暖季总循环水量的 50%；循环水小泵为2台，配套采用双速电机，每台小泵低速流量为采暖季循环水量的50%。各循环水泵型式均为立式斜流泵，主要设计参数见表 3。

表3(Table 3)

表 3 循环水泵主要设计参数汇总

表 3 循环水泵主要设计参数汇总

开式冷却水系统的冷却工质为循环水，向闭式冷却水系统、真空泵等设备提供冷却水，每套“二拖一”机组和“一拖一”机组的冷却水系统公用。开式冷却水系统设3台50%全厂容量（2运1备）的开式冷却水泵和2×50%容量的自动滤水器，供水管自 “二拖一”和“一拖一”凝汽器循环水进口蝶阀前的管道上接出，经过滤水器、开式冷却水泵、闭式水冷却器，回水分别排至“二拖一”和“一拖一”循环水供水管和回水管。冬季背压运行时，进一步优化了系统运行方式，将开式水系统和凝汽器串联运行，其他工况下开式水系统和凝汽器并联运行。

根据设计数据，“二拖一”机组的开式循环水量约为5000 t/h，“一拖一”开式循环水量约为2500 t/h，与凝结器4水室方案背压运行时所要求的冷却水水量相当。在采用4水室凝结器的基础上，通过优化机组运行方式，将开式循环水引入凝结器，代替原有进入凝汽器的循环水，实现了1/4凝结器系统运行方式，使冬季上塔水温达到20 ℃，解决了冬季机力塔结冰问题，同时降低了循环泵出力，降低了厂用电率^{[6, 7]}。经初步技术经济比较分析，如果电价按 0.69 元/kWh计，年背压运行2880 h，则与传统2水室凝结器运行方式相比，系统优化后每年可节省电费 289万元，经济效益显著。

燃气联合循环机组能够达到最佳的能源利用率和较高的环保要求，既符合国家可持续发展战略、能源政策和企业市场化经济运作的改革道路，也符合清洁能源的环保法规，满足社会对能源和环境的共同要求。

根据集团公司关于新建发电企业要做到“即投产，即赢利”的要求，在项目设计阶段，北京京西燃气热电有限公司即以节能减排为出发点，以提高火力发电企业盈利能力为目标，以优化系统设计、设备选型和运行方式为手段，对燃气—蒸汽联合循环机组开展了一系列冷端优化专项工作。通过对新技术进行研究及创新应用，持续改进了原有系统，进一步提高了机组运行经济性，为机组的安全稳定与经济运行打下坚实基础，增强了企业可持续发展能力。