蒸汽-燃气联合循环机组锅炉蒸汽吹管方案研究

蒸汽-燃气联合循环机组锅炉蒸汽吹管方案研究

蒸汽-燃气联合循环技术在国际上已经应用了很多年，机组容量大小从几兆瓦到几百兆瓦，

布置方式也多种多样。系统布置以及蒸汽管道的要求也是各不相同。以下简单介绍下机组的配置方式，着重研究二拖一方式的联合循环机组吹管方案。

一、联合循环机组的组成：

联合循环机组大都是由燃气轮机、余热锅炉和汽轮机作为核心部件组成。其中燃气轮机有燃

油和燃气两种形式，也有油气混合燃烧形式的燃气轮机。以下谈到的是油气混合燃烧的燃气

轮机形式。

二、本项目简介：

本项目属于我公司EPC 总承包项目。项目位于沙特阿拉伯西海岸，红海之滨，由全球最大的

石油公司阿美石油投资。机组设计建设五个单元的联合循环机组，每个单元最大连续发电量750MW，项目总容量3850MW,立项初期为全球最大的联合循环机组。

每个单元由两台燃机+两台双压再热余热锅炉和一台纯凝汽轮机组成。

燃气轮机为西门子研发的SGT6-5000F(5)型，配备16个油气双燃料燃烧器，额定功率

242MW，额定转速3600rpm，设计运行环境温度在-20.5到50℃。

余热锅炉为荷兰NEM 公司生产的双压、再热、两级补燃、全露天卧式汽包炉，锅炉额定压

力10.08Mpa, 额定蒸发量88.77kg/s，最大连续蒸发量103.9kg/s。中压汽包产生的蒸汽经中压

过热器过热后，汇入冷再入口，与高压缸乏汽一起加热后送入中压缸做功。

汽轮机为西门子生产的三缸、三抽汽、四排汽纯凝机组，额定转速3600rpm，额定功率

282MW。

三、主再蒸汽管道布置

两台余热锅炉主蒸汽由φ406X44 P91管道从锅炉出口引出，汇流至508x54的主蒸汽母管，

在汽轮机机头前分别由两根355x38管道送入汽轮机做功，做功后的高压缸排汽由762x62的

P22 冷再母管引出，再分别由一根660X28的管道汇集中压过热蒸汽后送入再热器进行再热。

经过再热的蒸汽有660x28的管道引出送入到813x38的母管，最终送入中压缸做功。

四、蒸汽吹管清洁度验收的要求

在吹管方案编制过程中，首先确认是的蒸汽吹管的合格标准。项目初期拿到的标准有两个，一是业主内部的蒸汽吹扫标准，只要求对金属靶板进行打靶，未明确具体点数。另一个是汽

轮机厂家西门子提供的标准：在合格的吹扫系数下，连续打靶15分钟，且两快靶板均合格；其中靶板要求为Q235钢，靶板点数要求在任意40mmX40mm的范围内没有大于mm的点，

大于0.5mm的点不大于4个，0.2-0.5mm 的点不大于10个。经过与业主进行商议，统一使

用西门子厂家标准。唯一分歧的是靶板材质，业主提出使用铝板或铜板代替钢板，但西门子

提出钢靶板更能接近模拟叶片材质。能体现出靶板冲击效果，最后坚持选择了钢靶板。

五、吹管参数计算

根据西门子提供的吹扫要求以及打靶时间15分钟的限制条件，经过商议对整个机组的主、

再热蒸汽部分采用稳压吹扫方案。稳压吹扫方案选择主要考虑一下方面：1.可以满足打靶15

分钟的要求，2稳压吹管压力较低，是通过提供蒸汽流量来提高吹扫动量，3锅炉厂提出的

要求4机组设计的补水能力可以满足稳压吹管要求。

按照西门子厂家要求，吹管系数:

v ，蒸汽的比容

m ，蒸汽的质量流量

根据上式以及机组参数表得出：（以表压计算）

六、临时管道的选择与系统安装

临时管道布置与选择根据《蒸汽吹管导则》和《火力发电厂汽水系统管道设计规范-DL/T 5054 2016》要求，结合西门子对各管道的吹管的要求及现场管道布置情况，进行了布置。

主再热蒸汽道吹扫流程图：

从上图可以看出，我们在吹管方式上选择了二段式吹扫方案。布置这种方式除了设备厂家

要求的单独确认主再热蒸汽管道清洁度的要求外，也是为了保证蒸汽清洁度。

临时管道管径选择按照吹管导则要求，均按照大于等于被吹管道的截面积选择。壁厚计算按照汽水管道设计规范中5.2.1-1公式计算并辅以ASME B31.1标准管道壁厚表进行参考。

最终临时管道选择如下：

主蒸汽临时管道母管选择559X23.83的P22 合金钢管道；

冷再母管临时管道选择559X23.83的P22合金钢管道；

再热母管临时管道选择813X17.48的P22 合金钢管道；

高、中压主汽门引出的支管管线根据西门子提供的吹扫堵板工具进行配管，分别为

355X19.05 和559x28.58的P22合金钢管道。

消音器的选择：按照吹管导则要求，配置两台小孔消声原理的高效消音器，设计阻力1bar，设计压力10bar。

靶板器的选择：考虑到本工程采取的稳压吹扫方式，且打靶时间要求持续15分钟。对靶板

器进行了设计，选用电动靶板器。如图所示。靶板器选用进口电动执行器对靶板进行抽出和

插入操作。下方布置一电动隔离阀保证取靶板过程中蒸汽不泄露；靶板贯穿整个临时管道。

整个靶板器的固定选用钢丝绳进行固定，保证靶板器跟随管道进行自由膨胀。

七、吹扫步骤和流程

7.1 主蒸汽管道吹扫：主蒸汽管道的吹扫过程中，为保证蒸汽管道中杂物快速剥离。通过采

取调整燃机负荷的方式，调整蒸汽管道温度变化。具体步骤如下：

1）在燃机满速无负荷的工况下，分别按照0.5,1.0,1.5Mpa主汽压力通过临吹门对临时管道进行试吹扫，检查临时管道膨胀及安装质量。

2）试吹扫完成后，全开临吹阀-1，逐渐提高燃机负荷。分别在燃机负荷在20MW,

40MW,60MW时计算主蒸汽管线吹扫系数，直到吹扫系数大于1.2，进行不小于30分钟的吹扫。30分钟后吹扫后放置一块靶板进行检查管道的清洁度。吹扫过程中观察除盐水箱水位情况，根据水位判断可维持的吹扫时间。然后按照以下热力循环方式对主蒸汽管道进行稳压吹扫：在燃机最小负荷下吹扫15分钟；然后升负荷至吹扫系数大于1.2并保持吹扫45分钟；

降燃机负荷至最小负荷吹扫15分钟。重复这种吹扫回路10次以后，放置一块靶板进行检查

吹扫效果。