龍鼓灘發電廠位於香港新界西端，是一座2 500 MW的聯合循環發電廠。這是香港第一座燃用天然氣的電廠,也是世界上最大的聯合循環電廠之一, 它僅次於日本東京電力公司所屬的橫濱電廠( 2 800 MW)。該廠業主為青山電力有限公司,這是一家由中華電力公司與埃克森( Ex xo n)能源公司合營的企業。龍鼓灘電廠的設計及設備供貨由GEC-Al sthom與GE( U. S. )國際財團提供。GEC-Alsthom為該財團的主事方, GE公司則負責技術工作及有關業務的協調工作。中華電力公司負責工程管理,包括廠址選定、土建、電廠安裝與運行等。
基本介紹
- 中文名：龍鼓灘發電廠
- 外文名：Longgu beach power plant
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 地址：香港新界西端
- 類型：發電廠
簡介,廠址概況,動力機組的布置,主機及系統,電氣系統,控制與儀表,燃料系統,環保影響,
簡介
中華電力公司( CLP)在九龍與新界大約有150萬個用戶,過去20年中,該地區電力需求一直以年10%的速度增長,估計下個世紀初也不會低於5% 。為了保持供需同步,在新界西端一個叫龍鼓灘的地方新建了一座2 500 MW的聯合循環發電廠。這是香港第一座燃用天然氣的電廠,也是世界上最大的聯合循環電廠之一, 它僅次於日本東京電力公司所屬的橫濱電廠( 2 800 MW)。
該廠業主為青山電力有限公司,這是一家由中華電力公司與埃克森( Ex xo n)能源公司合營的企業。龍鼓灘電廠的設計及設備供貨由GEC-Al sthom與GE( U. S. )國際財團提供。GEC-Alsthom為該財團的主事方, GE公司則負責技術工作及有關業務的協調工作。中華電力公司負責工程管理,包括廠址選定、土建、電廠安裝與運行等。
根據當地電力負荷需要,青山電力公司在規範書中要求該廠運行應具靈活性,包括大幅度的兩班制調峰運行的能力,並同時兼顧可靠性與經濟性,由於電廠負荷率較低,供貨方推薦採用有兩種汽壓,不帶再熱的蒸汽循環系統,燃氣輪機相應採用了世界最大燃氣渦輪50 Hz、226. 5 MW、9 FA型機組,共8台,與8台餘熱蒸汽發生器和8台兩壓力雙缸蒸汽輪機,分別組成8個發電單元,每一單元都按單軸布置, 餘熱蒸汽發生器布置在燃氣機排氣端,從而使8台獨立的動力單元可以用統一的輔助設備進行緊湊布置。
廠址概況
新界西端廠址位於一個帶舒緩坡度的海灘上,一邊靠山,一邊臨海,因此需開挖石方220 萬m3 , 回填海岸使抬高5. 7 m, 造地45 hm2。
緊湊的布置給人以儘量減少占地面積的感覺,並為將來有可能擴建到6 000 MW電廠留有餘地。
廠址的北面靠海,在煙囪南面建有機房2座,每座機房安裝4台單軸燃氣- 汽輪機機組,中央控制室照例建在兩座機房之間。配電裝置設在機房南面,出線則越過山崖送往新界。
餘熱回收蒸汽發生器(鍋爐)位於機房北面,露天布置,每台燃氣渦輪對應1台餘熱鍋爐,其煙氣則以4台爐為一組通往鋼質集束煙筒,集束煙筒外面圍以100 m高的混凝土防風外殼。
靠海邊的地帶是布置公用設施系統的地方,如蓄水設施,分餾燃料庫,燃氣系統及水處理系統,公用消防水泵房,補給水等。
廠區道路設定考慮了碼頭來貨後的廠內大件運輸,主要設備從海路到貨並可立即卸裝到拖掛車上,運往安裝位置,而無需其它中間處理,包括重約360 t的燃氣渦輪機組。此外,在廠區南側也設計有進廠公路。
燃氣由設在廠區東北角的天然氣接收站經管道上岸,在該接收站經分叉管分送8台機組以及輔助鍋爐。
分餾燃料貯油罐位於鄰近的卸油碼頭。冷卻水泵房設在廠區西北角,遠離循環水出水口(廠區東北角)的位置,循環水管線儘量避免相互交叉以減少挖方量,並預留了將來擴建時增加新管線的位置。
動力機組的布置
由於每台燃氣機— 蒸汽汽輪機— 發電機布置在同一根軸線上,因而使機房裡4台機及餘熱爐旁可使用統一的輔助設備。發電機安裝在一個標高較高的混凝土基座上,而給水及蒸汽管道則布置在混凝土基礎里。燃氣機進口風道經機房房頂上的過濾器後與壓縮機進口風道相聯,並裝有消聲器。在每1台機組的軸線上方設有1台90 t專用吊車,並附有1個20 t 吊鉤,以保證建設及維修工作中的需要。
每一軸線的附屬設備都布置在機房裡或沿軸線兩側附加的建築里,並裝有小型起重設施。單元機組的控制設備與電氣設備裝在機房發電機旁電氣附屬建築里。餘熱回收爐下面的空間裡安裝給水泵、化學加藥與取樣裝置以及凝結水精處理站等,充分利用了空間。
主機及系統
給水與蒸汽系統: 如熱力系統簡圖所示,凝結水在進入脫氧器前先經過餘熱爐的低壓省煤器,當使用分餾燃料時,需將低壓省煤器旁路以防止在爐內該部件發生腐蝕,當正式供氣管道尚未建成使用之前設計中考慮了凝結水的再循環,使低壓省煤器中的水溫即使煙氣含硫量高達50 μL /L 的H2 S時,仍能達到一個可以接受的高度。脫氧器直接接入低壓集汽鼓內,並保持相對穩定的壓力以便給水泵可有一個穩定的吸入壓頭。
高壓集汽鼓則以滑壓運行,並僅僅在低負荷時,以汽輪機進汽門對其進行壓力控制,給水經過一個可變速的給水泵進入高壓汽鼓,以獲得較好負荷跟蹤特性。
低壓和高壓兩種蒸汽系統都設定了100%容量旁路,該旁路經擴容裝置排入凝汽器。燃氣輪機: 龍鼓灘電廠是東南亞第一家使用機架號9FA的工程,該機為50 Hz、單軸,重載荷的燃氣渦輪,它是按7 FA燃氣渦輪比照得來的。
F技術的燃氣輪機使用的是GE飛機動力公司與GE研究開發中心經過10 a 的開發研製的技術,象先進的葉片冷卻技術,壓縮機空氣動力設計及有關新材料等都經過驗證成功的技術都用在了F技術的渦輪機上,使它們與過去對比可以在較高溫度與出力下運行。
F 技術的機器使用的點火溫度為1 260℃ ,試驗還證明如稍加改進,該類渦輪機可在點火溫度達1 288℃下運行,從而在保證安全條件下,進一步提高了出力與效率。9FA以反向流、18個腔室、乾式、低NOx排放燃燒系統為特點。乾式、低NOx 燃燒是一種單級雙模式燃燒器,既可使用液態燃料也可使用氣態燃料。
燃氣渦輪機的出力由壓縮機側或轉子軸的冷端輸出,驅動發電機,這一特點改善了負載時同心對中度的控制並使軸向排氣由渦輪機側引出。
9FA渦輪機採用兩軸承支撐的轉子,可有很高的轉矩,該轉子有冷卻系統,以維持在合理的溫度範圍,從而確保轉子壽命。冷卻空氣是正向流,它由壓縮機的抽吸作用及徑向向外排出形成,該排氣通道經過渦輪機轉輪與靜止缸之間的空腔。燃氣機第1、2兩級葉片為空冷,第3級則無冷卻。
所有9FA燃氣機外殼都有水平方向的中分面,以方便檢查與檢修,每個燃燒室襯層及過渡部件都可單獨取出更換,腔室鏡鏡孔都開在方便檢視的地方,軸徑及推力軸承拆裝方便,燃氣機及壓縮機外殼不需拆開即可檢修軸承。
9FA 動力機組採用GESpeedtro nicMark 系統控制機組的啟、停及運行。還另有一個與之有聯結的分散控制系統則用以控制蒸汽設備及電廠設備之間的平衡關係。
蒸汽汽輪機: 包括一個單流高壓缸和兩個對接的單流低壓缸,兩種缸都採用轉盤與隔板結構,通體都用低反動度葉片,兩種汽輪機轉子都用單一鍛成體鋼件,並用堅實的整體對輪將相互之間及燃氣渦輪機和發電機聯結。
單流高壓缸包括前6個膨脹級,它們在完全膨脹之前都處在同一外缸中的雙層內缸中,這種結構大大提高了缸體的靈活性及其耐受負荷快速運行變化的能力。
蒸汽由上下兩半個高壓進汽櫃對稱進汽,每個汽櫃室都設有一個截止閥、危急保全閥及一個調整閥,在所有負荷情況下都保持全圓周進汽,蒸汽經設在高壓缸尾部外殼上半部的聯管排出。
單流低壓缸有5級葉片,最末級長度為1 050 mm,其根部直徑為1 680 mm, 低壓缸為單層結構。加工後的外缸也是以中分水平面一分為二,並用螺栓把合,排汽則向下進入懸掛式凝汽器中。
低壓進汽櫃包括一個危急閥和一個調整閥,全都是蝴蝶式閥門,從而控制了由余熱鍋爐到高低壓跨越管道的流量。
發電機: 50 Hz 的發電機額定出力為46 3 00 0 kV A、30 0 0 r / min , 力率(遲相)0. 85,外殼為鋼焊接氣密式結構,以支撐定子繞組與鐵芯,迥轉磁場與氣體冷卻器,並將它們加以密閉。主要冷卻介質用氫氣,氫氣則以裝在轉子兩端的風扇進行循環,定子繞組冷卻用單獨的水冷卻系統。
發電機按連續運行設計,並可在規定的條件下耐受突然短路或突然加負荷。對勵磁電源、氫氣系統及定子冷卻水系統還另有單獨的輔助設備, 及氫、水控制系統。
餘熱回收鍋爐: 由拔伯葛動力公司( Babcock Energ y co )供貨, 按雙壓程、助壓循環設計。高壓部份包括兩級帶噴水減溫調節的過熱器,在用燃氣時可送往蒸汽汽輪機的汽壓為10. 6 M Pa,溫度為536℃。低壓部份出口蒸汽為0. 54 MPa, 287℃。此外還要滿足與其相關脫氧器用汽,燃用分餾燃料油時,低壓省煤器水側經旁路以防止腐蝕,此時低壓蒸發汽量只能滿足脫氧器負荷增加的需要。
由於燃氣聯合循環電廠是負荷跟蹤調整廠,它有帶基荷的能力而又常常是兩班制運行,所以餘熱爐在設計上常採用由頂部吊掛,煙氣管道垂直布置, 進口煙道加強保溫以防散熱與噪聲等措施, 這種布置對於兩班制運行具有多種內在的優越性,特別對壓力部件的選材與安排給予了充分注意。
“ 91級”高強合金鋼已廣泛套用於過熱器出口管道、聯箱及管網中,其斷面厚度可較薄而又有良好的抗疲勞性能,曾做過熱應力與壓應力加速循環實驗,證明在2級過熱器上用於高頻焊接,盤繞式鰭片管完全成功。所有高壓部份都做過詳細的抗疲勞評估,在可能有蠕脹的部位都根據已有蠕脹疲勞相關係數數據進行了測評,並在燃氣聯合循環電廠餘熱鍋爐上就整個運行範圍的動態模擬取得數據,在適當的地方還使用了有限元實體模型分析,保證不因個別部件壽命完了而影響整體壽命。
凝汽器與冷卻水系統: 凝汽器以及所屬冷卻水系統連同排汽冷卻面積都經過真空最佳化的選擇以保證經濟運行。
每台凝汽機組都有專用的單流程,鈦管冷凝器。在冷水進口處裝有雜物過濾器,可自動再循環的小球使管束在運行中清掃,每個凝汽器配1台混流式循環泵,通過專用管子將冷卻水經虹吸回水倉送還大海,循環水迴路中不用任何閥門, 其通水啟用藉助裝在凝汽器水箱上安裝的一個空氣抽吸泵。
冷卻水先到泵房前池再到8台冷卻水泵,經過300 m長的海岸混凝土暗溝分成兩半,各供4台泵機,每台泵都在上游裝有攔污柵及滾筒式過濾網,並有閘板門以便檢修。沿泵房設一電動氯處理站,它可生產次氯酸鈉用以自動加藥防止海水管道被水生物阻塞。
電氣系統
8個單元機組每台機出口都設有斷路器及主變壓器將電壓升到400 kV 送出, 一台廠用變取自23 kV 主機電壓並降到6. 6 kV與415 V 供輔機之用,電流互感器與勵磁變壓器都裝在離相式絕緣母線中。
電廠輔助設備供電經由132 kV的雙系統配以兩台帶有帶負荷調壓裝置的廠用變壓器組成, 每台廠用變各以6. 6 kV配出, 到6. 6 kV 開關櫃, 由此接低壓415 V 廠用變及其開關櫃。每個6. 6 kV系統母線櫃還與柴油發電機緊急備用電源聯接。廠用6. 6 kV 與單元機組6. 6 kV 系統相互聯接還有靈活性,以便事故時互為供電。
控制與儀表
電廠控制是高度自動化的,用一個運行人員在正常情況下, 可控制4 台機組( 1 250 MW) ,這一方便條件是由於採用了將整個廠分類分區進行監控的結果,電廠分成了三個主要控制網路,即將1～4號機和5～8號機各劃為一個“監控水平”區,另加一個電廠公用設備監控區,每台主機組又各有自已獨立的監控網路。
為保證高度可靠性,處理與通訊系統採用了冗餘制,即雙套可以獨立工作的硬體,該系統可以辨識與免於事故影響。
中央控制室設在電廠中心部位,是按人類工程學原理設計成的運行人員工作站,圍繞這一中心布置的有中央控制盤,以與單元機組及Speedtro nic Mark V 相聯繫,後者是用以控制軸系及站內公用設施以使運行人員在集中注意某一機組時,不受其它運行機組的干擾。
一個檔案管理系統與分散控制系統界面相交,從而使運行人員可直接取得高達48 h以上的信息並允許電廠運行情況以其信息處理方式無限量地存放在一個光碟中。
電廠還配備有計算機化裝置,以監控與預置電廠運行條件,包括效率、環保與估計壽命等。還有一套現場模擬裝置,以便運行人員培訓,開發最佳化電廠運行程式,以滿足將來電廠運行要求。
燃料系統
電廠用管道供氣,它是由海南島外的天然氣氣源地以800 km長度用水下管線送來的,在產地將天然氣壓縮到13. 8 M Pa 壓力送到現場, 並留出了廠內最小運行控制壓力—— 在分離、過濾與加熱後仍有3 . 5MPa。
天然氣處理站下游側用分叉管供給8台燃氣機及輔助鍋爐。天然氣還可以分流到青山電廠4台爐中的兩台作為點火燃料。配氣系統曾做過動態模擬,確保了控制正確,促使電廠能在一個廣泛的範圍內,從過渡狀態到穩定運行狀態,都能圓滿成功。貯存在現場的分餾油, 可使電廠全部運行100 h,分餾油可確保電廠在燃料切換時可以隨時點火成功。
環保影響
龍鼓灘電廠在設計上完全可以保證環保條件符合香港對大氣、排水及人身健康、安全等有關法令的要求。
