燃气轮机发电厂的设计程序与常规火力发电厂设计相同，在机组选型、厂址要求、主设备布置、燃料供应系统、燃油处理系统、电气系统、冷却水系统、补给水处理系统及消防系统等方面有其特点。

根据燃气轮机发电厂在电力系统及所在地区所起的作用选择燃气轮机机组的型式，一般分为简单循环燃气轮机电厂和燃气-蒸汽联合循环电厂两类。前者通常用作系统调峰，后者可作为带中间负荷和基本负荷的电厂，也可用于调峰。

燃气-蒸汽联合循环电厂按轴系又可分为单轴布置和多轴布置两种。单轴布置方式为燃气轮机-发电机-汽轮机或燃气轮机-汽轮机-发电机同轴布置，从工艺系统到厂房布置均为单元式，运行操作简单，负荷降低时，可采用逐台停用的办法，保持较高的经济性。机组启动可采用辅助汽源启动同轴汽轮机的方式。多轴布置为不同轴的燃气轮机-发电机组和汽轮机-发电机组分别设置，燃气轮机单独启动和运行，余热锅炉和汽轮机可分期安装、分期发电，运行比较灵活，但投资相对较高。

余热锅炉分为有补燃或无补燃、控制循环或自然循环、立式或卧式等类型。有补燃余热锅炉需配置相应的燃烧和烟风系统，一般用于有供热要求的机组。卧式锅炉采用自然循环，立式锅炉一般采用控制循环，也可通过采取合适的锅筒高度而采用自然循环方式。

余热锅炉和汽轮机可根据燃气轮机的排气温度分为再热式和非再热式，单压式、双压式或三压式。大容量机组多采用三压再热式。汽轮机的凝汽器分为带除氧功能的凝汽器和除氧器另置型凝汽器，可根据机组情况选择。

燃气轮机发电厂厂址的地形、地质、出线和噪声方面的要求，与常规火电厂基本相同。在符合当地城市（镇）总体规划和电力系统规划、水源可靠、地质稳定、交通运输方便、满足环境保护等要求的同时，需根据燃料类型选择确切的位置，落实大件运输条件，避开空气经常受悬浮固体颗粒物严重污染的地段。根据燃气轮机发电厂在电力系统中的地位或是否有供热要求，一般在靠近负荷中心或城市附近地区建厂。

为便于运输和安装，燃气轮机机组的本体设备和系统一般采用模块化设计，布置分为露天布置或屋内布置两种。露天布置时，设备布置在集装箱式的罩壳内，罩壳内有照明、通风和消防设施。各模块之间在留有维护和检修通道后应尽量靠近，以缩短管线和电缆。当厂址环境条件合适时，燃气轮机设备一般露天布置，但在沿海盐雾地区和严寒地区，或其他不适宜露天布置的场合需考虑屋内布置。联合循环的汽轮发电机组本体设备及其系统一般为屋内布置，与常规火电厂相同。当汽轮机为轴向或侧向排气时，汽轮机低位布置，凝汽器布置在汽轮机组的排气端；当汽轮机为垂直向下排气时，汽轮机高位布置，凝汽器布置在汽轮机组下方的框架内。

余热锅炉的布置，可以根据厂址环境条件不同采用屋内或露天式。当采用露天布置时，其辅机系统模块应能满足露天运行的要求。

烟囱根据机组的循环方式、余热锅炉型式及布置方式等因素设置，高度满足烟气排放的环保要求。简单循环机组的烟囱通常每台机组设置一座。联合循环机组的旁路烟囱与切换挡板的设置根据运行方式和经济论证确定，对大容量联合循环发电机组可不设旁路烟囱。采用立式余热锅炉时，可采用钢烟囱并设在锅炉顶部；采用卧式余热锅炉时，可一炉一座烟囱或几炉合用一座独立集束烟囱。

图1 燃气轮机发电厂总平面布置简图

燃气轮机发电厂的燃料有液体燃料、气体燃料和液化天然气等。

①液体燃料有原油、轻油或重油等燃油。燃油的供应系统与常规火电厂基本相同，其运输、卸载、储存和厂内供油见液体燃料储运系统。

②气体燃料有天然气、工业煤气或石油气等。气体燃料的供应系统采用管道输送方式进厂时，其运输、储存和供气系统见气体燃料储运系统。

③液化天然气（LNG）需要特殊的储运条件，经汽化后供燃气轮机燃用，其运输、储存和供气系统见气体燃料储运系统。

燃气轮机发电厂的燃油为原油、轻油或重油，一般含有钒、钠、钾、钙、铝、硫等杂质（微量金属），是造成燃气轮机叶片积垢和腐蚀的主要原因。杂质（微量金属）对燃气轮机的影响见表。当使用含有较多杂质的燃油时必须预先处理。

燃气轮机叶片在高温下的腐蚀有高温硫化腐蚀和钒腐蚀两种。硫化腐蚀是由硫酸盐（钠、钾盐）引起的，需要限制燃油中的钠、钾含量，防止硫化腐蚀和沉积物的产生。燃油中的钠、钾盐可采用水洗法清除。但钒化合物不溶于水，一般在燃油进入燃气轮机前加入镁添加剂抑制钒腐蚀，当镁钒比达到3～3.5时，即可获得较好的防腐效果。

图2 三级油处理系统原理图

燃油水洗除钠、钾时，燃油先在油箱中预热，然后向燃油注入5%～10%的除盐水，在混合器中混合，使油、水充分接触，油中盐分充分溶解在水中。在油水混合物中加0.02%破乳剂，以破除油包水的乳化膜，使油、水容易分离，然后送入分离器中将水分离，分离后的油送入净油箱。燃油采用三级或两级处理（图2、图3），视杂质含量、油的比重与黏度而定。当燃油中钠、钾含量不超过150毫克/升时，通常采用三级静电分离；当燃油中钠＋钾含量不超过100毫克/升时，可考虑采用两级静电分离。处理后的燃油中钠＋钾含量需低于1毫克/升。

图3 两级油处理系统原理图

混合器有两种型式：一种为混合罐，由桨叶在罐内搅拌混合，混合器的体积较大；另一种为射流式混合器，使油、水通过一高速喷嘴的喷射混合，体积较小。

分离器有离心分离器和静电分离器两种。离心分离器是利用油、水的密度不同靠离心力使油水分离，只适用于比重小于0.92～0.96的燃油。否则需要加入硫酸镁，以增大油、水的密度差。离心分离器还能有效地除去燃油中的脏物（即无机颗粒），可随排水排出，有利于减少下游燃油过滤系统的负担。静电分离器利用液滴通过高压电场带上一定的电荷，带有不同电荷的液滴在相互吸引和碰撞后聚合为较大的水滴，沉淀后从罐底排出，而净油则由上部出油口排出（图4）。

图4 静电分离器

燃气轮机发电厂常用于调峰，因此启停频繁，一般每天启停1～2次，全厂停机的情况也经常发生，在电气系统设计时需要考虑这些因素。与常规火电厂比较，燃气轮机发电厂电气系统设计有下列特点：

①电气主接线。燃气轮机发电机组和汽轮发电机组一般采用发电机-变压器组单元制接线接入系统。其高压侧断路器选择适合于频繁操作的无油型断路器。当燃气轮机机组用于调峰时，可通过技术经济论证，确定是否装设发电机出口断路器。不用于调峰的燃气轮机机组发电机出口断路器的设置原则同常规火力发电厂。

②厂用电系统。简单循环燃气轮机机组和联合循环机组的厂用电源一般由燃气轮机发电机出口支接的高压厂用变压器提供，汽轮发电机出口可不支接厂用变压器，其厂用负荷可接入燃气轮机机组的高压厂用母线。燃气轮机电厂设置由系统供电的公用变压器，以便在所有机组停用时向全厂仍在运行的负荷供电，同时可兼做机组的启动/备用电源。

③直流电源。一般成套配置蓄电池组，以供给机组自身的直流用电，如事故润滑油泵、密封油泵、事故照明（模块内）、不间断电源（UPS）系统和控制操作用电等。电厂升压站的控制操作直流电源及联合循环机组的分散控制系统所需的UPS系统电源的设置同常规火力发电厂。

④机组自身的低压电动机控制中心柜及直流柜等，一般成套供应，设置在机组的电气控制模块内。机组的高、低压厂用变压器，高压开关柜及低压动力中心柜则需另行布置，一般可设在集控楼内。

与常规火力发电厂相似，也分直流供水系统和循环供水系统两类。循环供水系统通常采用自然通风冷却塔，当联合循环燃气轮机机组用于调峰、处于高温高湿地区或在其他特殊情况下，可采用机械通风冷却塔，严重缺水地区可采用空冷系统。因燃气轮机机组无凝汽器冷却水，所以需要的冷却水量比常规火电厂的少得多。

联合循环电厂冷却水系统的主要用水点有：燃气轮压气机冷却水、压气机润滑油冷却水、燃气轮机润滑油冷却水、燃气轮机支撑板冷却水、汽轮机润滑油的冷却水、汽轮机凝汽器冷却水、真空泵冷却水、余热锅炉给水泵冷却水、发电机气体冷却器冷却水等。

燃气轮机发电厂通常采用“一级除盐＋混床”的补给水处理系统，补给水的主要水质标准为：电导率小于0.2微西门子/厘米（25℃），SiO₂含量小于0.02毫克/升。系统容量除满足机组正常水汽损失（包括排污损失）或供汽、供热所需的除盐水外，还应考虑：①为满足环保排放要求，降低燃气轮机排气中NO_x的排放量而向运行燃气轮机的燃烧室喷入的除盐水或回注的蒸汽。②为确保燃气轮机安全运行，降低燃油中Na^＋和K^＋的含量至1毫克/升以下而对燃油进行处理所需的洗涤水。③为清除燃气轮机压气机部件上沉积的干性杂质和燃气透平的积垢，对在线或离线的燃气轮机进行水冲洗所需含Na^＋和K^＋小于25毫克/升的除盐水。以上用水的水质除冲洗水外，均需达到锅炉补给除盐水的水质要求。由于冲洗水不经常使用，耗量较少，其水量可计入补给水的总水量中。

以一组总容量为300兆瓦的联合循环机组为例。2台100兆瓦燃气轮机总燃油量为50～60吨/小时；为降低燃气轮机排气中NO_x而向2台运行燃气轮机的燃烧室内喷入除盐水量约为50吨/小时，与总燃油量相当；1台余热锅炉的补给水量约为12吨/小时；2台100兆瓦燃气轮机燃油处理所需洗涤用的除盐水量约为10吨/小时；对燃气轮机的在线或离线水冲洗一般1～2个星期清洗1次，1台燃气轮机冲洗1次耗水量约为20立方米，最适宜的水温为65～82℃。

燃气轮机发电机组由若干模块式仓室组成。机组运行时仓室内温度很高，一旦有油气或润滑油泄漏，极易发生火灾。因此与燃气轮机布置在一起的电气设施须为防爆型，且配置一套完善的消防设施。随机供应的消防设施一般采用全淹没式CO₂灭火系统。仓室内一旦发生火灾，自动探测报警控制系统联动后立即释放CO₂气体，同时关闭仓室的通风口，使仓室内氧气含量从大气的正常含量21%降至低于12%，不足以维持燃油或润滑油的燃烧，从而达到灭火的目的。CO₂灭火设计浓度为58%，且维持足够的抑制时间。

燃油储罐区或燃气调压站区域，还必须按消防规定设置专门消防设施，使全厂组成一个有效的消防系统。在辅机间、汽轮机间及发电机间等处设置一定数量的火灾探测器，当探测到温度达316℃时就发出火灾信号。