洋浦電廠壓氣機水洗周期優化設計

撰文/花俊豐

■578201 中海海南發電有限公司 海南 儋州

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洋浦電廠壓氣機水洗周期優化設計

撰文/花俊豐

■578201 中海海南發電有限公司 海南 儋州

由于該廠機組運行工況發生改變，運行時間大幅縮短，故需對原有壓氣機水洗周期進行重新評估，本文采用數值模擬，線性擬合等分析手段，計算分析給出最新經濟周期，以適應機組最新運行狀況，同時達到節能降耗的目的。關鍵詞：燃氣輪機；聯合循環；焦樹建分析法；線性擬合

焦樹建分析法建立該廠燃機效率對燃—汽聯合效率的影響程度S（）數學模型［1］

1.1燃氣輪機（以下簡稱燃機）循環的數學建模

①燃氣輪機循環的能量平衡方程

如圖1所示，以燃機為熱力系統研究對象，根據：

系統輸入能量=系統輸出能量

式中，Qa1為進入壓氣機的空氣攜帶的能量；Qg為燃氣低位發熱量；hf為燃氣的物理焓，此處燃氣無加熱，為燃氣輪機內功率；Q為c燃氣輪機排入余熱鍋爐的燃氣所攜帶的額能量；ηr為燃燒效率；相對于供入燃氣輪機的1Kg/s的燃氣而言，式中各單位均為kW。為方便計算，以下各式單位均一樣。

對于此方程而言，左側是進入所劃定的燃氣輪機邊界的能量，右側是從所劃定的額

邊界出來的能量，在穩定的特定熱力系統邊界而言，左側與右側相等。此式即為燃氣輪機循環的能量平衡方程。

②燃機相關效率的數學建模

其中，ηM.gt為燃機的機械效率；

燃機發電功率：

其中，ηG.gt為燃氣輪機的機械效率；

燃機供電效率：

其中egt為燃機廠用電率；

由1.1-1和1.1-2進一步推導可有關系式

1.2余熱鍋爐的能量平衡方程式

式中，Qw為進入余熱鍋爐的給水所攜帶的能量；Qst1為高壓蒸汽攜帶的能量，Qst2為低壓蒸汽攜帶的能量；Qa2為余熱鍋爐排煙攜帶的能量。

對于此方程，是建立在劃定HRSG熱力系統基礎上存在的能量平衡方程。

1.3汽輪機循環的數學建模

汽機的能量平衡方程：

式中，Wst為蒸汽輪機的循環功率；Qa3為汽輪機排汽在凝汽器中放給冷源的熱量。

汽機的循環效率：

1.4燃—汽聯合循環各效率的數學建模

聯合循環的循環內效率：

此式即為聯合循環的循環內效率，其中ηMG·gt=ηM·gt·ηG.gt，ηMG

進一步可推導出聯合循環的發電效率

聯合循環的供電效率：

e是聯合循環的廠用電率。焦樹建分析法可單獨對所選設備（壓氣機）的熱力性能參數使用該分析法進行評估［1］。

1.5影響系數S（ηeqgr）數學模型

采用系數法進行分析

按各參數相對變化量的形式變換并求偏導數

此式中各參數相對變化量Δ—х前各式記為，變化為

此時，假定每個參數變化量都是1%，那么那一個參數的影響系數的值大，這個參數對循環效率的影響程度就越大，得出下式

1.5-3

即燃氣輪機發電效率每降低1%，聯合循環供電效率降低0.4601%

注：參數取值以現場為準，其中ηh以近似式ηh=計算，ηeqgt不考慮流阻損失。

焦樹建分析法建立壓氣機效率對燃機效率的影響程度S（ηc）數學模型

按上述分析法分析有如下各數學模型：

其中，ηc為壓氣機效率；ηt為透平效率；ηCC為燃燒室燃燒效率；ξ為壓氣機流阻損失；，其中

分析法得出：

S（ηc）=

實際取個參數值計算得：S（ηc）=0.81，即壓氣機效率每變化1%，燃機效率變化0.81%。

注：參數取值以現場為準。

壓氣機效率對燃—汽聯合循環效率的影響系數

即燃機壓氣機效率每下降1%，聯合循環效率下降0.37%。

壓氣機效率的線性擬合

壓氣機效率采用以下公式進行計算：

由于在不同負荷下，壓氣機效率差別很大，借鑒以往經驗，選取滿負荷附近的壓氣機效率進行分析，帶入數據可得｛ηc｝為｛ηc｝=｛η1，η2，…ηk｝

所對應運行天數為｛tk｝，其中｛tk｝=｛t1，t2，…tk｝

對于上述兩組數據進行最小二乘法擬合得出ηc與燃機運行時間t的關系ηc=kt+b

擬合曲線如表2所示。

注：由于實際取值時燃機有較長時間處于非滿負荷運行狀態，所以曲線看起來比較離散。

壓氣機水系時間點評估

最佳水洗時間點應滿足以下條件：

壓氣機因壓氣機效率下降導致的累計損失=壓氣機水洗總成本

圖2　部分燃機負荷效率線性擬合曲線圖

其中累計損失為=∑ΔP×上網電價

根據以上分析，有ΔP=0.7969ΔηcP

壓氣機水洗總成本=水洗耗電（忽略不計）+洗滌劑成本+天然氣消耗量

最后算知最佳水洗時間預估點為t=672小時，考慮該廠實際機組屬于高齡機組，建議將水洗時間預定為t=600小時，可每年節約成本12萬余元，節水20余噸，同時亦可保證機組安全穩定的運行。同時，對于壓氣機水洗周期的確定計算，應隔三至五年進行重新計算，已確定最佳水洗時間。

總結

經上述一系列數析方法分析后，可以給出現階段運行方式下最合適的壓氣機水洗周期，同時達到節能降耗的目的；

上述分析法方法為目前較為容易理解的一種數學方法，對于各個燃氣電廠或其他存在壓氣機裝置的設備理論計算具有實際的借鑒意義。

參考：

［1］段秋生.燃氣—蒸汽聯合循環電站熱力性能分析理論與計算［M］.北京：清華大學出版社，2010.

圖1 洋浦電廠常規非補燃余熱鍋爐型燃氣___蒸汽聯合循環典型系統

C___壓氣機；CC___燃燒室；CWP___凝結水泵；HWP___高壓給水泵；LWP___抵

押給水泵T___透平；HRSGT___余熱鍋爐；ST—汽輪機

花俊豐（1987—），男，海南人，工學碩士學位，從事燃機運行，技術管理工作。