基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2314的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能試驗(yàn)研究

何冬輝

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

隨著高效率、高比功大型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)和余熱鍋爐組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有投資少、變工況運(yùn)行靈活可靠、降低燃燒污染環(huán)境、深度調(diào)峰性能好等優(yōu)勢(shì)，逐漸在我國(guó)電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1]。針對(duì)新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，為了準(zhǔn)確考核機(jī)組在合同規(guī)定的條件下，各種工況下機(jī)組的輸出功率和熱效率是否滿足合同規(guī)定下各種工況的性能保證值，需對(duì)機(jī)組進(jìn)行整體性能考核試驗(yàn)。同時(shí)，在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行調(diào)整存在的一些技術(shù)及設(shè)備質(zhì)量問題，為今后系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備檢修提供技術(shù)參考。

ISO2314:1989/AMD1是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)表的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站熱力性能試驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[2]，該標(biāo)準(zhǔn)提供整套試驗(yàn)方法來確定聯(lián)合循環(huán)機(jī)組試驗(yàn)工況下修正到約定條件下的整體機(jī)組修正輸出中功率、修正熱耗率，已廣泛用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)[3]。因此，本文用ISO2314:1989/AMD1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)，重點(diǎn)闡述試驗(yàn)方法及過程、參數(shù)測(cè)量方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及結(jié)果修正等方面，提出了性能試驗(yàn)過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，為大型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能驗(yàn)收工作提供參考。

1 機(jī)組及設(shè)備概況

本聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱力系統(tǒng)和循環(huán)參數(shù)為典型MPCP1(M701F)型發(fā)電機(jī)組。機(jī)組由1臺(tái)M701F型燃用天然氣的大型燃?xì)廨啓C(jī)，配以1臺(tái)三壓、再熱、無補(bǔ)燃、立式、自然循環(huán)余熱鍋爐，1臺(tái)三壓、再熱、雙缸向下排汽的蒸汽輪機(jī)，1臺(tái)全氫冷、靜態(tài)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)。1臺(tái)發(fā)電機(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)。M701F為具有環(huán)管型燃燒室的單軸燃?xì)廨啓C(jī)，ISO環(huán)境下基本負(fù)荷功率為270 MW，簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率為38.2%，燃?xì)獬鯗貫?350 ℃，壓氣機(jī)增壓比為17.0，空氣流量為651.5 kg/s，排氣溫度為586 ℃。在約定運(yùn)行條件下，MPCP1(M701F)型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組凈輸出功率為406.83 MW，凈熱耗率為6277 kJ/kWh，循環(huán)熱效率為57.4%。

2 試驗(yàn)?zāi)康募皹?biāo)準(zhǔn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通常燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)一般在機(jī)組完成滿負(fù)荷試運(yùn)移交試生產(chǎn)后進(jìn)行。當(dāng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的各個(gè)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行一定時(shí)間后，對(duì)機(jī)組各有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和記錄，然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和結(jié)果修正，得出在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)條件下機(jī)組的輸出功率和熱耗率[4]，掌握該機(jī)組的整體熱力性能。同時(shí)與合同性能保證條件下的熱力性能值進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)機(jī)組及設(shè)備是否滿足熱力性能要求，為今后機(jī)組的運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

在機(jī)組設(shè)計(jì)安裝階段，其性能試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方案應(yīng)由建設(shè)、調(diào)試、制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等單位商定，具體包括試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)結(jié)果有效性判據(jù)、計(jì)算結(jié)果修正方法等。該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能試驗(yàn)汽輪機(jī)為IEC-46國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，余熱鍋爐為ASME PTC4.4國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，燃?xì)廨啓C(jī)為ISO2314:1989/AMD1。

3 試驗(yàn)方法及過程

3.1 試驗(yàn)條件

a.系統(tǒng)隔離。試驗(yàn)前應(yīng)確立試驗(yàn)邊界，確保試驗(yàn)系統(tǒng)為獨(dú)立的熱力循環(huán)系統(tǒng)，要求同設(shè)備廠家提供的熱平衡圖熱力循環(huán)完全一致。任何滿足實(shí)際運(yùn)行需要而增設(shè)的歧路系統(tǒng)及與原設(shè)計(jì)不同的進(jìn)出被考核系統(tǒng)的質(zhì)量、能量流都必須隔離。在從試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)開始，至試驗(yàn)結(jié)束這段時(shí)間，外來流量必須隔離，以保證試驗(yàn)系統(tǒng)的汽水平衡。試驗(yàn)時(shí)燃用規(guī)定的天然氣。系統(tǒng)補(bǔ)給水率為零，試驗(yàn)期間鍋爐不排污。

b.調(diào)整運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定。試驗(yàn)過程中，各主要運(yùn)行參數(shù)應(yīng)調(diào)整到額定值，并維持穩(wěn)定。各參數(shù)滿足表1所述則認(rèn)為系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。

表1 性能試驗(yàn)參數(shù)允許偏差

3.2 試驗(yàn)過程

3.2.1 預(yù)備性試驗(yàn)

在驗(yàn)收試驗(yàn)前，按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求做預(yù)備性試驗(yàn)，以達(dá)到檢驗(yàn)各試驗(yàn)儀表、機(jī)組控制系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作是否正常，及確定聯(lián)合循環(huán)電廠是否具備進(jìn)行正式試驗(yàn)條件的目的。

3.2.2 正式試驗(yàn)

如果預(yù)備性試驗(yàn)結(jié)果符合試驗(yàn)法規(guī)要求，才能開始正式性能試驗(yàn)，正式性能試驗(yàn)程序如下。

a.檢查各測(cè)點(diǎn)、儀表安裝是否正確，狀態(tài)是否完好，儀表精度是否符合試驗(yàn)大綱規(guī)定要求。

b.調(diào)整穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)。在開始正式性能試驗(yàn)之前，按要求保持機(jī)組在額定負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行大約1 h，系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)盡量達(dá)到約定條件下參數(shù)值。在MHPS判定機(jī)組設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)條件時(shí)，大約15 min后開始進(jìn)行性能試驗(yàn)。

c.開始采集、記錄各測(cè)量參數(shù)。臨時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)需設(shè)置好采樣時(shí)間，要求每隔30 s采集1次測(cè)量數(shù)據(jù)，人工測(cè)量需每隔10 min進(jìn)行1次。燃?xì)獠蓸有柙谠谠囼?yàn)開始和結(jié)束時(shí)分別采樣1次。性能試驗(yàn)要求持續(xù)時(shí)間為1 h。

d.結(jié)束測(cè)量，檢查記錄數(shù)據(jù)，確認(rèn)記錄有效，結(jié)束試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果修正

4.1 修正計(jì)算方法

由于實(shí)際試驗(yàn)工況與性能保證工況存在偏差，其試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)當(dāng)修正到性能保證工況。三菱公司對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)時(shí)按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2314的乘法修正方法進(jìn)行的。只是由于三菱公司給出的修正曲線形式要求，機(jī)組的修正性能為試驗(yàn)測(cè)量性能除以修正系數(shù)。由機(jī)組性能試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，經(jīng)計(jì)算獲得試驗(yàn)條件下聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的輸出總功率和總熱耗率，根據(jù)制造廠家提供的修正曲線資料，其約定運(yùn)行條件下的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的修正性能計(jì)算方法如下：

Ptest/(KP1KP2KP3KP4KP5KP6KP7KP8KP9KP10

(1)

式中：Pcorr為聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在約定運(yùn)行條件下的修正輸出總功率，kW；Ptest為試驗(yàn)工況時(shí)測(cè)量的聯(lián)合循環(huán)總輸出功率，kW；KP1為壓氣機(jī)進(jìn)口大氣溫度對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP2為壓氣機(jī)大氣壓力對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP3為壓氣機(jī)進(jìn)口大氣相對(duì)濕度對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP4為燃?xì)廨啓C(jī)燃料低位熱值對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP5為蒸汽輪機(jī)背壓對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP6為當(dāng)量老化小時(shí)數(shù)對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP7為電網(wǎng)頻率對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP8為發(fā)動(dòng)機(jī)功率因數(shù)對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP9為氫冷發(fā)電機(jī)冷卻氫氣對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)；KP10為機(jī)組補(bǔ)水率和溫度對(duì)輸出總功率的修正系數(shù)。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組功率和效率的修正同熱耗率。對(duì)于該機(jī)組，修正項(xiàng)目見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果修正參數(shù)

4.2 修正計(jì)算步序

a.試驗(yàn)條件下，聯(lián)合循環(huán)總輸出功率計(jì)算PTGPO(t)=GTPO(m)-EPC(m)，見表3。

表3 試驗(yàn)條件下聯(lián)合循環(huán)輸出總功率計(jì)算表 kW

b.基準(zhǔn)工況下，聯(lián)合循環(huán)總輸出功率計(jì)算PTGPO(c)=PTGPO(t)/(KP1KP2KP3KP4KP5KP6KP7KP8KP9KP10)，見表4。

表4 基準(zhǔn)工況下聯(lián)合循環(huán)總輸出功率計(jì)算表

c.試驗(yàn)條件下，聯(lián)合循環(huán)燃機(jī)總熱耗率計(jì)算PTGHR(t)= (Mf(t)×LHV(t)+Mf(t)×HF(t)+QW(t))/PTGPO(t)，見表5。

表5 計(jì)算試驗(yàn)條件下聯(lián)合循環(huán)熱耗率

d.基準(zhǔn)工況下，聯(lián)合循環(huán)燃機(jī)熱耗率計(jì)算PTGHR(c)=PTGHR(t)/(CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8CH9CH10)，見表6。

表6 計(jì)算基準(zhǔn)工況下聯(lián)合循環(huán)熱耗率

在100%負(fù)荷性能保證工況下，該機(jī)組修正至約定運(yùn)行條件下的凈輸出功率為377 053 kW，高于保證值。同時(shí)，凈熱耗率修正至約定運(yùn)行條件下為6353.2 kJ/kWh，低于保證值，均達(dá)到了合同保證值要求。

5 結(jié)束語

綜上聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)過程和計(jì)算結(jié)果修正算法，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)邊界劃分、準(zhǔn)確采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)、合理使用修正曲線的情況下，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2314進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)，具有試驗(yàn)簡(jiǎn)捷、計(jì)算流程明確清晰、結(jié)論準(zhǔn)確的特點(diǎn)。基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2314進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)時(shí)，劃分邊界、測(cè)點(diǎn)布置、系統(tǒng)隔離等對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大。因此，試驗(yàn)前應(yīng)熟悉標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)流程，安全有序的開展聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)工作，確保性能考核試驗(yàn)一次性順利通過。