撰文/花俊豐

■578201 中海海南發(fā)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(yōu)化設(shè)計

撰文/花俊豐

■578201 中海海南發(fā)電有限公司 海南 儋州

由于該廠機組運行工況發(fā)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(shù)值模擬，線性擬合等分析手段，計算分析給出最新經(jīng)濟周期，以適應(yīng)機組最新運行狀況，同時達到節(jié)能降耗的目的。關(guān)鍵詞：燃氣輪機；聯(lián)合循環(huán)；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(lián)合效率的影響程度S（）數(shù)學(xué)模型［1］

1.1燃氣輪機（以下簡稱燃機）循環(huán)的數(shù)學(xué)建模

①燃氣輪機循環(huán)的能量平衡方程

如圖1所示，以燃機為熱力系統(tǒng)研究對象，根據(jù)：

系統(tǒng)輸入能量=系統(tǒng)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(fā)熱量；hf為燃氣的物理焓，此處燃氣無加熱，為燃氣輪機內(nèi)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(cè)是進入所劃定的燃氣輪機邊界的能量，右側(cè)是從所劃定的額

邊界出來的能量，在穩(wěn)定的特定熱力系統(tǒng)邊界而言，左側(cè)與右側(cè)相等。此式即為燃氣輪機循環(huán)的能量平衡方程。

②燃機相關(guān)效率的數(shù)學(xué)建模

其中，ηM.gt為燃機的機械效率；

燃機發(fā)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(dǎo)可有關(guān)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(tǒng)基礎(chǔ)上存在的能量平衡方程。

1.3汽輪機循環(huán)的數(shù)學(xué)建模

汽機的能量平衡方程：

式中，Wst為蒸汽輪機的循環(huán)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(huán)效率：

1.4燃—汽聯(lián)合循環(huán)各效率的數(shù)學(xué)建模

聯(lián)合循環(huán)的循環(huán)內(nèi)效率：

此式即為聯(lián)合循環(huán)的循環(huán)內(nèi)效率，其中ηMG·gt=ηM·gt·ηG.gt，ηMG

進一步可推導(dǎo)出聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率

聯(lián)合循環(huán)的供電效率：

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

1.5影響系數(shù)S（ηeqgr）數(shù)學(xué)模型

采用系數(shù)法進行分析

按各參數(shù)相對變化量的形式變換并求偏導(dǎo)數(shù)

此式中各參數(shù)相對變化量Δ—х前各式記為，變化為

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

1.5-3

即燃氣輪機發(fā)電效率每降低1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率降低0.4601%

注：參數(shù)取值以現(xiàn)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(shù)學(xué)模型

按上述分析法分析有如下各數(shù)學(xué)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(shù)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(shù)取值以現(xiàn)場為準。

壓氣機效率對燃—汽聯(lián)合循環(huán)效率的影響系數(shù)

即燃機壓氣機效率每下降1%，聯(lián)合循環(huán)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(jīng)驗，選取滿負荷附近的壓氣機效率進行分析，帶入數(shù)據(jù)可得｛ηc｝為｛ηc｝=｛η1，η2，…ηk｝

所對應(yīng)運行天數(shù)為｛tk｝，其中｛tk｝=｛t1，t2，…tk｝

對于上述兩組數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合得出ηc與燃機運行時間t的關(guān)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(tài)，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(yīng)滿足以下條件：

壓氣機因壓氣機效率下降導(dǎo)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(wǎng)電價

根據(jù)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(yù)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(yù)定為t=600小時，可每年節(jié)約成本12萬余元，節(jié)水20余噸，同時亦可保證機組安全穩(wěn)定的運行。同時，對于壓氣機水洗周期的確定計算，應(yīng)隔三至五年進行重新計算，已確定最佳水洗時間。

總結(jié)

經(jīng)上述一系列數(shù)析方法分析后，可以給出現(xiàn)階段運行方式下最合適的壓氣機水洗周期，同時達到節(jié)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(shù)學(xué)方法，對于各個燃氣電廠或其他存在壓氣機裝置的設(shè)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(lián)合循環(huán)電站熱力性能分析理論與計算［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

圖1 洋浦電廠常規(guī)非補燃余熱鍋爐型燃氣___蒸汽聯(lián)合循環(huán)典型系統(tǒng)

C___壓氣機；CC___燃燒室；CWP___凝結(jié)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(xué)碩士學(xué)位，從事燃機運行，技術(shù)管理工作。