徐世斌 黃 偉

（中國電建集團湖北工程有限公司，湖北武漢430040）

0 引言

大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組與傳統(tǒng)火力發(fā)電機組相比，具有建設(shè)周期短、發(fā)電效率高、調(diào)峰性能好、運行可靠性高的特點，近年來發(fā)展十分迅速。但在建設(shè)過程中，汽機島設(shè)備制造周期長，施工相對復(fù)雜，使得機組聯(lián)合循環(huán)投產(chǎn)滯后于燃機單循環(huán)投產(chǎn)數(shù)月，尤其是在海外大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目建設(shè)中，不確定因素增多，機組聯(lián)合循環(huán)投產(chǎn)滯后燃機單循環(huán)的時間更長，達到半年甚至更久。若燃機單循環(huán)調(diào)試完成后即投入商業(yè)運行，待汽機島調(diào)試完成后再投聯(lián)合循環(huán)，即分機島投產(chǎn)，則聯(lián)合循環(huán)投產(chǎn)前，燃機單循環(huán)發(fā)電將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，特別是對于貸款融資類項目，將大幅緩解甲方的資金壓力。但分機島投產(chǎn)也存在一定的局限性，即聯(lián)合循環(huán)性能試驗時，燃機因老化而性能下降，導(dǎo)致聯(lián)合循環(huán)性能降低，試驗結(jié)果極有可能達不到合同要求，面臨被索賠的風(fēng)險。因此，研究大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組分機島投產(chǎn)熱力性能分析方法具有重要的現(xiàn)實意義。

1 聯(lián)合循環(huán)機組整體熱力性能分析

1.1 純凝工況聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組出力和熱耗率

（1）實測發(fā)電機毛出力：

式中：Pgross為扣除勵磁后的聯(lián)合循環(huán)輸出功率；Pgross′為發(fā)電機端測量出的發(fā)電機輸出功率；PL，Exc′為發(fā)電機勵磁功率。

（2）聯(lián)合循環(huán)機組熱耗率：

式中：mf為天然氣流量；LHV為天然氣低位放熱量；Pgross為機組毛出力。

1.2 聯(lián)合循環(huán)出力和熱耗率的修正

在機組進性能試驗中，由于試驗條件不可能完全符合性能保證工況，在試驗結(jié)果與保證值比較前，需按制造廠提供的修正曲線進行修正。修正項目包括：大氣壓、進氣溫度、進氣濕度、燃料低位熱值和碳氫比、燃料溫度、功率因數(shù)、壓氣機進氣壓損、透平轉(zhuǎn)速、冷卻水入口溫度、流量、汽水損失、老化修正等。

（1）聯(lián)合循環(huán)輸入總熱量：

式中：LHVFuel為燃料低位發(fā)熱量；mFuel，meas為燃料流量。

（2）修正至性能保證工況的聯(lián)合循環(huán)機組輸出功率：

式中：Δ2、Δ9、Δ10分別為功率因數(shù)、循環(huán)水溫度、泄漏量對功率的加法修正系數(shù)；α1～α7分別為大氣溫度、大氣壓力、相對濕度、壓氣機進氣壓損、燃料溫度、燃料低位發(fā)熱量和碳氫比、轉(zhuǎn)速對功率的乘法修正系數(shù)；KP，deg為機組老化對功率的乘法修正系數(shù)。

（3）修正至性能保證工況的聯(lián)合循環(huán)機組熱耗率：

式中：f1～f7分別為大氣溫度、大氣壓力、相對濕度、壓氣機進氣壓損、燃料溫度、燃料低位發(fā)熱量和碳氫比以及轉(zhuǎn)速對熱耗率的乘法修正系數(shù)；KHR，deg為機組老化對熱耗率的修正系數(shù)。

2 分機島投產(chǎn)的聯(lián)合循環(huán)機組熱力性能分析

分機島投產(chǎn)的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，聯(lián)合循環(huán)投產(chǎn)時，燃機島已單循環(huán)運行數(shù)月，為了驗證聯(lián)合循環(huán)機組在“新”“凈”狀態(tài)下的性能，性能試驗需分階段進行。

第1階段試驗是在燃氣輪機單循環(huán)試運行結(jié)束后，按照《燃氣輪機性能試驗標(biāo)準(zhǔn)》（ASME PTC 22）進行燃氣輪機性能試驗，并按照制造廠提供的燃機修正曲線，將燃機出力修正到性能保證工況出力；第2階段試驗是在聯(lián)合循環(huán)試運行結(jié)束后，按照《聯(lián)合循環(huán)汽輪機性能試驗規(guī)程》（ASME PTC 6.2）進行汽輪機性能試驗，并按照制造廠提供的汽機側(cè)修正曲線，將汽機出力修正到性能保證工況對應(yīng)的出力。兩個階段試驗完成后，對數(shù)據(jù)進行綜合修正，得出聯(lián)合循環(huán)新機的性能。

在進行第2階段試驗時，燃機單循環(huán)已運行數(shù)月，存在老化現(xiàn)象，輸入熱量、出力、排氣流量和排氣溫度均較“新”“凈”狀態(tài)有不同程度的降低，進而導(dǎo)致在進行聯(lián)合循環(huán)性能試驗時，汽輪機出力降低。為了驗證機組在“新”“凈”狀態(tài)下的性能，有必要在第2階段聯(lián)合循環(huán)試驗開始前進行單循環(huán)試驗，確定燃機的輸入熱量、出力、排氣流量和排氣溫度相對第1階段試驗數(shù)據(jù)的老化程度，得到相應(yīng)的老化系數(shù)Ch、Co、Cf、Ct，進而利用該老化系數(shù)將聯(lián)合循環(huán)的出力、熱耗修正到“新”“凈”狀態(tài)。其中Ch、Co、Cf、Ct的計算方法參照ASME PTC 46 5-5.3要求。

修正后的聯(lián)合循環(huán)出力：Pcorr=（Pmeas，GT×Co+Pmeas，ST×Cf×修正后的聯(lián)合循環(huán)輸入熱量：Qcorr=Qmeas，GT×Gh。修正后的聯(lián)合循環(huán)熱耗率

3 性能試驗中的重要參數(shù)及其對聯(lián)合循環(huán)機組性能的影響

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組性能試驗按照ASME PTC 46和ASME PTC 22標(biāo)準(zhǔn)，在燃機基本負荷進行開始前需對壓氣機進行離線水洗，以減少污垢對機組熱力性能的影響。同時，為了與設(shè)計工況接近，需對系統(tǒng)進行必要的隔離，如鍋爐停止排污，關(guān)閉所有的放水、放氣閥門等。除上述基本措施外，試驗參數(shù)測量的精度對試驗結(jié)果也會產(chǎn)生影響。理論分析和試驗結(jié)果表明，壓氣機進氣溫度、大氣溫度、天然氣流量、汽水損失等參數(shù)對試驗結(jié)果有重大影響，提高其測量精度對保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。

3.1 壓氣機進氣溫度

壓氣機進氣溫度是指壓氣機進口法蘭處的空氣溫度，通常采用熱電阻進行測量。壓氣機進氣溫度對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組出力的影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度偏離設(shè)計溫度時，溫度每變化1 ℃，對聯(lián)合循環(huán)機組出力的修正量約為0.5%。為了提高壓氣機進口溫度的測量精度，測點應(yīng)布置在溫差較小的位置，如壓氣機進口通道內(nèi)，盡量避免離熱力管道和地面較近的位置，因熱力管道對附近的空氣有加熱作用，而地面氣流運動會影響溫度場的穩(wěn)定性。

3.2 大氣壓力

大氣壓力相對于設(shè)計工況，每偏差1 kPa，對聯(lián)合循環(huán)機組出力的修正量為0.7%～1%。大氣壓力可用安裝在壓氣機進口空氣過濾器前的大氣絕對壓力變送器測量，測量誤差不應(yīng)超過33.3 Pa?，F(xiàn)代高精度大氣壓力計不確定度可達±20 Pa，滿足ASME PTC 22測量不確定度不大于0.04%的要求。在試驗雙方同意的條件下，也可使用當(dāng)?shù)貧庀笈_同一時段的測量數(shù)據(jù)，但應(yīng)根據(jù)試驗場所與氣象臺測點的海拔高差進行高度修正。

3.3 天然氣流量

按照ASME PTC 46的規(guī)定，天然氣流量可以使用孔板或渦輪式流量計測量，需保證燃料質(zhì)量流量的總不確定度不超過0.8%。用于確定燃料質(zhì)量流量的其他測量，如用于確定密度的成分分析、壓力、溫度、差壓或渦輪式流量計的頻率，其測量不確定度都必須予以考慮，以滿足上述要求。其他型式的流量計，如超聲波流量計，若能證明質(zhì)量流量的總不確定度不大于0.8%，也可以使用。需說明的是，ASME PTC 22中規(guī)定，氣態(tài)燃料的質(zhì)量流量不確定度不應(yīng)超過0.8%，與ASME PTC 46的規(guī)定一致。在選用流量計時，量程不可太大，因為在流量計的小流量（≤20%）范圍內(nèi)，隨著流量的減小，測量不確定度會大幅上升。需按照額定負荷時天然氣流量占測量表計滿量程的1/2～2/3來確定流量計的量程范圍，以確保測量精度。

3.4 汽水損失

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的熱力系統(tǒng)汽水損失直接影響汽輪機的出力，盡管試驗中嚴(yán)格按照ASME PTC 46進行汽水系統(tǒng)隔離，以實現(xiàn)閥門零泄漏，但實際試驗期間不可能達到標(biāo)準(zhǔn)要求，汽水系統(tǒng)的泄漏不可避免，會造成試驗測得的機組性能與設(shè)計性能的偏差。因此，對試驗測得的性能必須進行補水率修正。聯(lián)合循環(huán)機組進行性能試驗時，汽水系統(tǒng)的泄漏程度體現(xiàn)在熱力系統(tǒng)內(nèi)容器的水位變化上，這些容器一般包括凝汽器熱井、汽包等。試驗時通常采用電站永久儀表對這些容器的水位進行記錄。若試驗期間投入汽包水位自動調(diào)節(jié)，則汽包水位將保持穩(wěn)定，泄漏率的大小將反映在凝汽器熱井的水位變化上，對應(yīng)的系統(tǒng)泄漏率計算公式為：

式中：LR為系統(tǒng)泄漏率；DLCHW為試驗持續(xù)時間內(nèi)熱井水位下降量；ACHW為熱井橫截面積；ρ為凝結(jié)水密度；t為試驗持續(xù)時間；MFW為余熱鍋爐總給水流量。

4 結(jié)論

（1）分機島投產(chǎn)的大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，性能試驗分兩個階段進行，第1階段按照ASME PTC 22進行燃機性能試驗，并按照制造廠提供的燃機修正曲線，將燃機出力修正到性能保證工況出力；第2階段按照ASME PTC 6.2進行汽機性能試驗，并按照制造廠提供的汽機側(cè)修正曲線，將汽機出力修正到性能保證工況對應(yīng)的出力。（2）分機島投產(chǎn)的大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，在進行第2階段聯(lián)合循環(huán)性能試驗前，需進行燃機單循環(huán)性能試驗，并與第1階段燃機單循環(huán)性能試驗數(shù)據(jù)進行對比，確定燃機在輸入熱量、出力、排氣流量計排氣溫度等方面的老化系數(shù)Ch、Co、Cf、Ct，用于兩個階段數(shù)據(jù)的綜合修正，以得出聯(lián)合循環(huán)新機的性能。（3）在進行聯(lián)合循環(huán)性能試驗時，試驗參數(shù)的測量精度對試驗結(jié)果的影響較大，尤其對試驗結(jié)果有重要影響的參數(shù)，如壓氣機進氣溫度、大氣溫度、天然氣流量、汽水損失等，應(yīng)確保其測量精度不低于ASME PTC 46的要求。（4）燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組性能試驗結(jié)果涉及商務(wù)索賠，對性能試驗的各個環(huán)節(jié)，包括試驗方案的確定、儀器儀表的檢定、初始條件的確認、燃料樣品的檢測與封存、試驗過程的鑒證以及試驗數(shù)據(jù)的處理等，均需要各參與方書面確認，以便出現(xiàn)問題時查找原因、分清責(zé)任。尤其對于分機島投產(chǎn)的大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，在進行聯(lián)合循環(huán)性能試驗時，機組性能較“新”“凈”狀態(tài)會降低，極有可能發(fā)生商務(wù)糾紛，因此更需做好上述性能試驗各環(huán)節(jié)的簽字鑒證工作。