洋浦电厂压气机水洗周期优化设计

撰文/花俊丰

■578201 中海海南发电有限公司 海南 儋州



洋浦电厂压气机水洗周期优化设计

撰文/花俊丰

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由于该厂机组运行工况发生改变，运行时间大幅缩短，故需对原有压气机水洗周期进行重新评估，本文采用数值模拟，线性拟合等分析手段，计算分析给出最新经济周期，以适应机组最新运行状况，同时达到节能降耗的目的。关键词：燃气轮机；联合循环；焦树建分析法；线性拟合

焦树建分析法建立该厂燃机效率对燃—汽联合效率的影响程度S（）数学模型［1］

1.1燃气轮机（以下简称燃机）循环的数学建模

①燃气轮机循环的能量平衡方程

如图1所示，以燃机为热力系统研究对象，根据：

系统输入能量=系统输出能量

式中，Qa1为进入压气机的空气携带的能量；Qg为燃气低位发热量；hf为燃气的物理焓，此处燃气无加热，为燃气轮机内功率；Q为c燃气轮机排入余热锅炉的燃气所携带的额能量；ηr为燃烧效率；相对于供入燃气轮机的1Kg/s的燃气而言，式中各单位均为kW。为方便计算，以下各式单位均一样。

对于此方程而言，左侧是进入所划定的燃气轮机边界的能量，右侧是从所划定的额

边界出来的能量，在稳定的特定热力系统边界而言，左侧与右侧相等。此式即为燃气轮机循环的能量平衡方程。

②燃机相关效率的数学建模

其中，ηM.gt为燃机的机械效率；

燃机发电功率：

其中，ηG.gt为燃气轮机的机械效率；

燃机供电效率：

其中egt为燃机厂用电率；

由1.1-1和1.1-2进一步推导可有关系式

1.2余热锅炉的能量平衡方程式

式中，Qw为进入余热锅炉的给水所携带的能量；Qst1为高压蒸汽携带的能量，Qst2为低压蒸汽携带的能量；Qa2为余热锅炉排烟携带的能量。

对于此方程，是建立在划定HRSG热力系统基础上存在的能量平衡方程。

1.3汽轮机循环的数学建模

汽机的能量平衡方程：

式中，Wst为蒸汽轮机的循环功率；Qa3为汽轮机排汽在凝汽器中放给冷源的热量。

汽机的循环效率：

1.4燃—汽联合循环各效率的数学建模

联合循环的循环内效率：

此式即为联合循环的循环内效率，其中ηMG·gt=ηM·gt·ηG.gt，ηMG

进一步可推导出联合循环的发电效率

联合循环的供电效率：

e是联合循环的厂用电率。焦树建分析法可单独对所选设备（压气机）的热力性能参数使用该分析法进行评估［1］。

1.5影响系数S（ηeqgr）数学模型

采用系数法进行分析

按各参数相对变化量的形式变换并求偏导数

此式中各参数相对变化量Δ—х前各式记为，变化为

此时，假定每个参数变化量都是1%，那么那一个参数的影响系数的值大，这个参数对循环效率的影响程度就越大，得出下式

1.5-3

即燃气轮机发电效率每降低1%，联合循环供电效率降低0.4601%

注：参数取值以现场为准，其中ηh以近似式ηh=计算，ηeqgt不考虑流阻损失。

焦树建分析法建立压气机效率对燃机效率的影响程度S（ηc）数学模型

按上述分析法分析有如下各数学模型：

其中，ηc为压气机效率；ηt为透平效率；ηCC为燃烧室燃烧效率；ξ为压气机流阻损失；，其中

分析法得出：

S（ηc）=

实际取个参数值计算得：S（ηc）=0.81，即压气机效率每变化1%，燃机效率变化0.81%。

注：参数取值以现场为准。

压气机效率对燃—汽联合循环效率的影响系数

即燃机压气机效率每下降1%，联合循环效率下降0.37%。

压气机效率的线性拟合

压气机效率采用以下公式进行计算：

由于在不同负荷下，压气机效率差别很大，借鉴以往经验，选取满负荷附近的压气机效率进行分析，带入数据可得｛ηc｝为｛ηc｝=｛η1，η2，…ηk｝

所对应运行天数为｛tk｝，其中｛tk｝=｛t1，t2，…tk｝

对于上述两组数据进行最小二乘法拟合得出ηc与燃机运行时间t的关系ηc=kt+b

拟合曲线如表2所示。

注：由于实际取值时燃机有较长时间处于非满负荷运行状态，所以曲线看起来比较离散。

压气机水系时间点评估

最佳水洗时间点应满足以下条件：

压气机因压气机效率下降导致的累计损失=压气机水洗总成本

图2　部分燃机负荷效率线性拟合曲线图

其中累计损失为=∑ΔP×上网电价

根据以上分析，有ΔP=0.7969ΔηcP

压气机水洗总成本=水洗耗电（忽略不计）+洗涤剂成本+天然气消耗量

最后算知最佳水洗时间预估点为t=672小时，考虑该厂实际机组属于高龄机组，建议将水洗时间预定为t=600小时，可每年节约成本12万余元，节水20余吨，同时亦可保证机组安全稳定的运行。同时，对于压气机水洗周期的确定计算，应隔三至五年进行重新计算，已确定最佳水洗时间。

总结

经上述一系列数析方法分析后，可以给出现阶段运行方式下最合适的压气机水洗周期，同时达到节能降耗的目的；

上述分析法方法为目前较为容易理解的一种数学方法，对于各个燃气电厂或其他存在压气机装置的设备理论计算具有实际的借鉴意义。

参考：

［1］段秋生.燃气—蒸汽联合循环电站热力性能分析理论与计算［M］.北京：清华大学出版社，2010.

图1 洋浦电厂常规非补燃余热锅炉型燃气___蒸汽联合循环典型系统

C___压气机；CC___燃烧室；CWP___凝结水泵；HWP___高压给水泵；LWP___抵

押给水泵T___透平；HRSGT___余热锅炉；ST—汽轮机

花俊丰（1987—），男，海南人，工学硕士学位，从事燃机运行，技术管理工作。