大气参数对S109FA 燃机运行经济性的影响

沈建华

（杭州华电半山发电有限公司，浙江杭州 310015）

0 引言

影响联合循环机组耗差的因素有很多，包括运行人员操作水平、机组发电负荷、各设备系统经济性能等。其中还包括客观的、不受人为控制的因素，如当时的大气环境参数也是影响发电机组经济效益的主要因素[1]。在电网没有强制需求的情况下，合理选择在特定大气环境参数下燃机的开机需求、开机台数，争取在同样运行小时条件下的最佳发电边际是一项细致的工作。

1 环境温度对机组经济性影响的耗差分析

在燃气—蒸汽联合循环机组中，环境温度对机组的经济性影响特别大，显得比较重要。环境温度也是一个比较特殊的指标，环境温度变化后，不仅对燃气轮机出力和效率有较大影响，而且会对机组背压产生较大影响。通过模型的变工况计算，环境温度对机组功率和机组联合循环效率的影响，如图1 所示。

变工况计算是认为机组循环水量不变，机组背压随着环境温度的变化而变化，并且假设在低温环境下，低压缸蒸汽不会因为背压过低而发生汽阻。由图1 可以看出机组出力随着环境温度的变化其变化趋势较陡，而机组效率则随环境温度变化不大，并且在机组设计点附近其效率接近最大值。

1.1 环境温度对机组功率的影响因子分析

对环境温度和机组功率的关系进行拟合，得到式（1）。

求导，便可得到机组功率随环境温度的变化率如式（2）。

1.2 环境温度对联合循环机组效率的影响因子

图1 环境温度对机组功率和联合循环效率的影响关系曲线

从图1 也可以看出机组在环境温度变化时，其机组效率变化较小，但其在设计值附近效率最高，随着环境温度的降低，机组的功率增长受到最低背压的限制。随着背压降低，循环水泵功耗和汽机微增功率之间存在最优选择，导致联合循环效率下降；随着环境温度的升高，机组功率的增长也是受到机组背压的影响，环境温度升高，背压增大，机组循环效率降低[2]。根据机组效率公式：

图2 环境温度与随环境温度的影响关系曲线

2 大气压力对机组经济性影响的耗差分析

大气环境对机组经济性的影响和环境温度对机组经济性的影响趋势相反，比如机组使用到高海拔地区时，大气压力下降，在环境温度不变的情况下，由于空气变稀薄，燃气轮机进气流量降低，导致燃机功率降低；反之，大气压力升高，则相应燃机功率升高。然而，在大气温度和燃机转速不变的情况下，大气压力变化时，其对于燃气轮机效率的影响也不大，大气压力对机组功率和联合循环效率的影响关系曲线，如图3 所示，大气压力变化范围取98.1～102.1 kPa。

由图3 可以看出机组大气压力变化时，机组功率随着大气压力的升高而升高，机组效率基本维持不变。

对大气压力-机组功率曲线进行拟合，得到拟合公式（4）：

因此可以得到当环境压力变化1 kPa 时，机组的功率变化约为2280 kW。

大气压力对机组联合循环效率的影响可近似认为联合循环效率不随大气压力的变化而变化。

图3 大气压力与机组功率和联合循环效率的影响关系

3 相对湿度对机组经济性影响的耗差分析

分析了空气相对湿度对燃气轮机运行经济性的影响，可以看出随着相对湿度的增加，燃气轮机的效率是逐渐下降的。但是对于燃气—蒸汽联合循环发电机组，空气相对湿度对机组经济性的影响却不尽相同，如图4 所示。

图4 空气相对湿度与联合循环出力和效率的影响关系曲线

从图4 可以看出，随着空气相对湿度的增加，联合循环出力和效率是先增加后减小的。这主要是因为：随着空气相对湿度的增加，空气中的水分增加，进入燃气透平中的燃气流量增加，燃气轮机出力增加；进入余热锅炉的燃气量增加使得蒸汽产出量增加，同时相对湿度的增加使得凝汽器真空降低，但是汽轮机因蒸汽量增加对汽轮机出力的影响要大于凝汽器真空对汽轮机的影响，所以联合循环效率和出力是增加的。但是随着空气相对湿度的增加，结果是相反的，联合循环的处理和效率开始降低。

空气相对湿度-联合循环出力的拟合公式：

相对湿度变化对联合循环的出力的影响因子为：

空气相对湿度-联合循环效率的拟合公式：

相对湿度变化对联合循环的效率的影响因子为：

可以看出，空气相对湿度对联合循环的出力和效率的影响较小，并且影响因子的大小与空气相对湿度有关。

4 结语

从以上分析可以得出，在联合循环机组中对机组经济性影响的大气参数按大小依次为：环境温度，空气相对湿度，大气压力。其中大气压力的影响几乎可以忽略，空气相对湿度对联合循环机组的经济性影响也较小。

环境温度对联合循环机组经济性影响相对较大，以长江中下游地区为例，冬季、夏季机组联合循环效率相差1%左右，因此在其它工况同样的条件下，冬季运行机组的发电边际相对较高。