某分布式能源站燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)研究

行新學(xué) 張魯

摘? 要：以黔西南某新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)分布式能源電站為例，對其進(jìn)行熱力性能考核試驗(yàn)，其考核項(xiàng)目為100%純凝工況下機(jī)組的功率和熱耗率，文章闡述了該試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)過程、邊界劃分、測點(diǎn)布置以及計(jì)算修正方法，并對試驗(yàn)中存在的一些問題進(jìn)行總結(jié)，為“一拖一”分布式能源站聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能考核試驗(yàn)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán);燃機(jī);余熱鍋爐;汽輪機(jī);熱力計(jì)算;經(jīng)濟(jì)性;影響因素

中圖分類號：F426.61? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）33-0059-03

Abstract： Taking a newly-built gas-steam combined cycle distributed energy power station in southwestern Guizhou as an example， the thermal performance evaluation test was conducted. The evaluation project was the power and heat consumption rate of the unit under 100% pure condensing conditions. This paper describes the test standard， test process， boundary division， measurement point arrangement and calculation correction method， and summarizes some problems in the test， so as toprovide technical support for the thermal performance evaluation test of the combined cycle unit of the distributed energy station.

Keywords： combined cycle; GT; HRSG; ST; thermal calculation; economy; influencing factor

前言

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電：燃?xì)廨啓C(jī)及發(fā)電機(jī)與余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)或供熱式蒸汽輪機(jī)（抽汽式或背壓式）共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃?xì)廨啓C(jī)排出的功后高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，再將蒸汽注入蒸汽輪機(jī)發(fā)電。GE在法國能源公司EDF的HA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組投產(chǎn)。相比于煤電，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有污染小、效率高、建設(shè)周期短、自動(dòng)化程度高、調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種高效、節(jié)能的發(fā)電方式[1-2]。當(dāng)前世界吉尼斯記錄：GE在法國能源公司EDF的HA燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電效率達(dá)62.22%。2020年，我國燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組裝機(jī)容量約5000萬千瓦，至2022年，全國燃?xì)廨啓C(jī)市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到900億元左右，我國將成為世界最大的燃?xì)廨啓C(jī)潛在市場。隨著社會對環(huán)境質(zhì)量越來越多的重視，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)必將在我國迎來了新一輪的發(fā)展高峰[3-4]。

本文以黔西南某新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)分布式能源電站為例，闡述該試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)過程、邊界劃分、測點(diǎn)布置以及計(jì)算修正方法，并對試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)。

1 試驗(yàn)概況

本文以黔西南某新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)分布式能源電站為例。能源站建設(shè)有一臺GE6B.03/41.1/5163型燃?xì)廨啓C(jī)，設(shè)計(jì)工況出力35098kW（ISO工況出力41171kW），一臺QFR-38-2-10.5型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，一臺Q350.9/548.2-58（12.1）-6.0（0.326）/498（203）型雙壓余熱鍋爐，一臺LCZ20-5.8/0.88/0.4型聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)及一臺QFW-20-2-10.5型聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪發(fā)電機(jī)建設(shè)，五大主機(jī)及配套輔助系統(tǒng)組成分布式能源站系統(tǒng)。

2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及保證條件

2.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組整體熱力性能標(biāo)準(zhǔn)，包含ASME PTC46電廠整體性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（美國標(biāo)準(zhǔn)）和ISO 2314聯(lián)合循環(huán)電站驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程（國際標(biāo)準(zhǔn)），DLT1426-2015聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程（電力行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)）。

2.2 保證條件

依據(jù)技術(shù)合同、業(yè)主與EPC商討的相關(guān)技術(shù)資料為依據(jù)，性能試驗(yàn)的保證條件作如下說明，表1為試驗(yàn)的設(shè)計(jì)外部條件，表2為兩個(gè)試驗(yàn)工況的分別給出了功率和熱耗試驗(yàn)指標(biāo)保證值。

3 試驗(yàn)方法及過程

3.1 試驗(yàn)邊界

依據(jù)ASME PTC46-2015《電廠整體性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，本試驗(yàn)按照合同要求，以發(fā)電機(jī)出口作為功率為邊界，燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)口參數(shù)作為環(huán)境測量邊界，熱耗計(jì)算以燃料低位發(fā)熱量（LHV）為基準(zhǔn)。

3.2 試驗(yàn)測點(diǎn)及儀器

按照ASME PTC46-2015標(biāo)準(zhǔn)要求，對于壓力變送器精度要求，測量一類一級參數(shù)采用0.1%級，且校驗(yàn)范圍內(nèi)總不確定度不超過±0.3%。測量一類二級參數(shù)采用0.25%級，校驗(yàn)范圍內(nèi)總不確定度不超過±0.5%。對于溫度的測量，測量一類一級參數(shù)儀表在溫度低于93℃，其不確定度不超過±0.28℃，溫度高于93℃時(shí)，不確定度不超過±0.56℃。測量二類一級參數(shù)時(shí)，不確定度不超過±1.7℃，測量二類二級參數(shù)時(shí)，不確定度不超過±3.9℃。對于濕度的量，一類一級參數(shù)不確定度不超過±2%，二類二級參數(shù)不確定度不超過±4%。在燃料流量測量方面，液態(tài)或氣態(tài)燃料流量總的不確定度不超過1.0%，固態(tài)燃料流量總的不確定度不超過2.0%。對于功率的測量，測量凈功率或毛功率等一類一級參數(shù)，其系統(tǒng)不確定度不超過0.1%，一類二級參數(shù)的表計(jì)其不確定度不超過0.5%。試驗(yàn)所用到的所有測量儀器必須滿足標(biāo)準(zhǔn)對其不確定要求，另外，在試驗(yàn)前均需送到法定計(jì)量部門進(jìn)行校驗(yàn)。

本次試驗(yàn)所需測量試驗(yàn)參數(shù)有大氣壓力，環(huán)境溫度，環(huán)境濕度，燃料溫度，燃料流量，凈輸出功率等。在空冷器入口濾網(wǎng)處布置8個(gè)溫度變送器，用網(wǎng)格法測量環(huán)境溫度。在燃機(jī)發(fā)電機(jī)水平中心線上布置兩個(gè)200kPa的絕壓變送器，用于測量大氣壓力測點(diǎn)。在空冷器入口濾網(wǎng)處布置3個(gè)濕度變送器，用于測量環(huán)境濕度。用兩臺WT500功率分析儀分別接入燃機(jī)發(fā)電機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)出口二次側(cè)，測量發(fā)電機(jī)功率、頻率和功率因素。凝汽器排汽壓力接入兩塊量程為50kPa的絕壓變送器。高低壓給水和主蒸汽流量分別接入0.1級的羅斯蒙特差壓變送器，其他測點(diǎn)讀數(shù)均取DCS。

3.3 試驗(yàn)過程

為保證燃機(jī)出力，機(jī)組啟動(dòng)前，燃機(jī)進(jìn)行了離線水洗。機(jī)組帶到額定負(fù)荷后，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的熱平衡圖進(jìn)行系統(tǒng)隔離，任何與該熱力循環(huán)無關(guān)進(jìn)、出系統(tǒng)的流量都必須嚴(yán)格隔離。隔離的閥門分為三類：A類是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)可長期隔離的閥門;B類是試驗(yàn)期間可以暫時(shí)隔離的閥門，進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)前隔離，可以連續(xù)幾天內(nèi)保持隔離狀態(tài);C類是試驗(yàn)當(dāng)天進(jìn)行隔離，但試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)立即恢復(fù)[5]。

機(jī)組滿負(fù)荷后穩(wěn)定運(yùn)行1小時(shí)以上才可開始試驗(yàn)。試驗(yàn)分兩次，每次持續(xù)1小時(shí)，單獨(dú)修正后取平均值，即為試驗(yàn)最終結(jié)果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分為兩部分，一部分是試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）和DCS取數(shù)，每15秒記錄一次;另一部分是人工記錄取數(shù)，每10分鐘記錄一次。燃料取樣化驗(yàn)由天然氣供方提供，可通過天然氣成分計(jì)算燃料低位發(fā)熱量（LHV）。

4 試驗(yàn)計(jì)算公式

對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、DCS，以及人工記錄的原始數(shù)據(jù)計(jì)算算術(shù)平均值，同一參數(shù)的多重測點(diǎn)計(jì)算算術(shù)平均值。主要計(jì)算公式如下：

4.1 功率

Pmeas=Pgross-Pe? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：Pmeas-發(fā)電機(jī)輸出功率試驗(yàn)值，kW;Pgross-發(fā)電機(jī)毛出力，kW;Pe-發(fā)電機(jī)機(jī)勵(lì)磁功率，kW。

Pe=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：V-發(fā)電機(jī)勵(lì)磁平均相電壓，V;A-發(fā)電機(jī)勵(lì)磁平均相電流，A;PF-發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率因數(shù)。

4.2 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組功率的計(jì)算

Pmeas=PGT+PSTG? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：Pmeas-聯(lián)合循環(huán)機(jī)組功率，kW;PGT燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率，kW;PSTG汽輪機(jī)輸出功率，kW。

4.3 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱耗率的計(jì)算

（1）燃機(jī)熱耗量的計(jì)算

HImeas=Vf×LHV? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：HImeas-單位時(shí)間耗熱量，kJ/h;Vf-天然氣體積流量，Nm3/h;LHV-天然氣低位熱值，kJ/Nm3。

（2）聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱耗率計(jì)算

HR=HImeas/P? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式中：HR-聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱耗率，kJ/kWh。

4.4 熱效率

？濁meas=3600/HRmeas×100? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式中：？濁meas-試驗(yàn)熱效率（%）。

4.5 修正后的電功率

Pcorr=（Pmeas+Δ1）？琢j? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中：Pcorr-全廠修正功率，kWh;Δ1-功率加法修正因子;？琢j-設(shè)計(jì)功率乘法修正因子/測量功率乘法修正因子。

4.6 修正后的熱耗率

HRcorr=fj? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中：HRcorr-全廠修正熱耗，kJ/kWh;fj-設(shè)計(jì)熱耗乘法修正因子/試驗(yàn)熱耗乘法修正因子。

5 試驗(yàn)結(jié)果

5.1 修正因子

根據(jù)ASME PTC46-2015《電廠整體性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，第5章5-1節(jié)及5-2節(jié)確定本試驗(yàn)修正公式和修正項(xiàng)目。修正因子如表2所示。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果（如表3）

6 結(jié)論

本次聯(lián)合循環(huán)全廠功率53550.01kW，高于保證值52895kW;全廠熱耗7390.88 kJ/kWh，低于保證值7482.8 kJ/kWh;全廠效率48.71%，高于保證值48.11%，試驗(yàn)合格。

7 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

電廠整體性能試驗(yàn)對不明漏量不作具體規(guī)定，但要求作系統(tǒng)隔離，但對影響正常運(yùn)行的系統(tǒng)不允許隔離和調(diào)整[6]。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)不考核單臺發(fā)電機(jī)的出力，考核整體出力。

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