某分布式能源站燃气-蒸汽联合循环性能试验研究

2020-11-23行新学张鲁

科技创新与应用 2020年33期

行新学张鲁

摘要：以黔西南某新建燃气-蒸汽联合循环分布式能源电站为例，对其进行热力性能考核试验，其考核项目为100%纯凝工况下机组的功率和热耗率，文章阐述了该试验的试验标准、试验过程、边界划分、测点布置以及计算修正方法，并对试验中存在的一些问题进行总结，为“一拖一”分布式能源站联合循环机组热力性能考核试验提供技术支持。

关键词：联合循环;燃机;余热锅炉;汽轮机;热力计算;经济性;影响因素

中图分类号：F426.61 文献标志码：A 文章编号：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

联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽汽式或背压式）共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。GE在法国能源公司EDF的HA燃气轮机联合循环机组投产。相比于煤电，燃气-蒸汽联合循环机组具有污染小、效率高、建设周期短、自动化程度高、调峰能力强等优点，是一种高效、节能的发电方式[1-2]。当前世界吉尼斯记录：GE在法国能源公司EDF的HA燃气轮机联合循环机组发电效率达62.22%。2020年，我国燃气-蒸汽联合循环机组装机容量约5000万千瓦，至2022年，全国燃气轮机市场规模预计将达到900亿元左右，我国将成为世界最大的燃气轮机潜在市场。随着社会对环境质量越来越多的重视，燃气-蒸汽联合循环必将在我国迎来了新一轮的发展高峰[3-4]。

本文以黔西南某新建燃气-蒸汽联合循环分布式能源电站为例，阐述该试验的试验标准、试验过程、边界划分、测点布置以及计算修正方法，并对试验中的注意事项进行总结。

1 试验概况

本文以黔西南某新建燃气-蒸汽联合循环分布式能源电站为例。能源站建设有一台GE6B.03/41.1/5163型燃气轮机，设计工况出力35098kW（ISO工况出力41171kW），一台QFR-38-2-10.5型燃气轮发电机，一台Q350.9/548.2-58（12.1）-6.0（0.326）/498（203）型双压余热锅炉，一台LCZ20-5.8/0.88/0.4型联合循环蒸汽轮机及一台QFW-20-2-10.5型联合循环蒸汽轮发电机建设，五大主机及配套辅助系统组成分布式能源站系统。

2 试验标准及保证条件

2.1 试验标准

联合循环机组整体热力性能标准，包含ASME PTC46电厂整体性能试验标准（美国标准）和ISO 2314联合循环电站验收试验规程（国际标准），DLT1426-2015联合循环汽轮机性能试验规程（电力行业推荐标准）。

2.2 保证条件

依据技术合同、业主与EPC商讨的相关技术资料为依据，性能试验的保证条件作如下说明，表1为试验的设计外部条件，表2为两个试验工况的分别给出了功率和热耗试验指标保證值。

3 试验方法及过程

3.1 试验边界

依据ASME PTC46-2015《电厂整体性能试验标准》，本试验按照合同要求，以发电机出口作为功率为边界，燃气轮机压气机进口参数作为环境测量边界，热耗计算以燃料低位发热量（LHV）为基准。

3.2 试验测点及仪器

按照ASME PTC46-2015标准要求，对于压力变送器精度要求，测量一类一级参数采用0.1%级，且校验范围内总不确定度不超过±0.3%。测量一类二级参数采用0.25%级，校验范围内总不确定度不超过±0.5%。对于温度的测量，测量一类一级参数仪表在温度低于93℃，其不确定度不超过±0.28℃，温度高于93℃时，不确定度不超过±0.56℃。测量二类一级参数时，不确定度不超过±1.7℃，测量二类二级参数时，不确定度不超过±3.9℃。对于湿度的量，一类一级参数不确定度不超过±2%，二类二级参数不确定度不超过±4%。在燃料流量测量方面，液态或气态燃料流量总的不确定度不超过1.0%，固态燃料流量总的不确定度不超过2.0%。对于功率的测量，测量净功率或毛功率等一类一级参数，其系统不确定度不超过0.1%，一类二级参数的表计其不确定度不超过0.5%。试验所用到的所有测量仪器必须满足标准对其不确定要求，另外，在试验前均需送到法定计量部门进行校验。

本次试验所需测量试验参数有大气压力，环境温度，环境湿度，燃料温度，燃料流量，净输出功率等。在空冷器入口滤网处布置8个温度变送器，用网格法测量环境温度。在燃机发电机水平中心线上布置两个200kPa的绝压变送器，用于测量大气压力测点。在空冷器入口滤网处布置3个湿度变送器，用于测量环境湿度。用两台WT500功率分析仪分别接入燃机发电机和汽轮发电机出口二次侧，测量发电机功率、频率和功率因素。凝汽器排汽压力接入两块量程为50kPa的绝压变送器。高低压给水和主蒸汽流量分别接入0.1级的罗斯蒙特差压变送器，其他测点读数均取DCS。

3.3 试验过程

为保证燃机出力，机组启动前，燃机进行了离线水洗。机组带到额定负荷后，严格按照设计的热平衡图进行系统隔离，任何与该热力循环无关进、出系统的流量都必须严格隔离。隔离的阀门分为三类：A类是机组正常运行时可长期隔离的阀门;B类是试验期间可以暂时隔离的阀门，进行预试验前隔离，可以连续几天内保持隔离状态;C类是试验当天进行隔离，但试验结束后应立即恢复[5]。

机组满负荷后稳定运行1小时以上才可开始试验。试验分两次，每次持续1小时，单独修正后取平均值，即为试验最终结果。试验数据采集分为两部分，一部分是试验数据采集系统（DAS）和DCS取数，每15秒记录一次;另一部分是人工记录取数，每10分钟记录一次。燃料取样化验由天然气供方提供，可通过天然气成分计算燃料低位发热量（LHV）。

4 试验计算公式

对数据采集系统（DAS）、DCS，以及人工记录的原始数据计算算术平均值，同一参数的多重测点计算算术平均值。主要计算公式如下：

4.1 功率

Pmeas=Pgross-Pe （1）

式中：Pmeas-发电机输出功率试验值，kW;Pgross-发电机毛出力，kW;Pe-发电机机励磁功率，kW。

Pe= （2）

式中：V-发电机励磁平均相电压，V;A-发电机励磁平均相电流，A;PF-发电机励磁功率因数。

4.2 联合循环机组功率的计算

Pmeas=PGT+PSTG （3）

式中：Pmeas-联合循环机组功率，kW;PGT燃气轮机输出功率，kW;PSTG汽轮机输出功率，kW。

4.3 联合循环机组热耗率的计算

（1）燃机热耗量的计算