试论如何提高9F级燃气机组的总体性能

【摘 要】目前，已有部分9F级燃气-蒸汽联合循环电厂陆续投入商业运行。但是，使用清洁能源成本较高。因此，如对主机参数进行优化匹配，对辅助系统进行优化，提高机组的出力和效率，从而最大限度降低发电成本，可有效提高9F级燃机电厂的竞争力。下面讨论可能的各种优化技术，包括针对特定气象条件的燃机进气部分、利用燃机排烟余热的余热锅炉系统、汽机冷端系统的优化。

【关键词】9F级;燃气轮机;性能优化

1.燃机进气系统的优化

1.1燃机出力与进气系统参数的关系

燃气轮机从大气连续吸取空气做工质，经压缩、加热、膨胀做功后排回大气。膨胀过程做功扣除压缩过程耗功及其他损耗功后才是装置的输出功。所以，当地气象条件变化对燃机压气机的耗功有很大影响。燃机出力随气温增加而减少，随气压增加而增加。当气温在25℃以下时，燃机出力随相对湿度增加而增加;在25℃以上时，燃机出力随相对湿度增加而减少。其中，通过减少进气滤网、进气道的压降，使燃机压气机进气压力增高。气温可调节的方法较多。当气候炎热时，可通过各种降温手段使压气机进气温度下降，从而使压气机功耗减少，以增加净输出功。燃机进气的相对湿度通常随进气冷却而增加。需注意，降低进气温度，会增加机组的出力，但对联合循环机组的效率来说未必如此。9F级燃机机组的最佳效率点随机型的不同而不同，一般为10~15℃。所以，进气的冷却效益需考虑联合循环机组的整体效率影响而引起的总燃料消耗量的变化。

1.2进气冷却的类型及原理

目前，主要的进气冷却技术有蒸发冷却和制冷冷却。制冷冷却根据采用的制冷型式又可分为压缩式制冷、吸收式制冷等几种型式。蒸发冷却的原理是利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和的空气与水接触时，两者间便会发生传热、传质过程。结果是空气的闪热变为水蒸发吸收潜热，使温度降低。此类冷却技术的初始成本及运行维护费用较低，适合干燥炎热地区。其缺点是空气中的含水量对燃机压气机的寿命影响较大，燃机对喷水有严格的限制。

采用制冷冷却方式，制冷系统通过安装在燃机进气道内的热交换器来降低燃机进气的温度。压缩制冷采用压缩机制冷循环，以消耗机械功获得冷源。优点是初投资较低及可获得较低的制冷温度。吸收式制冷利用电厂低位余热制冷，由于利用低品位的热能且不消耗电力制冷，有利于提高机组运行的经济性。当其在制冷负荷变化较大时(20%~100% )，效率较高。吸收制冷常采用溴化锂吸收制冷。溴化锂机组也可采用直燃式，但通常直燃机的价格高于蒸汽式溴化锂机组，而直燃机的配套燃气系统也相当复杂，而电厂中、低品位的蒸汽源很容易获得。所以，对于新建电厂，经过技术经济比较，蒸汽式溴化锂机组优于直燃机。当然，老厂改造限制因素较多，也有采用直燃机进气冷却。

1.3各种进气冷却方法的经济性

分析表明，采用进气冷却在经济上是否合理或采用何种冷却方式合理，与当地的气象条件、进气冷却系统的年运行小时数、进气冷却系统的初投资、上网电价、燃料价格密切相关。通常，蒸发冷却的初投资最小，但我国大部分地区的气象条件不适合采用该方式。冷水机组的初投资次之，蒸汽型溴化锂机组的初投资最大。以某9F燃机工程为例，适合进气冷却系统运行的平均温度是26℃，平均大气压为1 008.3 hPa，平均相对湿度为84.1%，平均水温27.7℃。系统年运行为2500h，运行年限20年，该工程由于进气冷却系统的投资较高，年运行小时数较低，进气冷却系统的投资收益率低于行业平均值8%，经济性不是最好。所以，在我国南方地区，9F级燃气轮机电厂是否考虑采用进气冷却系统，建议做技术经济分析后再决定。

2.主机参数匹配的优化

2.1高压主蒸汽出口压力对机组性能的影响

在燃机和余热锅炉的其他参数及几何尺寸确定后，提高余热锅炉高压主蒸汽出口压力将导致高压汽包压力增加，从而提高高压蒸汽的饱和温度。如高压部分的窄点温度不变，导致经过高压汽包后的烟气温度升高，经过中压蒸发段及过热段的烟气温差增大。温差变化将导致高压主蒸汽流量降低，中压蒸汽流量增加，综合因素的影响导致低压蒸汽流量增加。如中、低压蒸汽流量增加部分大于高压蒸汽流量减少部分，汽机输出功率增加。

2.2高压主蒸汽出口温度对机组性能的影响

当压力和窄点温度一定时，汽包的饱和温度一定，则通过蒸发器出口的烟温一定;如果提高主蒸汽温度将引起热端温差减小，则高压段总吸热量增加。因而随着主蒸汽温度的增加，汽机功率增加。

2.3高压部分窄点温差对机组性能的影响

当高压部分窄点温差在一定范围内变化时，由于汽侧各换热器前、后压力和温度不变，因此，随高压部分窄点温差增加，主蒸汽流量大量减少，导致中、低压蒸汽吸热量增加，会对中、低压蒸汽流量及换热面积有一定的影响。由于高压主蒸汽是进汽膨胀做功的重要部分，其流量大量减少，导致汽机功率大幅降低。

2.4高压部分接近点温差对机组性能的影响

当高压部分接近点温差增大时，省煤器出口水温减小，导致高压省煤器受热面积减小，高压蒸发器受热面积有较大增加，高压过热器受热面积略减小，因而高压主蒸汽的流量略减小，汽机做功能力略减小，进而导致机组功率和效率的略降低。

2.5其他因素对机组性能的影响

中、低压部分受热面的窄点温差、接近点温差的情况与高压部分基本一致，只是对机组的出力影响不如高压部分大，在此不做详细描述。

3.汽机冷端的优化

降低汽机排气背压，能有效地提高汽机的出力，最佳设计背压与汽机末级叶片的设计有关。在低流速时，由于脱离了设计点，总排汽损失比轴向排汽损失要大很多。在高流速时(高于300 m/s)，其他因素(如动能损失)引起的损失更显著。通常的末级叶片设计是使损失的最小点在曲线的最低处。然而，考虑实际投资，不能将末级叶片的通流面积按最小损失点要求设计。汽机排汽背压越低，则排汽比容越大，通过末级叶片的体积流量越大，排汽速度越高。反之，背压越高，则排汽比容越小，通过末级叶片的体积流量越小，排汽速度越低。各厂对联合循环汽轮机已有定型末级叶片规格。对固定末级叶片规格(即固定末级叶片通流面积)及汽机型号，有排汽背压与出力的关系。9FA单轴机组末级叶片规格为2×850.9mm，当背压在3.1kPa以上时，随背压降低，汽机出力上升，背压每下降1.693kPa，汽机出力增加2000kW左右。当背压在3.1kPa以下时，随背压下降，汽机出力基本不增加，甚至有所下降。可见，冷端优化极具潜力。

4.结论

为提高出力和效率，通过对9F级联合循环发电机组的进气系统、余热锅炉受热面、汽机冷端优化，在夏季能增加大约14000kW的出力，效率增加约1.25个百分点;在冬季无法投入进气冷却的情况下，通过余热锅炉受热面、汽机冷端优化，可增加约3000kW的出力，效率增加约0.44个百分点。对余热锅炉受热面进行优化，造价增加不大，经济效益明显，而且，该优化在任何气象条件下都能发挥作用，建议推广应用。汽机冷端优化也是提高机组性能和经济效益的有效手段，但该项优化与机组冷却方式和当地水文、气象条件紧密相关，建议结合机组特性、冷却方式及环境条件，对增加机组出力与一次性投资及运行成本进行综合比较，以取得最佳经济效益。对采用燃机进气冷却，机组的出力增加非常明显，但投资较大，并与现场的气象条件直接相关，建议结合当地的气象条件、机组可能的运行小时数进行技术经济分析后确定。

推荐访问:机组 试论 燃气 总体 性能