燃氣輪機性能指標主要影響因素及提高性能途徑研究

1、 燃氣輪機性能指標主要影響因素及提高性能途徑研究摘要: 本文以9e燃機為例,概括介紹了國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的燃氣輪機的主要性能指標,并通過對不同設(shè)計和運行條件下技術(shù)性能指標的對比,分析對燃氣輪機性能指標產(chǎn)生影響的主要影響因素,從而總結(jié)和簡述了提高性能指標的主要途徑。關(guān)鍵詞: 燃氣輪機;性能指標;功率;熱耗率;影響因素; abstract:illustrated by 9e gas turbine, the main technical performance parameters of gas turbine in china are described, and with the compariso

2、n of the technical parameters under different design and operation condition, an analysis on the main influencing factors is presented, so as to summarizethe major way to improve the performance parameters. keywords: gas turbine; performance parameter; power; heat rate; influencing factor中圖分類號:th138

3、.23 文獻標識碼:a文章編號:2095-2104(2012 1.引言燃氣輪機是從本世紀50年代開始逐漸登上發(fā)電工業(yè)舞臺的。但是由于當時機組的單機容量較小,而熱效率又比較低,因而在電力系統(tǒng)中只能作為緊急備用電源和調(diào)峰機組使用。60年代時歐美的大電網(wǎng)曾發(fā)生過電網(wǎng)瞬時解列的大事故,這些事故促使人們加深了對電網(wǎng)中必須配備一定數(shù)量的燃氣輪機發(fā)電機 組的認識,因為燃氣輪機具有快速“黑啟動”的特性,它能保證電網(wǎng)運行的安全性和可恢復性。歐美國家的經(jīng)驗表明:從安全和調(diào)峰的目的出發(fā),在電網(wǎng)中安裝功率份額為8%12%的燃氣輪機發(fā)電是合適的。然而,從80年代以后,隨著燃氣輪機透平初溫不斷提高,燃氣輪機的單機功率和熱

4、效率都有很大程度的提高,燃氣輪機的單機功率已經(jīng)超過250mw,熱效率已達36%以上;而聯(lián)合循環(huán)的單機功已達甚至超過350mw,熱效率則已超過55%甚至達到58%。從熱力性能的角度看,它們完全可以承擔基本負荷,而且比超超臨界參數(shù)的燃煤蒸汽輪機電站更具有優(yōu)越。2. 燃氣輪機的性能指標評價一臺燃氣輪機設(shè)計和性能優(yōu)劣的技術(shù)指標有很多,例如機組的效率、尺寸、壽命、污染物排放(nox, co等、動態(tài)和熱力特性、制造和運行費用,以及啟動和攜帶負荷的速度等等,但是從熱力循環(huán)的角度看,燃氣輪機的性能指標包括燃氣輪機熱效率、燃氣輪機的燃機的出力(發(fā)電機輸出功率、比功率、有用功系數(shù),以及壓比和溫比等,其中最引起投資

5、方注意的主要指標就是熱效率、出力和比功率。熱效率:即燃氣輪機的凈能量輸出與按燃料的凈比能(低位熱值計算的燃料輸入之比。 燃氣輪機的熱效率與熱耗率本質(zhì)上為同一指標,相互之間可以互換換算(即:熱效率與熱耗率的乘積為3600,效率越高,則熱耗值越低,則說明發(fā)1度電所消耗的熱量越低;因此熱效率是表征燃氣輪機的經(jīng)濟性,也是衡量能量利用率高低的熱力性能指標。9e級燃氣輪機簡單循環(huán)效率為36%左右;配置余熱鍋爐的聯(lián)合循環(huán)機組效率可達到52%或以上。出力:即指燃氣輪機發(fā)電機輸出功率,等同于通常所說的燃氣輪機毛功率,也就是未扣燃機勵磁系統(tǒng)及燃氣輪機變壓器損耗前的出力。9e級燃氣輪機簡單循環(huán)出力可達到123mw;

6、1+1+1配置s109e聯(lián)合循環(huán)機組出力可達到185mw左右。比功率:即燃氣輪機凈輸出功率與壓氣機進氣質(zhì)量流量的比值。比功率越大,發(fā)出相同功率所需工質(zhì)流量越少,尺寸越小;因此比功率是從熱力性能方面衡量燃氣輪機尺寸大小的一個指標。3. 影響性能指標的主要因素通過國內(nèi)已經(jīng)投運的燃氣輪機組的運行和試驗數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)相同或者近似配置的燃氣輪機組在不同廠址的環(huán)境條件、不同類型的燃料等前提條件下,所發(fā)出的功率和機組熱效率均存在一定的差別。3.1 燃料類型:由于氫碳含量較高的甲烷可產(chǎn)生較多的水蒸氣,因此天然氣的燃 燒產(chǎn)物中有較高的比熱,所以總體來說,燃用天然氣要比燃用輕柴油增加將近2%的功率。以ge公司9e燃

7、氣輪機為例,在iso工況下(即:環(huán)境溫度15, 1個標準大氣壓下,相對濕度60%,海拔0米,燃用天然氣時的額定功率為123.4mw,而燃用輕柴油時的額定功率僅為121.3mw。3.2 廠址環(huán)境條件:由于燃氣輪機吸入周圍環(huán)境的空氣,因此在采用同種燃料的前提下,影響進入空壓機空氣的質(zhì)量流量的任何因素,例如環(huán)境溫度、大氣壓力和相對濕度等,對燃氣輪機組的功率和熱耗率等性能均會產(chǎn)生一定的影響。較低的環(huán)境溫度下,空氣的比容較小,因此在壓氣機吸入同容積流量空氣的前提下,其質(zhì)量流量是較大的,這就使得燃氣輪機的功率會有一定程度的提高。也就是說,外界環(huán)境溫度越低,機組的功率越大,環(huán)境溫度越高,機組的功率越小。而且

8、,隨著環(huán)境溫度的降低,燃氣輪機的溫壓比逐漸增大,這對改善燃氣輪機的熱力循環(huán)效率是有利的,因此其熱耗率也會相應(yīng)的降低。以ge公司9e型燃氣輪機為例,環(huán)境溫度降低10,其機組功率約增大6%左右,熱耗率降低約1%左右。大氣壓力的變化直接影響空氣的比熱容,進而影響進入壓氣機的 空氣質(zhì)量流量和輸出功率。當大氣壓力增加時,空氣的比熱容下降,其質(zhì)量流量增加,從而增加了機組的輸出功率。也就是說,隨著大氣壓力的降低,空氣將變得稀薄,在壓氣機吸入空氣容積流量不變化的前提下,燃氣輪機的進氣質(zhì)量流量將會相應(yīng)減少,因而導致燃氣輪機的功率下降。由于燃料量隨著空氣質(zhì)量流量的變化而調(diào)整,只要燃燒室內(nèi)的溫度保持不變,則燃氣輪機

9、的效率就會基本不變,從而其熱耗率的變化可忽略不計。以ge公司9e型燃氣輪機為例,大氣壓力降低1kpa,其功率約降低1%左右。由于水蒸氣的比重較空氣小,因此濕空氣相對于干空氣亦會對燃氣輪機組的功率和熱耗率產(chǎn)生影響。但是,與環(huán)境溫度及大氣壓力對燃氣輪機功率的影響程度相比,相對濕度的影響最小。隨著市場對增大燃氣輪機功率的需求,以及排放標準不斷提高,而在燃燒器的首端或者壓氣機的排氣缸注入蒸汽或者水從而加大功率以及控制和消除nox。因此,對于采用此種方案的燃氣輪機,相對濕度對機組功率的影響較為顯著,但對熱耗率的影響可忽略不計。而對于不采用注蒸汽(或水運行的燃氣輪機而言,相對濕度的變化對其功率和效率的影響均可忽略不計