簡述燃氣輪機發(fā)電機組的性能計算

簡述燃氣輪機發(fā)電機組的性能計算摘要：本文依據(jù)規(guī)范標準，簡單明了的闡述了燃氣輪機發(fā)電機組性能計算所需要的關鍵參數(shù)，以及參數(shù)取值依據(jù)，并列出了常用的燃氣輪機發(fā)電機組性能的計算公式。關鍵詞：燃氣輪機發(fā)電機組性能計算1.概述對于燃氣輪機發(fā)電機組而言，機組性能根據(jù)不同現(xiàn)場條件分有性能保證工況、ISO工況、夏季工況、冬季工況。主要包含環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、相對濕度、燃料品質等參數(shù)；根據(jù)不同負荷條件分，有100%負荷工況、70%負荷工況、50%負荷工況等。一般燃氣輪機發(fā)電機組需要提供不同現(xiàn)場條件和不同負荷工況的性能數(shù)據(jù)，便于燃機電站總體經(jīng)濟分析及機組考核。本文主要結合國家相關規(guī)范以及實踐中最終用戶提供的燃氣輪機性能數(shù)據(jù)等內容，簡單明了的介紹了燃氣輪機性能計算所需要的關鍵參數(shù)以及性能計算輸出的關鍵指標。1.關鍵參數(shù)燃氣輪機發(fā)電機組性能計算的基本條件有現(xiàn)場條件工況定義中的基本條件(環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、相對濕度、燃料品質)以及燃機進氣壓損、排氣壓損、發(fā)電機效率、減速器效率等。燃氣輪機發(fā)電機組的ISO工況一般指，在一個標準大氣壓下(101.325kPa)，環(huán)境溫度15°C，相對濕度60%，燃氣輪機發(fā)電機組100%負荷條件下的運行工況。2.1燃料對于燃氣輪機發(fā)電機組通常需要計算其工作效率，燃氣輪機發(fā)電機組的工作效率表達形式有燃料消耗量、熱效率、熱耗率等，這也是用戶通常比較關心的參數(shù)。根據(jù)GB/T11062-2014天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法中所述，燃料有高位發(fā)熱量（GB/T28686-2012燃氣輪機熱力性能試驗中稱為總比能）和低位發(fā)熱量（GB/T28686-2012燃氣輪機熱力性能試驗中稱為凈比能）。進行計算時，我們通常采用燃料低位發(fā)熱量（凈比能）。對于氣體燃料，例如天然氣，當燃料由摩爾、質量、體積給出時其低位發(fā)熱量分別對應有摩爾發(fā)熱量、質量發(fā)熱量、體積發(fā)熱量。在不同的燃燒參比條件下，氣體燃料的低位發(fā)熱量不盡相同。由于實際氣體在不同壓力、溫度下，壓縮因子不相同，因此在不同計量參比條件下即使是同一燃料體積發(fā)熱量也會不同。各國規(guī)定的燃燒參比條件和計量參比條件均不相同，我國規(guī)定的燃燒參比條件和計量參比條件均為壓力101.325kPa，溫度20°C。本規(guī)范按我國規(guī)定參比條件計算，具體計算方法見GB/T11062-2014天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法。2.2空氣/煙氣焓值氣體焓值為氣流中各組分的焓值的質量加權值。各組分的焓值由NASA擬合公式（參見NASA/TP-2002-211556，2002年9月）推導得出。該計算公式氣體焓值計算的基準溫度為15.56C。2.3水和水蒸氣水和水蒸氣焓值采用IAPW-IF97國際水和水蒸氣性質學會工業(yè)用計算公式1997或實際與業(yè)主達成協(xié)議的其他水蒸氣特性圖表獲得。主要用于計算水和水蒸汽的焓值。3.燃氣輪機發(fā)電機組性能計算燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電機組熱平衡邊界示意圖根據(jù)能量守恒定律，由上圖可知，所有輸入系統(tǒng)邊界的能量等于輸出系統(tǒng)邊界的能量。即：空氣的輸入能【m】+燃料的輸入能【■' 】+輔助功耗耗能【二，山】二燃機輸出電能【】+排煙的煙氣熱能【U廠】+滑油散熱量【'”】+發(fā)電機本體散熱量【U】+燃機本體散熱量【，'?】其中：M：空氣流量，kg/h;H：空氣焓，kJ/kg;0：燃料低位熱值，kJ/kg;（應當注意參比條件，我國規(guī)定的燃燒參比條件和計量參比條件均為壓力101.325kPa，溫度20°C。燃料低位熱值應為此條件下的數(shù)值。）:::燃料顯熱，kJ/kg;（偏離參比溫度＜20C＞時有此項）".：燃料流量，kg/h;J:滑油泵、風機等輔助電功率，kW;?'?：機組輸出功率，kW;（有勵磁功時含勵磁功率）3600：電的熱當量，kJ/（kW-h）;M：燃機排煙流量（即鍋爐入口煙氣流量），kg/h;yH：燃機排煙煙氣焓（即鍋爐入口煙氣焓），kJ/kg;y頃:滑油散熱量，kJ/h;* :發(fā)電機本體散熱量，kJ/h;”?:燃機本體散熱量，kJ/h。3.1燃氣輪機發(fā)電機組性能計算輸入?yún)?shù)1） 壓氣機進氣溫度壓氣機進氣溫度，即燃機進氣溫度，是指壓氣機進口處（壓氣機進口法蘭處或進氣喇叭口處）空氣的溫度（°C）。計算時，以環(huán)境溫度作為壓氣機進口處溫度。2） 壓氣機進氣壓力壓氣機進氣壓力，即燃機進氣壓力，是指壓氣機進口處（壓氣機進口法蘭處或進氣喇叭口處）空氣的全壓（kPa）。通常包含進氣過濾的壓力損失。機組通常計算進氣壓力損失為100mmHO,也有機型的進氣阻力損失為實際提供值。23） 壓氣機進氣流量壓氣機進氣流量，即燃機進氣流量，是指壓氣機進口的空氣流量（kg/s）。該值一般由燃氣輪機廠商提供。計算時通常以燃氣輪機排氣流量減去燃料流量獲得。4）燃料溫度燃料溫度是指進入燃氣輪機的燃料溫度（°C）。通常計算時，以15°C（IS0）燃料供應溫度作為燃料溫度。燃料的計量參比溫度為20C，當燃料溫度偏離20C時，應當計算燃料的顯熱。5）燃料低位發(fā)熱量燃料低位發(fā)熱量是根據(jù)燃料氣組分數(shù)據(jù)計算得出的，各組分的低位發(fā)熱量參見GB/T11062-2014天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法中相應數(shù)據(jù)表。燃燒參比條件和計量參比條件均為101.325kPa，20C。3.2燃氣輪機發(fā)電機組性能計算輸出參數(shù)1） 燃料流量燃料流量是指供給燃氣輪機的燃料流量。性能計算時，由燃氣輪機廠家依據(jù)燃氣輪機發(fā)電機組的效率，燃氣輪機發(fā)電機組在某一工況的發(fā)電功率以及燃料低位發(fā)熱量，計算出所需燃料流量。通常用于考核燃氣輪機發(fā)電機組的氣耗率、熱效率等。西門子通常提供功率及熱耗率，具體燃料流量還需要根據(jù)功率、熱耗率以及燃料低位發(fā)熱量計算得出。現(xiàn)場運行過程中，由流量計測得實際燃料流量。2） 燃料熱輸入功率通常燃機供應商會根據(jù)項目的實際情況計算燃氣輪機發(fā)電機組的相關性能參數(shù)。燃料熱輸入功率就是燃機的重要性能參數(shù)之一。燃料熱輸入功率和燃氣輪機發(fā)電機組的輸出功率是衡量燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電效率的基本參數(shù)。3） 燃氣輪機發(fā)電機組的輸出功率燃氣輪機發(fā)電機組的輸出功率是指某特定工況條件下，發(fā)電機組的凈輸出功率。一般由燃氣輪機廠商根據(jù)具體工況提供，在發(fā)電機不是由廠家一并提供的情況下，根據(jù)發(fā)電機效率的不同，計算實際燃氣輪機發(fā)電機組輸出功率，有勵磁功耗時，需要扣除勵磁功率作為燃氣輪機發(fā)電機組輸出功率。4）排氣溫度燃氣輪機排氣溫度是指燃氣輪機出口法蘭平面處工質的溫度（°C）。由燃汽輪機廠商提供。實際檢測時，以儀表檢測值為準。（通常提供的數(shù)據(jù)有±15C偏差。）5） 排氣流量燃氣輪機排氣流量是指燃氣輪機排氣出口的煙氣流量（kg/s）。該值由燃氣輪機廠商提供。該值驗收試驗時一般根據(jù)鍋爐數(shù)據(jù)反算得出。（通常該數(shù)據(jù)有±3%偏差。）6） 排氣壓力燃氣輪機排氣壓力是指燃氣輪機排氣出口的靜壓。無配套余熱鍋爐時，燃氣輪機排氣壓力即為大氣壓力。配套余熱鍋爐時，余熱鍋爐出口壓力為大氣壓力，燃氣輪機排氣壓力大于大氣壓力。其中途徑余熱鍋爐的排氣壓損（即燃氣輪機排氣出口的靜壓減去大氣壓力）限值通常由燃氣輪機廠商規(guī)定。排氣壓損影響燃氣輪機發(fā)電機組功率輸出，驗收時需要根據(jù)實際所測壓損對燃氣輪機發(fā)電機組的輸出功率進行修正。7） 燃氣輪機發(fā)電機組熱耗率燃氣輪機發(fā)電機組熱耗率是指燃氣輪機發(fā)電熱耗量與其輸出功率的比值。以下計算公式參照DL/T904-2015火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法，當燃料輸入溫度偏離參比溫度（20C）時，應當計算燃料的顯熱。如招標文件中有另行規(guī)定計算公式，以招標文件為準。廠七_%式中：:燃機熱耗，kJ/（kW?h）;Hl:燃料低位熱值，kJ/kg;;?:燃料顯熱，kJ/kg;":燃料流量，kg/h;":燃料熱輸入量，KJ/h;'：燃氣輪機發(fā)電機組輸出功率，kW。8）燃氣輪機發(fā)電機組熱效率燃氣輪機發(fā)電機組熱效率通常是指燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電量的當量熱量與供給燃料熱耗量的百分比，即燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電熱效率。以下計算公式參照DL/T904-2015火力發(fā)電廠技術經(jīng)濟指標計算方法，當燃料輸入溫度偏離參比溫度（20°C）時，應當計算燃料的顯熱。如招標文件中有另行規(guī)定計算公式，以招標文件為準?；蛞?11式中::燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電熱效率，%;?'：機組輸出功率，kW;3600：電的熱當量，kJ/（kW?h）;..■■■■:燃料低位熱值，kJ/kg;（應當注意參比條件，我國規(guī)定的燃燒參比條件和計量參比條件均為壓力101.325kPa，溫度20C。燃料低位熱值應為此條件下的數(shù)值。）:::燃料顯熱，kJ/kg;（偏離參比溫度＜20C＞時有此項）'■:燃料流量，kg/h。有的廠家要求計算燃氣輪機發(fā)電機組效率時需將空氣輸入、輔助功耗等考慮在內，如下式：m&K）召,-Y^fwop偵）+虬￥皿式中：L：燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電熱效率，%;M：空氣流量，kg/h;H：空氣焓，kJ/kg;0?'：燃氣輪機發(fā)電機組輸出功率，kW;3600：電的熱當量，kJ/（kW?h）;J:滑油泵、風機等輔助電功率，kW;：燃料低位熱值，kJ/kg;（應當注意參比條件，我國規(guī)定的燃燒參比條件和計量參比條件均為壓力101.325kPa，溫度20°C。燃料低位熱值應為此條件下的數(shù)值。）:燃料顯熱，kJ/kg;（偏離參比溫度＜20C＞時有此項）?".：燃料流量，kg/h；P:燃料熱輸入功率，kW。9）燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電氣耗率燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電氣耗率指單位時間內燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電量與燃氣消耗量之比。若招標文件中有規(guī)定發(fā)電氣耗率的計算公式，應以招標文件中計算公式為準。-36OOPr式中：、：燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電氣耗率，Nm3/kJ;:燃氣消耗量，Nm3/h;?'?：燃