撰文/花俊豐

■578201 中海海南發(fā)電有限公司 海南 儋州

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洋浦電廠壓氣機(jī)水洗周期優(yōu)化設(shè)計(jì)

撰文/花俊豐

■578201 中海海南發(fā)電有限公司 海南 儋州

由于該廠機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生改變，運(yùn)行時(shí)間大幅縮短，故需對(duì)原有壓氣機(jī)水洗周期進(jìn)行重新評(píng)估，本文采用數(shù)值模擬，線性擬合等分析手段，計(jì)算分析給出最新經(jīng)濟(jì)周期，以適應(yīng)機(jī)組最新運(yùn)行狀況，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；聯(lián)合循環(huán)；焦樹(shù)建分析法；線性擬合

焦樹(shù)建分析法建立該廠燃機(jī)效率對(duì)燃—汽聯(lián)合效率的影響程度S（）數(shù)學(xué)模型［1］

1.1燃?xì)廨啓C(jī)（以下簡(jiǎn)稱燃機(jī)）循環(huán)的數(shù)學(xué)建模

①燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的能量平衡方程

如圖1所示，以燃機(jī)為熱力系統(tǒng)研究對(duì)象，根據(jù)：

系統(tǒng)輸入能量=系統(tǒng)輸出能量

式中，Qa1為進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣攜帶的能量；Qg為燃?xì)獾臀话l(fā)熱量；hf為燃?xì)獾奈锢盱剩颂幦細(xì)鉄o(wú)加熱，為燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)功率；Q為c燃?xì)廨啓C(jī)排入余熱鍋爐的燃?xì)馑鶖y帶的額能量；ηr為燃燒效率；相對(duì)于供入燃?xì)廨啓C(jī)的1Kg/s的燃?xì)舛?，式中各單位均為kW。為方便計(jì)算，以下各式單位均一樣。

對(duì)于此方程而言，左側(cè)是進(jìn)入所劃定的燃?xì)廨啓C(jī)邊界的能量，右側(cè)是從所劃定的額

邊界出來(lái)的能量，在穩(wěn)定的特定熱力系統(tǒng)邊界而言，左側(cè)與右側(cè)相等。此式即為燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的能量平衡方程。

②燃機(jī)相關(guān)效率的數(shù)學(xué)建模

其中，ηM.gt為燃機(jī)的機(jī)械效率；

燃機(jī)發(fā)電功率：

其中，ηG.gt為燃?xì)廨啓C(jī)的機(jī)械效率；

燃機(jī)供電效率：

其中egt為燃機(jī)廠用電率；

由1.1-1和1.1-2進(jìn)一步推導(dǎo)可有關(guān)系式

1.2余熱鍋爐的能量平衡方程式

式中，Qw為進(jìn)入余熱鍋爐的給水所攜帶的能量；Qst1為高壓蒸汽攜帶的能量，Qst2為低壓蒸汽攜帶的能量；Qa2為余熱鍋爐排煙攜帶的能量。

對(duì)于此方程，是建立在劃定HRSG熱力系統(tǒng)基礎(chǔ)上存在的能量平衡方程。

1.3汽輪機(jī)循環(huán)的數(shù)學(xué)建模

汽機(jī)的能量平衡方程：

式中，Wst為蒸汽輪機(jī)的循環(huán)功率；Qa3為汽輪機(jī)排汽在凝汽器中放給冷源的熱量。

汽機(jī)的循環(huán)效率：

1.4燃—汽聯(lián)合循環(huán)各效率的數(shù)學(xué)建模

聯(lián)合循環(huán)的循環(huán)內(nèi)效率：

此式即為聯(lián)合循環(huán)的循環(huán)內(nèi)效率，其中ηMG·gt=ηM·gt·ηG.gt，ηMG

進(jìn)一步可推導(dǎo)出聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率

聯(lián)合循環(huán)的供電效率：

e是聯(lián)合循環(huán)的廠用電率。焦樹(shù)建分析法可單獨(dú)對(duì)所選設(shè)備（壓氣機(jī)）的熱力性能參數(shù)使用該分析法進(jìn)行評(píng)估［1］。

1.5影響系數(shù)S（ηeqgr）數(shù)學(xué)模型

采用系數(shù)法進(jìn)行分析

按各參數(shù)相對(duì)變化量的形式變換并求偏導(dǎo)數(shù)

此式中各參數(shù)相對(duì)變化量Δ—х前各式記為，變化為

此時(shí)，假定每個(gè)參數(shù)變化量都是1%，那么那一個(gè)參數(shù)的影響系數(shù)的值大，這個(gè)參數(shù)對(duì)循環(huán)效率的影響程度就越大，得出下式

1.5-3

即燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率每降低1%，聯(lián)合循環(huán)供電效率降低0.4601%

注：參數(shù)取值以現(xiàn)場(chǎng)為準(zhǔn)，其中ηh以近似式ηh=計(jì)算，ηeqgt不考慮流阻損失。

焦樹(shù)建分析法建立壓氣機(jī)效率對(duì)燃機(jī)效率的影響程度S（ηc）數(shù)學(xué)模型

按上述分析法分析有如下各數(shù)學(xué)模型：

其中，ηc為壓氣機(jī)效率；ηt為透平效率；ηCC為燃燒室燃燒效率；ξ為壓氣機(jī)流阻損失；，其中

分析法得出：

S（ηc）=

實(shí)際取個(gè)參數(shù)值計(jì)算得：S（ηc）=0.81，即壓氣機(jī)效率每變化1%，燃機(jī)效率變化0.81%。

注：參數(shù)取值以現(xiàn)場(chǎng)為準(zhǔn)。

壓氣機(jī)效率對(duì)燃—汽聯(lián)合循環(huán)效率的影響系數(shù)

即燃機(jī)壓氣機(jī)效率每下降1%，聯(lián)合循環(huán)效率下降0.37%。

壓氣機(jī)效率的線性擬合

壓氣機(jī)效率采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

由于在不同負(fù)荷下，壓氣機(jī)效率差別很大，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，選取滿負(fù)荷附近的壓氣機(jī)效率進(jìn)行分析，帶入數(shù)據(jù)可得｛ηc｝為｛ηc｝=｛η1，η2，…ηk｝

所對(duì)應(yīng)運(yùn)行天數(shù)為｛tk｝，其中｛tk｝=｛t1，t2，…tk｝

對(duì)于上述兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合得出ηc與燃機(jī)運(yùn)行時(shí)間t的關(guān)系ηc=kt+b

擬合曲線如表2所示。

注：由于實(shí)際取值時(shí)燃機(jī)有較長(zhǎng)時(shí)間處于非滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，所以曲線看起來(lái)比較離散。

壓氣機(jī)水系時(shí)間點(diǎn)評(píng)估

最佳水洗時(shí)間點(diǎn)應(yīng)滿足以下條件：

壓氣機(jī)因壓氣機(jī)效率下降導(dǎo)致的累計(jì)損失=壓氣機(jī)水洗總成本

圖2　部分燃機(jī)負(fù)荷效率線性擬合曲線圖

其中累計(jì)損失為=∑ΔP×上網(wǎng)電價(jià)

根據(jù)以上分析，有ΔP=0.7969ΔηcP

壓氣機(jī)水洗總成本=水洗耗電（忽略不計(jì)）+洗滌劑成本+天然氣消耗量

最后算知最佳水洗時(shí)間預(yù)估點(diǎn)為t=672小時(shí)，考慮該廠實(shí)際機(jī)組屬于高齡機(jī)組，建議將水洗時(shí)間預(yù)定為t=600小時(shí)，可每年節(jié)約成本12萬(wàn)余元，節(jié)水20余噸，同時(shí)亦可保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)于壓氣機(jī)水洗周期的確定計(jì)算，應(yīng)隔三至五年進(jìn)行重新計(jì)算，已確定最佳水洗時(shí)間。

總結(jié)

經(jīng)上述一系列數(shù)析方法分析后，可以給出現(xiàn)階段運(yùn)行方式下最合適的壓氣機(jī)水洗周期，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的；

上述分析法方法為目前較為容易理解的一種數(shù)學(xué)方法，對(duì)于各個(gè)燃?xì)怆姀S或其他存在壓氣機(jī)裝置的設(shè)備理論計(jì)算具有實(shí)際的借鑒意義。

參考：

［1］段秋生.燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站熱力性能分析理論與計(jì)算［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

圖1 洋浦電廠常規(guī)非補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)鈅__蒸汽聯(lián)合循環(huán)典型系統(tǒng)

C___壓氣機(jī)；CC___燃燒室；CWP___凝結(jié)水泵；HWP___高壓給水泵；LWP___抵

押給水泵T___透平；HRSGT___余熱鍋爐；ST—汽輪機(jī)

花俊豐（1987—），男，海南人，工學(xué)碩士學(xué)位，從事燃機(jī)運(yùn)行，技術(shù)管理工作。