联合循环机组中燃气轮机部件劣化对功率效率的敏感性分析

摘 要：当前我国发电厂运行的联合循环机组中，燃气轮机在运行的过程中不可避免的都会出现部件劣化，部件劣化对机组的运行效率难免会出现影响，本文就以机组运行的现场的数据作为研究基础面分析燃气轮机的运行特点，从而研究部件劣化对功率效率的敏感性，为维护机组运行效率作保障。

关键词：联合循环机组；燃气轮机；敏感性

近年来，天然气的价格不断的上涨，促使更多的电厂对机组发电效率与节能状态更加的重视。虽然近年来节能的理论已经广泛的应用在联合机组中，但是在联合循环机组中的应用却尚未普及。对机组的节能诊断步骤主要有三，其一就是对机组的标准参数进行统计，其二就是对影响因子的敏感性进行分析，然后再通过敏感性计算出其机组的节能潜力。但是当下对燃气-蒸汽联合循环机组的敏感性的分析却并不常见。整个燃气轮机在运行的过程中，长时间的运行都会导致蒸汽轮机的部件出现劣化，而这些劣化都会引起部件效率的下降。在电厂的正常运营中，燃气轮机部件的劣化是无法避免的，因此为了及时的调整循环机组，保证发电厂的效率，就必须要对部件劣化对功率效率的敏感性进行分析，及时的做出调整和有效的应对措施。

一、计算模型分析

1）燃气轮机计算模型。综合规律法是对压力机特性进行计算的相对理想的一种运算方法，就是通过对多个部件特性进行统计和归纳，找出其回归函数，既包含了实际规律，又有一定的物理规律在里面。以F级燃气机轮为例，F级燃气机轮通常是需要在压气机的入口设置进气可转导叶，即IGV，然后就可以通过IGV的开度来对空气流量进行控制，以提高燃气机轮部分的负荷运行性能。在大气压力与湿度不变的情况下，根据IGV的调节的原理压气机的进口轴向速度与IGV的角度可以形成一个三角函数，而IGV的角度与空气的进口流速也就可以成为一种二次曲线的关系。

2）余热锅炉计算模型是根据系统中的不同的未知参数高、中、低压蒸馏量与余热锅炉的排烟温度，运用能量守恒定理以及厂家提供的其他设计数据来求出未知变量的计算过程，此计算模型被运用在余热锅炉系统中。

3）敏感分析模型。此类型的分析模型是在实际电厂中被广泛运用，比如燃气敏感分析、热耗敏感分析等，在本文中着重的讲解在联合循环电站中的应用。某机组在正常运行的状态下的运行参数集合为（x1，x2，x3…xi…xn），当其中的一个参数xi偏差到无穷小（记作：Δxi），那么参数集合就变成了（x1，x2，x3…xi+Δxi…xn），机组的偏离量就可以算出：ΔA=Axi+Δxi-Axi。

通过定义A与xi之间的关系就可以求出燃气轮机与联合循环功率、效率的敏感因子：A=A/A0。

二、联合循环机组中燃气轮机部件劣化对功率效率的敏感性分析

（一）机组标准参数

燃气轮机部件劣化的敏感性分析可以通过计算模型进行分析，对机组性能的考核的环境工况以及环境压力进行检测，并以机组中1年内的投产运行数据作为参考基础，求得压力及流量、压比以及效率模型的细数，再将之与数据模型进行对比。其中值得注意的是透明模型中的环境的工况及压力的测量时没有考虑其他可变性的因素，所计算出的透平效率要比实际中的结果要低。

（二）燃气轮机部件劣化的敏感性分析

在约定的工作环境之下的压气机的劣化程度会随着联合循环的相对功率与ICV的增长而不断的提高，即劣化程度与相对功率、IGV呈正向相关。另外IGV的开度不同时，其相对功率对劣化的敏感性的影响是都不同的，它随着IGV的开度的减小而减小，当IGV的开度大于40%时，联合循环效率对压气机的敏感性基本上是呈直线的，但是当IGV的开度小于40%时，敏感性就会随着开度的减小而增大。

（三）燃气轮机部件劣化的敏感性因子的验证

燃气机轮的效率的变化是受多方原因影响的，对多方的因素进行综合的考虑，就可以用下式表示：

ηgt=ηr

联合循环效率：

ηc=[ηgt+（1-ηgt）·ηhrsg·ηp·ηst ]·ηe

在对燃气轮机效率对压气机劣化的敏感性因子的计算时，是要以流量与压比保持稳定为前提的，压气机的劣化都会导致压气机出口的温度升高，而模型计算中透平排气温控保持透平的温度，这种计算方法的透平效率与膨胀比都是不变的，在对透平劣化敏感性的因子计算时，膨胀比保持不变的前提下透平的效率降低时，模型计算中的透平排气温度却由于其存在排气温控不会产生变化，但是透平进气温度会降低，透平效率与温比同时降低，故，模型计算中的计算值会比实际值偏大。

三、运行策略

在联合循环机组的实际的运行状态下，负荷的大小是受调度中心来控制的，就是按照其指定的负荷来运行，也就是定功率运行。但是由于燃气机部件存在不同程度的劣化，所以原来状态下的IGV开度无法满足劣化之后的部件运行指定功率，部件劣化后IGV开度会随着联合功率的增加而不断增大。

针对这一问题，通过调整IGV开度将联合功率达到指定功率并不是一条长久之计，会促使联合循环的相对效率不断的下降。上文有提出透平劣化中有排气温控的控制，所以透平进气的气温会相对下降，倘若重新设定透平排气温度模式劣化后的透平进气温度恢复到原来的水平，就可以提高联合循环的效率。

四、结语

由上文中对燃气轮机中的压气机的劣化与透平劣化的敏感性分析结果可以得出透平劣化对联合循环以及燃气轮机的影响要比压气机的劣化大，所以，电厂在实际的操作运行的过程中要重视透平劣化对联合循环机组的影响。同时，在IGV不同的开度下，功率对压气机的劣化和透平劣化敏感性因子也有所区别，效率对透平劣化的敏感因子随着IGV的开度减小而降低，而对压气机劣化的敏感因子随着IGV的开度的减小和增加，即功率的透平劣化的敏感因子与IGV开度呈正相关，效率与压气机劣化的敏感因子与IGV开度呈负相关。

作者简介：祁建华（1964-），男，汉族，辽宁康平县人，大专，助理工程师。