基于国际标准ISO2314的联合循环机组热力性能试验研究

何冬辉

(辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179)

随着高效率、高比功大型燃气轮机技术的快速发展，燃气轮机、汽轮机和余热锅炉组成的联合循环机组具有投资少、变工况运行灵活可靠、降低燃烧污染环境、深度调峰性能好等优势，逐渐在我国电力行业得到广泛应用[1]。针对新建燃气-蒸汽联合循环机组，为了准确考核机组在合同规定的条件下，各种工况下机组的输出功率和热效率是否满足合同规定下各种工况的性能保证值，需对机组进行整体性能考核试验。同时，在试验过程中发现运行调整存在的一些技术及设备质量问题，为今后系统运行和设备检修提供技术参考。

ISO2314:1989/AMD1是国际标准化组织(ISO)发表的燃气-蒸汽联合循环电站热力性能试验验收标准[2]，该标准提供整套试验方法来确定联合循环机组试验工况下修正到约定条件下的整体机组修正输出中功率、修正热耗率，已广泛用于燃气-蒸汽联合循环机组的热力性能验收试验[3]。因此，本文用ISO2314:1989/AMD1标准进行了燃气-蒸汽联合循环机组的性能试验，重点阐述试验方法及过程、参数测量方法、试验数据整理及结果修正等方面，提出了性能试验过程中的一些关键技术要点，为大型联合循环机组性能验收工作提供参考。

1 机组及设备概况

本联合循环机组的热力系统和循环参数为典型MPCP1(M701F)型发电机组。机组由1台M701F型燃用天然气的大型燃气轮机，配以1台三压、再热、无补燃、立式、自然循环余热锅炉，1台三压、再热、双缸向下排汽的蒸汽轮机，1台全氢冷、静态励磁的发电机。1台发电机由燃气轮机和蒸汽轮机同轴驱动。M701F为具有环管型燃烧室的单轴燃气轮机，ISO环境下基本负荷功率为270 MW，简单循环热效率为38.2%，燃气初温为1350 ℃，压气机增压比为17.0，空气流量为651.5 kg/s，排气温度为586 ℃。在约定运行条件下，MPCP1(M701F)型联合循环发电机组净输出功率为406.83 MW，净热耗率为6277 kJ/kWh，循环热效率为57.4%。

2 试验目的及标准

2.1 试验目的

通常燃气-蒸汽联合循环机组性能试验一般在机组完成满负荷试运移交试生产后进行。当燃气-蒸汽联合循环机组的各个设备稳定运行一定时间后，对机组各有关参数进行测量和记录，然后根据试验数据进行计算和结果修正，得出在试验标准条件下机组的输出功率和热耗率[4]，掌握该机组的整体热力性能。同时与合同性能保证条件下的热力性能值进行比较，评价机组及设备是否满足热力性能要求，为今后机组的运行提供技术依据。

2.2 试验标准

在机组设计安装阶段，其性能试验采用的标准及试验方案应由建设、调试、制造、设计、运行等单位商定，具体包括试验标准、试验条件、试验流程、试验数据采集、试验结果有效性判据、计算结果修正方法等。该联合循环机组热力性能试验汽轮机为IEC-46国际标准，余热锅炉为ASME PTC4.4国际标准，燃气轮机为ISO2314:1989/AMD1。

3 试验方法及过程

3.1 试验条件

a.系统隔离。试验前应确立试验边界，确保试验系统为独立的热力循环系统，要求同设备厂家提供的热平衡图热力循环完全一致。任何满足实际运行需要而增设的歧路系统及与原设计不同的进出被考核系统的质量、能量流都必须隔离。在从试验负荷稳定时开始，至试验结束这段时间，外来流量必须隔离，以保证试验系统的汽水平衡。试验时燃用规定的天然气。系统补给水率为零，试验期间锅炉不排污。

b.调整运行参数稳定。试验过程中，各主要运行参数应调整到额定值，并维持稳定。各参数满足表1所述则认为系统处于稳态。

表1 性能试验参数允许偏差

3.2 试验过程

3.2.1 预备性试验

在验收试验前，按试验标准要求做预备性试验，以达到检验各试验仪表、机组控制系统、试验数据采集系统工作是否正常，及确定联合循环电厂是否具备进行正式试验条件的目的。

3.2.2 正式试验

如果预备性试验结果符合试验法规要求，才能开始正式性能试验，正式性能试验程序如下。

a.检查各测点、仪表安装是否正确，状态是否完好，仪表精度是否符合试验大纲规定要求。

b.调整稳定运行参数。在开始正式性能试验之前，按要求保持机组在额定负荷下稳定运行大约1 h，系统各运行参数尽量达到约定条件下参数值。在MHPS判定机组设备处于稳定状态条件时，大约15 min后开始进行性能试验。

c.开始采集、记录各测量参数。临时试验数据采集系统(DAS)需设置好采样时间，要求每隔30 s采集1次测量数据，人工测量需每隔10 min进行1次。燃气采样需在在试验开始和结束时分别采样1次。性能试验要求持续时间为1 h。

d.结束测量，检查记录数据，确认记录有效，结束试验。

4 试验数据及结果修正

4.1 修正计算方法

由于实际试验工况与性能保证工况存在偏差，其试验结果应当修正到性能保证工况。三菱公司对联合循环机组的性能试验时按国际标准ISO2314的乘法修正方法进行的。只是由于三菱公司给出的修正曲线形式要求，机组的修正性能为试验测量性能除以修正系数。由机组性能试验测量结果，经计算获得试验条件下联合循环机组的输出总功率和总热耗率，根据制造厂家提供的修正曲线资料，其约定运行条件下的联合循环机组的修正性能计算方法如下：

Ptest/(KP1KP2KP3KP4KP5KP6KP7KP8KP9KP10

(1)

式中：Pcorr为联合循环机组在约定运行条件下的修正输出总功率，kW；Ptest为试验工况时测量的联合循环总输出功率，kW；KP1为压气机进口大气温度对输出总功率的修正系数；KP2为压气机大气压力对输出总功率的修正系数；KP3为压气机进口大气相对湿度对输出总功率的修正系数；KP4为燃气轮机燃料低位热值对输出总功率的修正系数；KP5为蒸汽轮机背压对输出总功率的修正系数；KP6为当量老化小时数对输出总功率的修正系数；KP7为电网频率对输出总功率的修正系数；KP8为发动机功率因数对输出总功率的修正系数；KP9为氢冷发电机冷却氢气对输出总功率的修正系数；KP10为机组补水率和温度对输出总功率的修正系数。

燃气-蒸汽联合循环机组功率和效率的修正同热耗率。对于该机组，修正项目见表2。

表2 试验结果修正参数

4.2 修正计算步序

a.试验条件下，联合循环总输出功率计算PTGPO(t)=GTPO(m)-EPC(m)，见表3。

表3 试验条件下联合循环输出总功率计算表 kW

b.基准工况下，联合循环总输出功率计算PTGPO(c)=PTGPO(t)/(KP1KP2KP3KP4KP5KP6KP7KP8KP9KP10)，见表4。

表4 基准工况下联合循环总输出功率计算表

c.试验条件下，联合循环燃机总热耗率计算PTGHR(t)= (Mf(t)×LHV(t)+Mf(t)×HF(t)+QW(t))/PTGPO(t)，见表5。

表5 计算试验条件下联合循环热耗率

d.基准工况下，联合循环燃机热耗率计算PTGHR(c)=PTGHR(t)/(CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8CH9CH10)，见表6。

表6 计算基准工况下联合循环热耗率

在100%负荷性能保证工况下，该机组修正至约定运行条件下的净输出功率为377 053 kW，高于保证值。同时，净热耗率修正至约定运行条件下为6353.2 kJ/kWh，低于保证值，均达到了合同保证值要求。

5 结束语

综上联合循环性能试验过程和计算结果修正算法，按照试验标准进行试验边界划分、准确采集试验数据、合理使用修正曲线的情况下，采用国际标准ISO2314进行联合循环机组的性能试验，具有试验简捷、计算流程明确清晰、结论准确的特点。基于国际标准ISO2314进行联合循环机组性能试验时，划分边界、测点布置、系统隔离等对测量结果影响较大。因此，试验前应熟悉标准和试验流程，安全有序的开展联合循环机组性能试验工作，确保性能考核试验一次性顺利通过。