M701F型燃气轮机的在线运行负荷特性_阚伟民

收稿日期:2010-10-17

基金项目:广东电网公司科研项目(DK 0010DK 0041)

M701F 型燃气轮机的在线运行负荷特性

阚伟民

(广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080)

摘要:分析了重型燃气轮机负荷特性的影响因素,提出了研究重型燃气轮机负荷特性的技术路线。基于此,针对某M 701F 型燃气轮机,以国际标准化组织(I nterna tio nal O rg anizat io n f or Standardization,I SO )的标准条件为基准,由机组的在线运行数据获得其负荷特性曲线,并建立负荷特性的数学模型。考察该燃气轮机6940组实际数据,得出结论:当折算基准功率不小于18M W 时,其负荷特性数学模型的最大相对误差不超过5173%。关键词:M 701F 燃气轮机;负荷特性;进口可调导叶开度;燃气轮机功率;燃气轮机效率中图分类号:T K 228 文献标志码:A 文章编号:1007-290X (2010)11-0060-04

On -line Running Load Characteristics of M701F Gas Turbines

KA N We-i min

(Electr ic P ow er R ese arch Inst.of G uang do ng Po we r G r id Co rp 1,G ua ng zhou,G uangdong 510080,China )

Abstract:T he facto r s inf lue ncing the lo ad char acter istics o f heav y -duty g as tur bines ar e analyzed,a nd then a technica l ro ute is pr opo sed fo r resear ching the load char acter istics o f heav y -duty gas turbines.Based on the technic al r oute and the sta ndar d conditio ns of Inter nationa l O rg anizat io n fo r Standardization (ISO ),the load cha rac teristic cur ve o f a M 701F g as turbine is acquir ed acco rding to its on -line o pera ting dat a,and the mathem atical mo del o f loa d char acter istics is built.Che cking 6940gr oups o f data o f the gas turbine ,the max imum re lative er r or of the lo ad char acte ristic ma thematical m odel do es not ex ceed 5173%w hen the co nver ted re fer ence pow er is no t less tha n 18M W.

Key words:M 701F gas tur bine;lo ad ch ara cter istic;o pening of inlet v ariable guide va ne (IG V );pow er of gas tur bine;eff iciency o f g as turbine

在世界各国的电力工业中,容量大、效率高、环保优的燃气轮机及其燃气-蒸汽联合循环机组正

成为世界电力工业中的一个重要组成部分,其作用日益增升。随着我国天然气资源的大规模开发利用,西气东输、近海天然气开发和引进国外天然气工程的全面展开,以及我国引进美国通用电气公司、德国西门子公司及日本三菱重工业股份有限公司等F(A)级大功率单轴燃气轮机机组,重型燃气轮机及其联合循环在我国蓬勃发展

[1]

。根据国家发

展和改革委员会的规划,到2020年,全国燃气轮机联合循环发电装机容量将达到55G W,是2000年之前50年已建成同类装机容量的25倍。其中,广东省目前燃气轮机及其联合循环发电装机容量超

过515GW,为广东电网的安全、稳定、清洁、高效运行发挥着重大作用,并对广东电力系统的生产运行及节能调度产生了重要影响。

由于外界需求负荷、环境温度等因素变化,燃气轮机出力、效率或热耗率等性能指标亦随之改变,机组常常处于变工况运行状态[2-5]

。考察、比较不同燃气轮机机组的负荷特性,就需要将燃气轮机的相关性能指标折算到某种基准条件[6]。由于外界负荷、环境温度等的影响,燃气轮机的参数变化频繁,例如,进口可调导叶(inlet va riable guide v ane,IGV )开度、燃气轮机功率等参数,很难通过实际采集的现场数据得到一定负荷情况下的环境温度特性,这就需要尽量结合现场在线数据,通过理论分析、计算的方法,获得燃气轮机的在线负荷特性,这是燃气轮机发电机组节能优化调度的重要

第23卷第11期广东电力

V o l 123N o 111

2010年11月GUANGDONG ELEC TRIC POWER N o v 12010

工作基础之一。

1燃气轮机负荷特性研究的技术路线

燃气轮机的负荷特性指燃气轮机恒速带负荷运行的稳态变工况特性。获得燃气轮机负荷特性的技术路线为:

a)建立空气、燃气等物性参数数据库;

b)通过已知的分散控制系统(distributed co ntr ol system,DCS)数据,对燃气轮机进行循环模拟计算,得到压气机压比、压气机等熵效率、燃气透平膨胀比、燃气透平等熵效率、燃气初温、压气机及燃气轮机功率、空气流量及燃气流量等参数;

c)掌握燃气轮机的IGV温控规律;

d)压气机压比、效率随流量、空气温度及IGV开度变化的函数关系,即压气机特性模型;

e)燃气透平膨胀比、效率随燃气流量、燃气初温变化的函数关系,即燃气透平特性模型;

f)通过压气机特性及燃气透平特性,计算得到燃气轮机的环境温度特性及其他变工况特性。

为尽可能获得正确反映燃气轮机特性的变工况数学模型,将机组的运行数据样本限定在IGV开度不低于10%,且关键参数中不合理的子样适当剔除。

2M701F型燃气轮机变工况研究内容

燃气轮机变工况性能建模的主要目的是研究IGV开度、环境温度、进气系统阻力及燃气透平背压等因素对燃气轮机功率、燃气轮机效率、压气机压比及压气机效率等性能参数的影响。而环境压力、环境湿度、等效运行时间(或机组老化)等对燃气轮机性能的影响,则直接采用供货商提供的性能曲线。应当说明,供货商提供的环境温度-机组功率修正曲线适用于联合循环机组,对燃气轮机简单循环则不适用。

由于燃气轮机运行环境条件处于变化之中,为比较机组的负荷特性,需要将各性能值折算到基准环境条件,基准环境条件(以下标s记之)取为:基准环境温度t a,s=2718e,基准环境压力p a,s= 100118hPa,基准相对湿度h RH,s=82%。

211基准功率

21111环境温度折算因子N P,t

a

燃气轮机功率折算到基准温度条件的折算因子为

N P,t

a

=

F1(t a,a IGV)

F1(2718e,a IGV)

.(1)式中:t a为环境温度;a IGV为IGV开度。

21112环境压力折算因子N P,p

a

根据供货商提供的修正虚线,燃气轮机功率折算到基准环境压力条件的折算公式为:

P gt1,s=P gt/N P,p

a

,(2)

其中环境压力折算因子

F P,p

a

=

p a

1001.8

.

式中:P gt1,s为燃气轮机功率折算到基准环境压力条件下的基准运行功率;P gt为燃气轮机运行功率; p a为环境压力,hPa。

21113环境相对湿度折算因子N P,h

RH

燃气轮机功率折算到基准相对湿度条件的折算公式为

P gt2,s=P gt/F P,h

RH

,(3)其中环境相对湿度折算因子

F P,h

RH

=010001548@h RH+019873.

式中:P gt2,s为燃气轮机功率折算到基准相对湿度条件下的基准运行功率;h RH为相对湿度。21114基准功率P gt,s

因此,可将燃气轮机运行功率按下式折算到基准气象条件:

P gt,s=P gt/(F P,t

a

#F P,p

a

#F P,h

RH

).(4)

212基准效率-环境温度折算因子N G,t

a

燃气轮机效率折算到基准温度条件的折算公式为

N G,t

a

=

F2(t a,a IGV)

F2(2718e,a IG V)

.(5)其他因素,如发电机功率因数等,其修正因子忽略不计。

3某M701F型燃气轮机的环境温度特性311功率-环境温度特性

当以国际标准化组织(Inte rnational Organiza-tio n fo r Standar dizatio n,ISO)的标准条件)))燃气轮机满载(即IGV开度a IGV=100%)功率P gt0= 270M W为基准时,燃气轮机相对功率P gt/P gt0与环境温度t a、IGV开度a IGV之间的关系曲线如图1所示。

可按下式将特定环境温度及负荷下的燃气轮机

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第11期阚伟民:M701F型燃气轮机的在线运行负荷特性