燃气轮机温度控制与性能试验_图文

1、燃气轮机温度控制与性能试验张文辉,李颖(华东电力试验研究院,上海200437摘要:我国近期引进的F 级燃气轮机,有的已进入性能试验考核验收阶段。确保机组在设计的燃机透平进口温度下运行,是进行性能试验时测定机组输出功率和效率的基准条件。介绍了燃机温度控制方式及其与机组性能试验出力和热耗率的关系。指出温控修正参数的准确性将影响燃机透平进口温度,从而影响燃机性能试验的基准。还介绍了通过轴功率平衡和能量平衡,推算燃机透平进口温度的方法,以供试验时参考。关键词:燃气轮机;性能试验;温度控制;透平进口温度中图分类号:T K477文献标识码:A1引言我国近期引进一批F 级燃气轮机(以下简称燃机,经过紧张的安

2、装和调试,有的已进入性能试验考核验收阶段,如何确保性能考核试验的准确性,是试验中最为关注的问题。就现有资料看,燃机制造厂提供的热平衡图等性能保证参数,均为基本负荷工况下的,即机组在该性能保证值下的运行方式是基本负荷(BASE LOAD 模式。所谓基本负荷模式即机组按照温度控制曲线进行最佳化运行,在该方式下运行,不论环境参数如何变化,机组都将保证燃机透平进口温度等于设计值,并使机组在设计效率下运行。机组在设计的燃机透平进口温度下运行,是进行性能试验时测定机组的输出功率和效率的基准条件,在该条件下进行试验和进行相关修正才具有比较意义。因此,如何确保机组运行在基本负荷模式,且能确保机组燃机透平进口温

3、度为设计值,亦是试验过程中值得关注的问题。2燃机基本负荷模式机组按基本负荷运行,即控制机组透平进口温度为设计值,由于燃机的发展,目前燃机透平进口温度已超过1200°C ,直接对透平进口温度进行测量并实施控制还无法实现。现在普遍采用在一些较低温度区域,安装若干热电偶,测量该处的温度,并通过该测量温度与燃机透平进口温度的关系,间接地控制燃机透平进口温度。目前,普遍采用的是通过建立透平排气温度与透平进口温度的关系,在实际运行时通过测量燃机透平排气温度等参数,对透平进口温度进行控制。实际机组运行时,通过测量相关参数,计算出修正后的燃机排气温度,然后通过控制系统对燃机排气温度进行控制,使其等于

4、修正后的燃机排气温度。2.1燃机透平排气温度控制理论排气温度控制的理论基础,即透平排气温度T 43与透平进口温度T 33的关系,可参见下期注水运行对燃气轮机排气温度控制的影响一文中的第三节:温度控制基准原理。为保持进口温度T 33不变,可以通过维持相应的排气温度T 43,而在不考虑其他微小变化的情况下,排气温度T 43可以通过压气机排气压力来确定。2.2GE 公司F 级燃机温度控制参考F 级燃机是用燃机排气温度间接控制燃机透平进口温度,由于环境参数是不断变化的,为得到合理的温度控制基准,在理论温控基准上引入了相关修正。GE 公司提供的温度控制参考(T TRXV5的控制框简图如图1所示。从图1可

5、以看出,温度控制基准主要引入的修正参数有TCD (压气机排气温度、CPD (压气机排气压力、WQJ (注水流量、LOAD (燃机负荷、T TRXP (CPD 与TCD 修正参考等。3相关参数对温控及性能试验的影响燃机的透平进口温度对机组的性能影响较大,提高进口温度,可提高机组的效率。温度控制基准的准确性,将影响到机组进口温度的控制,从而影响到机组的性能,因此,对温度控制基准进行分析,有利于保证性能试验的准确性。63大型燃气轮机发电技术上海电力2006年第1期 图1温度控制参考(T TRXV5框图3.1燃机排气温度排气温度的精确测量是准确控制透平进口温度的关键,如排气温度测量不准,将影响到透平进

6、口温度的控制。例如:由于透平排气温度测量偏低,此时,机组因在基本负荷控制模式,将要增加燃料量,以提高机组的透平排气温度;而此时由于实际燃机透平排气温度升高,反算回燃机透平进口温度可知,此时燃机透平进口实际温度将升高。因此,使用高精度的燃机排气温度测量热电偶,以及在试验前对燃机排气温度测量系统进行准确校验尤为重要。GE 公司9F 级燃机排气温度热电偶测点布置图如图2所示。共有31个温度测点对排气温度进行测量。现场调整试验时对排气温度测量系统需进行系统校验。3.2压气机排气压力根据温度控制修正可知,压气机排气压力应用到燃机透平排气温度控制基准的修正计算中,压气机排气压力的测量偏差也将影响到燃机排气

7、温度控制基准的修正。而修正后的燃机透平排气温度一旦发生偏离,机组在该温度控制模式下运行,其燃机透平进口温度将同样偏离设计值。在这种情况下进行的性能试验值将是虚假的。因此,提高压气机排气压力、温度变送器的精度和对压气机压力、温度测 量系统进行现场校验同样对提高机组性能试验有图2燃机排气温度测点布置重要意义。4现场试验工作为使性能试验时机组能按试验标准要求的负荷控制模式下运行,试验前应进行压气机排气压力传感器的校验;排气温度热电偶的校验;试验前应进行基本负荷控制曲线的相关参数打印。5透平进口温度的间接求取性能试验时保证机组运行在燃机透平进口温度为设计值,这是性能试验进行的基准前提。在性能试验时,可

8、以通过选择基本负荷模式(温度控制运行,保证机组运行在设计的燃机透平进口温度。但在实际运行中,可能由于测量上或系统传递上的偏差,导致机组偏离设计燃机透平进口温度运行。如何通过系统已知热力参数,进行燃机透平进口温度的间接求取值得关注。5.1由功率平衡关系求取进口温度根据燃机循环系统中各部分的功率平衡关系,可以间接求取进口温度。燃机单循环系统简图如图3所示 。图3燃机单循环系统机组轴上各功率分为:压气机轴功率P c 、燃气轮机轴功率P t 、发电机轴功率P g 、机械损失P M ,其平衡式:P t =P c +P g +P M燃气轮机轴功率,可以通过烟气流量和燃机732006年第1期上海电力大型燃气

9、轮机发电技术透平的焓降求取:P t =m t (h t33-h t43式中m t 燃机透平进口流量;h t33燃机透平进口焓;h t43燃机透平排气焓。压气机轴功率,可以通过压气机空气流量和空气压缩后的焓增求取:P c =m c (h t2-h t1式中m c 压气机空气流量;h t1压气机进口焓;h t2压气机排气焓。发电机轴功率,可以通过发电机输出功率P go 和发电机效率go 求取:P g =P go /go 机械损失P M ,可以通过查阅制造厂相关资料获得。将以上关系代入功率平衡式得:m t (h t33-h t43=m c (h t2-h t1+P go /go +P M ,即燃气轮

10、机进口焓可通过式(6求取:h t33=m c (h t2-h t1+P go /go +P M /m t +h t43各气体的焓值,可以通过测量其温度而方便地求出;压气机空气流量和燃机透平进气流量在热平衡图上均有给出,实际运行时也装有测点;发电机功率可以从发电机功率表读取。计算出燃机透平进口焓值后,可以通过其方便地求出燃机进口温度T 33。5.2根据能量平衡关系求取燃机进口温度根据能量平衡关系得出燃机的能量平衡关系式:m t h t33=m c h t2+m f cb (L HV +h f 变换后得:h t33=m c h t2+m f cb (L HV +h f /m t式中m f 燃机燃料

11、进口质量流量;cb 燃烧室效率;L HV 燃料的低位热值;h f 燃料进燃烧室的焓值。同样,燃料流量、低位热值和燃料进口焓均可通过现场测量或通过计算得到;燃烧室效率可以查制造厂相关资料获取,其变化值很小。通过上式计算出燃机透平进口焓值后,即可通过该焓值求取燃机透平进口温度T 33。5.3流量的修正(1由于压气机有抽气至透平静叶冷却用,因此,在计算时对空气流量应进行相应修正。(2由于压气机抽气冷却燃机透平后均回到燃机透平中,因此,燃机透平流量可以不受影响。6结语通过以上分析与计算可知,在进行机组性能试验时,应在燃机透平进口设计温度下运行,即运行方式为基本负荷,而要确保燃机在基本负荷运行时的温度控

12、制准确,应确保相关参与温度控制的参数的准确,即排气温度和压气机排气压力准确。在无法直接测量燃气轮机透平机进口温度的情况下,可以查取制造厂的相关参数,通过轴功率平衡或能量平衡来求取燃机透平进口温度,以作为参考。收稿日期:2005212202作者简介:张文辉(19722男,湖北人,本科,工程师,从事燃气轮机及热能动力等方面的研究,021*×7404;李颖(19672,女,硕士研究生,高级工程师,从事研究透平机械和热能动力工程,021*×7510。(责任编辑:杜建军T emperature control and performance test of gas turbineZ

13、H A N G W en 2hui ,L I Yi n g(East China Elect ric power Test &Research Instit ute ,Shanghai 200437,China Abstract :A method for gas turbine inlet temperature control is presented ,and the effect of this method upon the power output and heat consumption rate of a unit during the performance test

14、 is also discussed.The results of the research indi 2cate that the accuracy of temperature control correction parameter will affect gas turbine inlet temperature ,and hence af 2fect the basis of gas turbine performance test.A calculation method for gas turbine inlet temperature through shift power balance