CN111027006A - 一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，通过获取燃机轮机的各个参数，根据获取的参数得出燃气轮机的向外输出功、热效率和燃料消耗量，从而根据增加的成本与每年水洗次数的曲线关系，获取燃气轮机的最佳水洗周期。本发明通过归集燃气轮机各个参数的影响因素，从燃机压气机压缩比和功率下降，停机造成的经济损失，燃料消耗情况变化引起的运行费用增加，来确定最佳水洗周期结合；使燃料的增加与燃机水洗消耗的费用达到一个平衡，使燃气轮机运行及水洗的综合费用达到最低。

Description

一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法

技术领域

本发明属于燃气轮机清洗领域，具体涉及一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法。

背景技术

由于空气中含有各种污物、灰尘和烟雾等悬浮物质，虽然在压气机进口处装有空气过滤器，但因为空气中大约90％以上的悬浮物直径小于2pm，压气机进口过滤器不可能将这些物质除尽，这些物质进入压气机后，随着运行时间的不断增加，将会逐渐吸附在压气机叶片表面而产生积垢。压气机叶片积垢后就改变了叶片的气动性能、导致机组出力、效率及运行性能逐步降低，对燃气轮机安全运行造成很大影响。

为了保证燃气轮机的安全高效运行，需要定期对燃气轮机进行水洗，以恢复燃气轮机的效率。但是水洗过程中需耗费大量的厂用电，燃气轮机水洗需要使用专业的清洁剂，成本较高，且水洗后燃气轮机内部金属温度会下降至一定数值，导致水洗后机组启动时间延长，这些因素都是水洗的主要成本。综上因素，燃气轮机水洗不宜太过频繁。因此，需要和水洗收益比较确定一个最佳水洗周期，然而目前国内外对燃气轮机的最佳水洗周期研究较少。

1)联合循环发电机组燃气轮机水洗策略优化模型研究

基于整个水洗周期内平均广义离线水洗成本最低的原则,提出了一种计算烧重油燃气轮机联合循环发电机组经济离线水洗周期的优化模型。燃气轮机联合循环发电机组的广义离线水洗成本主要包括运行附加成本和停机成本。对某联合循环发电机组的计算表明,最佳离线水洗周期约为77h。与传统水洗标准(48h)相比,本优化模型提高了设备利用率,同时每年可多盈利594万元；与电厂实际执行的水洗周期(150h)相比,提高了设备运行的安全性,每年可多盈利1234万元。最后,分析了燃料价格、上网电价、停机时间、恶化速率和水洗次数对水洗周期的影响；结果表明除了水洗次数外,最佳离线水洗周期受上述因素的影响均较大。

2)M701F3型燃气-蒸汽联合循环机组的水洗***优化

对M701F3型燃气-蒸汽联合循环发电机组进行了简要介绍,详细阐述了燃气轮机进行水洗的必要性,通过计算最佳离线水洗周期和水洗时不建立抽真空两种技改对机组的水洗***进行优化,通过试验对比表明两项技改能够为企业带来明显的经济效益。

现有技术的缺点：

1)未从实际出发，考虑用户需求。当压气机效率降低时，燃气轮机的输出功率也会降低，为保障用户的用电需求，则需要增加燃料的消耗，以保证燃气轮机的输出功率稳定。

2)仅从燃机压气机压缩比和功率下降，以及停机造成的经济损失来确定最佳水洗周期，未考虑燃料消耗情况变化引起的运行费用增加，计算出来的结果偏差较大。

3)定期进行水洗的方式更不可取。周期太长可能会造成压气机积垢太厚而无法清洗干净，以及燃料增加的额外成本；周期太短会导致水洗过剩，增加的燃机水洗的成本，以及停机的资源浪费。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，有效控制燃气轮机水洗的次数，降低了燃气轮机的水洗成本，提高了燃气轮机的效率。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，包括以下步骤：

1】采集燃气轮机中压气机的入口总温T₁ ^*和出口总温T₂ ^*，以及燃气轮机中涡轮的入口总温T₃ ^*和出口总温T₄ ^*；

2】根据燃气轮机向外输出功W_n和燃气轮机的热效率为η_gt，获取燃气轮机的燃料消耗量；

2.1】根据涡轮的比功W_T和压气机的比功W_C，计算得出燃气轮机向外输出功为W_n，具体计算公式如下：

W_n＝W_T-W_C＝c_pg(T₃ ^*-T₄ ^*)-c_p(T₂ ^*-T₁ ^*) (1)

其中，c_pg为燃料的定压比热容，c_p为空气的定压比热容；

2.2】根据燃气轮机向外输出功W_n、燃料的热值H_u、燃料的质量流量与空气的质量流量之比f，计算得出燃气轮机的热效率为η_gt，具体计算公式如下：

2.3】根据燃气轮机中发电机组的功率W_f、发电机组的热耗率q、燃料的热值H_u以及燃气轮机的热效率η_gt，计算得出燃气轮机燃料的消耗量Q_m，具体计算公式如下：

3】根据天然气的价格u、每年水洗次数n、每年水洗的成本W₂、燃料的消耗量Q_m，计算得出每年燃气轮机由于效率下降导致增加的成本W₃，具体公式如下：

根据增加的成本W₃与每年水洗次数n的曲线关系，获取燃气轮机的最佳水洗周期。

进一步地，上述步骤1】中，通过安装在压气机入口和出口的温度计分别采集压气机的入口总温T₁ ^*和出口总温T₂ ^*，以及通过安装在涡轮的入口和出口的温度计法分别采集涡轮的入口总温T₃ ^*和出口总温T₄ ^*。

进一步地，上述步骤2】中，燃料的定压比热容c_pg通过以下公式计算，具体公式如下：

其中，a₁、b₁、c₁、d₁、a₂、b₂、c₂、d₂均为常数，T为燃料的温度，R_g为气体常数。

进一步地，上述步骤2】中，空气的定压比热容c_p通过以下公式计算，具体公式如下：

c_p＝(a+bT+cT²+dT³)R_g (6)

其中，a、b、c、d均为常数，T为空气的温度，R_g为气体常数。

进一步地，上述步骤3】中，通过每次水洗的成本W₁和水洗次数n获得每年水洗的成本W₂，具体关系式如下：

W₂＝W₁·n (7)。

本发明的有益效果：

本发明基于燃气轮机各个参数的影响因素，从燃机压气机压缩比和功率下降，停机造成的经济损失，燃料消耗情况变化引起的运行费用增加，来确定最佳水洗周期结合；使燃料的增加与燃机水洗消耗的费用达到一个平衡，使燃气轮机运行及水洗的综合费用达到最低。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明燃气轮机的示意图；

图3是本发明实施例的燃气轮机燃料消耗变化趋势图；

图4是本发明实施例的燃气轮机水洗成本变化趋势图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

如图2所示，燃气轮机一般包括压气机1、燃烧室2、涡轮3和发电机组4。

压气机1：提高流经空气的压力，向燃烧室2供给符合要求的压缩空气。

燃烧室2：燃料燃烧并生成高温燃气的装置，并使高温高压气体流向涡轮。

涡轮3：又叫透平。其作用使将燃烧室2流出的高温、高压燃气的大部分能量转变为机械功，使涡轮3告诉旋转并产生输出功率，并由涡轮轴输出，用来带动风扇、压气机1及其他附件等。

发电机组4：由涡轮3带动并发电的设备。

根据本发明的技术方案(如图1)，根据具体实施例进行详细描述。以下是某型50MW燃机的进行具体试验：

(1)采集燃气轮机运行参数

主要包括以下参数：

参数名称	符号	单位
			压气机入口总温	T<sub>1</sub>*	K
压气机出口总温	T<sub>2</sub>*	K
			涡轮入口总温	T<sub>3</sub>*	K
涡轮出口总温	T<sub>4</sub>*	K

根据燃气轮机运行时间，具体采集的数值如下所示：

运行时间(h)	T<sub>1</sub>*(K)	T<sub>2</sub>*(K)	T<sub>3</sub>*(K)	T<sub>4</sub>*(K)
					0	288.15	777.7	1435	933
100	288.15	772.9	1442	938
					200	288.15	768.1	1449	942
300	288.15	765.7	1455	946
					400	288.15	763.3	1460	949
500	288.15	758.4	1469	955
					600	288.15	755.6	1473	958
700	288.15	753.6	1479	962
					800	288.15	751.2	1484	965
900	288.15	748.8	1490	969
					1000	288.15	746.4	1493	971
1100	288.15	744	1493	972
					1200	288.15	741.5	1502	977

(2)计算燃气轮机的燃料消耗量

燃气轮机向外输出的功为W_n，由涡轮的比功W_T和压气机的比功W_C计算得出，且保持不变。

W_n＝W_T-W_C＝c_pg(T₃ ^*-T₄ ^*)-c_p(T₂ ^*-T₁ ^*) (1)

其中，空气的定压比热容c_p和燃料的定压比热容c_pg可通过查询工程力学理想气体比定压热容表，具体通过如下公式获得：

空气的定压比热容c_p可由下式计算得到(式中a、b、c、d均为与气体种类相关的常数，T表示气体的温度，R_g为气体常数)：

c_p＝(a+bT+cT²+dT³)R_g (6)

燃料气体的定压比热容c_pg可由下式计算得到(式中a₁、b₁、c₁、d₁、a₂、b₂、c₂、d₂均为与气体种类相关的常数，T表示燃料气体的温度，f为燃料的质量流量和空气的质量流量之比)：

燃气轮机的热效率为η_gt，由燃料的热值H_u、燃料的质量流量和空气的质量流量之比f计算得出：

燃料的消耗量Q_m，由发电机组的功率W_f、燃料的热值H_u、燃气轮机的热效率η_gt以及发电机组的热耗率q计算得出：

燃机燃料随运行时间变化的情况如图3所示。

(4)计算燃气轮机最佳水洗周期

燃气轮机每年水洗的成本W₂，由每次水洗的成本为W₁和水洗次数n决定：

W₂＝W₁·n (7)

燃气轮机每年由于压气机效率下降导致增加的成本W₃，由天然气的价格u、水洗次数n、每年水洗的成本W₂和燃料的消耗量Q_m计算得出：

根据运行时间的不同燃料的消耗量具体如下：

运行时间(h)	T<sub>1</sub>*(K)	T<sub>2</sub>*(K)	T<sub>3</sub>*(K)	T<sub>4</sub>*(K)	燃料消耗量(m<sup>3</sup>/h)
						0	288.15	777.7	1435	933	31146
100	288.15	772.9	1442	938	31565
						200	288.15	768.1	1449	942	31957
300	288.15	765.7	1455	946	32278
						400	288.15	763.3	1460	949	32523
500	288.15	758.4	1469	955	32703
						600	288.15	755.6	1473	958	32953
700	288.15	753.6	1479	962	33211
						800	288.15	751.2	1484	965	33489
900	288.15	748.8	1490	969	33749
						1000	288.15	746.4	1493	971	33994
1100	288.15	744	1493	972	34116
						1200	288.15	741.5	1502	977	34338

根据增加的成本W₃与每年水洗次数n的曲线关系，获取燃气轮机的最佳水洗周期。

由图4可以得出，燃气轮机的最佳水洗周期大约为每年9次，能够确保该燃气轮机附加运行成本最低。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (5)

1.一种燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】采集燃气轮机中压气机的入口总温T₁ ^*和出口总温T₂ ^*，以及燃气轮机中涡轮的入口总温T₃ ^*和出口总温T₄ ^*；

2】根据燃气轮机向外输出功W_n和燃气轮机的热效率为η_gt，获取燃气轮机的燃料消耗量；

2.1】根据涡轮的比功W_T和压气机的比功W_C，计算得出燃气轮机向外输出功为W_n，具体计算公式如下：

W_n＝W_T-W_C＝c_pg(T₃ ^*-T₄ ^*)-c_p(T₂ ^*-T₁ ^*) (1)

其中，c_pg为燃料的定压比热容，c_p为空气的定压比热容；

2.2】根据燃气轮机向外输出功W_n、燃料的热值H_u、燃料的质量流量与空气的质量流量之比f，计算得出燃气轮机的热效率为η_gt，具体计算公式如下：

2.3】根据燃气轮机中发电机组的功率W_f、发电机组的热耗率q、燃料的热值H_u以及燃气轮机的热效率η_gt，计算得出燃气轮机燃料的消耗量Q_m，具体计算公式如下：

3】根据天然气的价格u、每年水洗次数n、每年水洗的成本W₂、燃料的消耗量Q_m，计算得出每年燃气轮机由于效率下降导致增加的成本W₃，具体公式如下：

根据增加的成本W₃与每年水洗次数n的曲线关系，获取燃气轮机的最佳水洗周期。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，其特征在于：所述步骤1】中，通过安装在压气机入口和出口的温度计分别采集压气机的入口总温T₁ ^*和出口总温T₂ ^*，以及通过安装在涡轮的入口和出口的温度计法分别采集涡轮的入口总温T₃ ^*和出口总温T₄ ^*。

3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，其特征在于：所述步骤2】中，燃料的定压比热容c_pg通过以下公式计算，具体公式如下：

其中，a₁、b₁、c₁、d₁、a₂、b₂、c₂、d₂均为常数，T为燃料的温度，R_g为气体常数。

4.根据权利要求1或2所述的燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，其特征在于：所述步骤2】中，空气的定压比热容c_p通过以下公式计算，具体公式如下：

c_p＝(a+bT+cT²+dT³)R_g (6)

其中，a、b、c、d均为常数，T为空气的温度，R_g为气体常数。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机最佳水洗周期的获取方法，其特征在于：所述步骤3】中，通过每次水洗的成本W₁和水洗次数n获得每年水洗的成本W₂，具体关系式如下：

W₂＝W₁·n (7)。

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