离线水洗在线判断程序开发及最佳水洗周期研究

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2018/11/26离线水洗在线判断程序开发及最佳水洗周期研究汇报人：马文德01前言02理论基础目录CONTENTS03程序开发及实例计算04结论1

12018/11/2601PART前言1.前言出力标准：燃气轮机满负荷运行的条件下，将燃气轮机的功率进行大气温度、大气压力、相对湿度、进排气压损、机组1老化等影响因素系数的修正，修正后的燃气轮机功率下降5%时可以进行离线水洗，但功率修正是一个复杂的过程，根据GE提供的修正曲线，压气机效而且燃气轮机根据调度的要求在部分负荷运行，通过功率的率、多变指数、平均性能恶化速率、修正往往困难又不符合实际。压气机最佳水洗周期等计算公式，利用时间标准：普遍使用的是固定时间进行水洗，例如运MATLAB软件，开发综合判断压气2行500h作为水洗周期，但压气机脏污的状况随环境、离线水机离线水洗的程序，根据某厂实际季节等条件影响较大，固定的水洗周期会造成运行经洗情况计算出理论的最佳水洗周期，济性较差。创造更大的经济效益。3经济标准：能够在线判断压气机脏污的状态，实时计算机组最佳水洗周期，从多个方面给出压气机进行离线水洗的参考值，并减少了机务检修对压气机进口可转导叶、压气机转子孔探检查的工作量。2

22018/11/2602PART理论基础2.理论基础压气机效率1压气机多变指数2燃气轮机功率修正3平均性能恶化速率4最佳经济水洗周期53

32018/11/262.1压气机效率计算开发当m为定比热常数1.4时可以得出:t2s=t1τ(1.4-1)/1.4×压气机压缩过程T-S变化见图1.进出当m为变比热时按张世铮公式拟合如下：口总压力分别为P1，P2，等熵过程f（t）=（A+B*t+C*t2+D*t3+E*t4+为状态1到状态2s，实际压缩过程是F*t5）*4.1868/28.97熵增过程，即状态1到状态2的过程。e(t)=（B+2*C*t+1.5*D*t2+E*t3+1.25*F*t4+G）*4.1868/28.97（A，B，C，D，E，F，G）=（-0.33015038×10-2，0.7280673×10，-0.14341481×10-2，0.23482926×10-5，-0.10484129×10-8，0.1242904×10-12，-0.40292150×102）等熵效率:η=(h2s-h1)/(h2-h1)压气机进口的空气比焓：h1=f(t1)压气机进口的空气熵函数值：e1=e(t1)压气机出口的空气比焓：h2=f(t2)绝热压缩过程：e(t2s)=e1+R*lnτ压气机绝热压缩后的排气比焓：h2s=f(t2s)2.1.压气机效率计算开发压气机效率随着进气流量，温度，压力等工况的变化而变化，不同工况的效率比较没有可比性，影响压气机效率的主要因素有IGV开度及进气温度【2】，故压气机效率对比时应参考IGV开度及进口温度工况相近时的参数。定比变比热效热效率率误差较大准确反应真实效率4

42018/11/262.2压气机多变指数计算开发实际气体多变压缩过程中状态参数变化的指数称为多变指数m，对于离心式和轴流式压缩机来说，多变指数m大于绝热指数k，多变指数m越大，压缩所需的能量头越大【3】。压气机的运行效果越差，多变指数越大，燃气轮机稳定工况运行式中：m为压气机多变指数；时，多变指数只与相对压比、压τ为相对压比；气机进气和压气机排气温度有关，t2为压气机排气温度；其他因素基本不会影响其值的变t1为压气机进气温度化，故可以通过多变指数m的变化作为压气机离线水洗参考的一个标准。.2.3燃气轮机功率修正计算开发燃气轮机的功率要进行大气温度，大气压力，相对湿度，燃料成分，燃气轮机频率，进气压损，排气压损，发电机功率因数，海拔高度，机组老化等因素系数的修正【4】。正常机组运行时燃料成分，燃气轮机频率，发电机功率因数，大气压力等基本保持不变，故以上因素系数的修正本文不考虑。压气机入口温度—出力、热耗量及热耗率估计性能曲线海拔—出力修正因子估计性能曲线湿度—出力修正因子估计性能曲线随着大气温度的升高，空气密度燃气轮机的功率与吸入的空气质在较低的大气温度下,相对湿度对热量流量成正比，而空气的质量流量效率和单位质量的净功的影响可以忽略，变小，进入压气机的空气质量流量随之又与海拔高度成反比，故燃气轮机当大气温度和燃气轮机进口温度较高时，减少，机组所发出的功率将减小，热耗的功率与海拔高度成反比。海拔高相对湿度的增加使热效率增加，净功降率上升，效率下降；压气机的耗功与大度对功率的修正关系为X2=1-气温度成正比，大气温度升高时，压气0.00010936AT。低。大气湿度对功率的修正关系机耗功增加，压缩比下降，燃气轮机的X3=1.000903955-0.141242923H。净出力减小，大气温度对功率的修正关系为X1=1.205-0.00347t1。5

52018/11/262.3燃气轮机功率修正计算开发运行时数—性能损失估计性能曲线压力损失—出力修正因子估计性能曲线在保持最大出力不变时，进气压力随着运行时间的增加，压气机的磨损失会使空气比容增加，流量减少,压损及积垢会导致燃气轮机发电机组的出气机耗功增大，从而导致机组出力和效力下降，热耗上升。燃气轮机运行一段率下降。排气压力损失(即排气压力升时间后，进行检修及离线水洗等维护工高)则减小了燃气轮机的膨胀比，燃气作，会一定程度地提高燃气轮机性能。轮机出力下降。进气压损对功率的修正在10000h以内燃气轮机的性能损失大X=1.01155-0.0154ΔP，排气压损致成线性关系，即在水洗周期内线性关4int对功率的修正X5=1.0168-0.0056ΔPext。系为X6=1-0.000004T。根据现场取回的满负荷运行时的数据，将其修正到标准工况下的功率输出值Pisoc，Pisoc=Piso*X1*X2*X3*X4*X5*X6，其中Piso是燃气轮机出力实际实验测得值，本文即9E燃气轮机的功率设计值120MW。2.4平均性能恶化速率计算开发燃机结垢后出力大致呈指数下降，开始下降较快，然后变缓，当机组运行约1000-k=（Pgt-Pe1）/(Pgt*T)2000h后稳定下来【5】式中：k为机组的平均性能恶化速率，/hpgt为机组清洁状态时的额定功率，kw程序开发出以T>500h时计算pe1为现场实发功率，kwK，有条件的机组应在1000-T为水洗后运行小时数，h2000h求出更精确的k计算最佳水洗周期，已经确定的K则在程序中直接输入即可P=Pcφngtiso每次水洗后，燃机性能可恢复Pc为标况功率修正值，kwiso到上一次水洗的99.8%，即恢φ为恢复系数，0.998复系数φ取0.998，但要求人n为水洗次数为执行水洗过程要彻底6

62018/11/262.5经济离线水洗周期计算开发Mmean=(Mrun+Mstop)/TMmean为平均广义离线水洗成本；Mrun=ΔW1Ce+ΔF1CfMrun为运行附加成本；Mstop为停机成本；T为离线水洗周期；ΔW1为燃气ΔW1=׬_0^tPgt*k*t*dt轮机组跟清洁状态下相比一个水洗周期内少发的电量；Ce为上网电价；ΔF1为ΔF1=׬_0^tPgt*(1-k*t)*0.25*k*G0*t*dt燃气轮机组跟清洁状态下相比发同样的电量多消耗的燃料量；Cf为燃料的价格；Mstop=ΔW2Ce+Mw-ΔF2Cf为机组清洁状态时的额定功率；k为机组的性能恶化速率；t为水洗后机组运ΔF=G*（1+0.25k*t）*P*（1-k*t）*TstopTopt=行时间；为机组清洁状态下燃料消耗率；20gtΔW2为停机期间联合循环机组少发的ΔW=（P*（1-k*t）+P）*Tstop电量；Mw为一次水洗的成本；ΔF2为2gtgt停机期间节省的燃料量；为联合循环机组汽轮机的满发功率；Tstop为停机冷却和水洗总共耗费的时间03PART程序开发及实例计算7

72018/11/263.1程序开发将以上数学公式用matlab进行编程，参数值作为程序输入值，得到压气机效率、多变指数、功率修正、离线水洗周期等计算结果的程序，程序运行如下：3.1程序开发程序运行界面如下：8

82018/11/263.2实例计算以某PG9171E型燃气轮机为例，该燃气轮机2018年3月27日执行水洗，2018年6月24日执行下一次水洗，该水洗周期内燃气轮机运行约800h，因该水洗周期内大部分时间为部分负荷运行，选取2018年04月02日及2018年06月21、22日3天的满负荷运行时数据（大修后水洗次数8次，海拔高度0m，相对湿度60%）计算结果如下：选取04月02日16时和06月20日20时满负荷运行时同为温度为32.1℃，IGV86°时的压气机效率从最初的0.89571下降到0.88386，多变指数则从1.4361上升至1.4421，满负荷运行时的压气机效率下降1.32%，多变指数上升0.41%，此时机组水洗后运行时间为770h，功率下降了约4.51%，机组的平均性能恶化速率计算值约为0.0058%/h。3.2实例计算选取此次水洗周期内压气机进气温度为30℃，进口可转导叶IGV约72°时的运行参数进行程序计算，将变比热压气机效率η1及压气机多变指数m的计算结果绘制如表1所示：从运行的数据可以看出，多变指数、压气机效率随运行时间大致呈线性关系，随着运行时间的增长，压气机效率从最初的0.9018下降到0.88761，多变指数则相应的从1.4343上升至1.4417，压气机效率降低约1.57%，多变指数增加约0.51%。9

92018/11/263.2实例计算3.传统功率下降5%的水洗周期为4.根据水洗后燃机运行小时数为406.96h5%/0.0058%/h=862.07h，固定水洗周期为4的程序计算的数据，当燃气轮机功率下降500h，计算的最佳水洗周期为406.96h，程序约2.36%，压气机变比热效率下降约得到的平均广义离线水洗成本分别为0.293880.70%，多变指数m增加约0.22%时，可万元/h，0.23209万元/h，0.22737万元/h，3以进行压气机离线水洗，此时离线水洗最按全厂机组年总运行小时3600h算，采用本优经济。化周期进行水洗，比传统水洗标准年节约水洗成本239.44万元，比固定水洗周期年节约水洗成本16.99万元。22.最佳水洗周期的影响因素有上网电价，1.9E级燃机大修后能恢复到额定功率燃料价格，水洗停机时间，平均性能恶化120MW，汽机达到额定功率60MW，水洗速率，水洗次数等，根据程序的计算可知1成本约1万元，停机冷却和水洗总耗时为8h，上网电价越低，燃料价格越高，水洗停机上网电价0.765元/kwh，天然气价格3.2元时间越短，平均性能恶化速率越高，水洗/m3，清洁状态燃料消耗率0.201m3/kwh，次数越少，相应的最佳水洗周期越短。平均性能恶化速率0.0058%/h，计算得最佳水洗周期406.96h，无法停机水洗时，可以适当延长水洗周期，程序计算水洗周期缩短后的水洗成本比水洗周期延长的成本要高。因此，水洗周期宜迟不宜早。04PART结论10

102018/11/264.结论本文以9E型燃气轮机为模型根据matlab软件，对压气机效率、多变指数、功率修正、平均性能恶化速率和经济水洗周期等计算公式进行编程，生成的程序计算能更好地对压气机脏污的状态进行在线判断，并从多个方面给出了压气机进行离线水洗的参考值。1.功率修正、经济水洗周期的计算只适用于9E型机组，F级机组应根4.最佳水洗周期不是据供应商提供的修正曲线修正。程序中水洗恢一成不变的，上网电价越低，燃料价格越复系数取固定值0.998，3.本次优化周期407h，高，水洗停机时间越但因人为原因执行的不彻底，实际的恢复系数功率下降2.36%，压短，平均性能恶化速将会变小，程序除效率2.程序以T>500h计算平均气机效率下降0.70%，率越高，水洗次数越和多变指数外的计算结性能恶化速率，有条件的机m增加0.22%时，水少，相应的最佳水洗周期越短。可以根据果将会有偏差。组应在1000-2000h范围内洗最经济，按年总运电厂实际情况适当调求出更精确的k来计算最佳行3600h，比传统水整，但宜迟不宜早。水洗周期，对于已经能确定洗节约水洗成本240的k则直接在程序中输入即万元，比固定水洗周可。期可节约水洗成本17万元。参考文献颜学翔，王炜.洁净燃料机组水洗分析探讨[J].燃气轮机技术，2003，116（4）：53-56.仲如浩，董奎，梁珊珊，等.燃气轮机压气机水洗在线判断算2法研究[J].应用技术，2016,268（3）：77-82.袁清.对燃气轮机压气机水洗的研究[J].中国化工贸易，2012，328（5）：168.参考陈永刚,李宏莲.PG9171E型燃气轮机变工况特性研究[J].华东电4力，2009，37（8）：1422-1425.Meher—HomjiCB，BromleyA．Gasturbineaxialcompressorfoulingand文献washing[C]．ProceedingsoftheThirty-ThirdTurbomachinery5Symposium．Texas，America：TexasA&MUniversity，CollegeStation，GulenSC，GriffinPRPaolucciS．Real—timeon-lineperformance6diagnosticsofheavy—dutyindustrialgasturbines[J]．JournalofEngineeringforGasTurbinesandPower，2002，124(4)：910—921．7程元，陈坚红，盛德仁，等.联合循环发电机组燃气轮机水洗策略优化模型研究[J].中国电机工程学报，2013,33（26）：95-100.11

112018/11/26THANKS!汇报完毕，感谢收看汇报人：马文德恳请各位专家老师批评指正！12