简述燃气轮机发电机组的性能计算

简述燃气轮机发电机组的性能计算摘要：本文依据规范标准，简单明了的阐述了燃气轮机发电机组性能计算所需要的关键参数，以及参数取值依据，并列出了常用的燃气轮机发电机组性能的计算公式。关键词：燃气轮机发电机组性能计算1.概述对于燃气轮机发电机组而言，机组性能根据不同现场条件分有性能保证工况、ISO工况、夏季工况、冬季工况。主要包含环境温度、环境压力、相对湿度、燃料品质等参数；根据不同负荷条件分，有100%负荷工况、70%负荷工况、50%负荷工况等。一般燃气轮机发电机组需要提供不同现场条件和不同负荷工况的性能数据，便于燃机电站总体经济分析及机组考核。本文主要结合国家相关规范以及实践中最终用户提供的燃气轮机性能数据等内容，简单明了的介绍了燃气轮机性能计算所需要的关键参数以及性能计算输出的关键指标。1.关键参数燃气轮机发电机组性能计算的基本条件有现场条件工况定义中的基本条件(环境温度、环境压力、相对湿度、燃料品质)以及燃机进气压损、排气压损、发电机效率、减速器效率等。燃气轮机发电机组的ISO工况一般指，在一个标准大气压下(101.325kPa)，环境温度15°C，相对湿度60%，燃气轮机发电机组100%负荷条件下的运行工况。2.1燃料对于燃气轮机发电机组通常需要计算其工作效率，燃气轮机发电机组的工作效率表达形式有燃料消耗量、热效率、热耗率等，这也是用户通常比较关心的参数。根据GB/T11062-2014天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法中所述，燃料有高位发热量（GB/T28686-2012燃气轮机热力性能试验中称为总比能）和低位发热量（GB/T28686-2012燃气轮机热力性能试验中称为净比能）。进行计算时，我们通常采用燃料低位发热量（净比能）。对于气体燃料，例如天然气，当燃料由摩尔、质量、体积给出时其低位发热量分别对应有摩尔发热量、质量发热量、体积发热量。在不同的燃烧参比条件下，气体燃料的低位发热量不尽相同。由于实际气体在不同压力、温度下，压缩因子不相同，因此在不同计量参比条件下即使是同一燃料体积发热量也会不同。各国规定的燃烧参比条件和计量参比条件均不相同，我国规定的燃烧参比条件和计量参比条件均为压力101.325kPa，温度20°C。本规范按我国规定参比条件计算，具体计算方法见GB/T11062-2014天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法。2.2空气/烟气焓值气体焓值为气流中各组分的焓值的质量加权值。各组分的焓值由NASA拟合公式（参见NASA/TP-2002-211556，2002年9月）推导得出。该计算公式气体焓值计算的基准温度为15.56C。2.3水和水蒸气水和水蒸气焓值采用IAPW-IF97国际水和水蒸气性质学会工业用计算公式1997或实际与业主达成协议的其他水蒸气特性图表获得。主要用于计算水和水蒸汽的焓值。3.燃气轮机发电机组性能计算燃气轮机发电机组发电机组热平衡边界示意图根据能量守恒定律，由上图可知，所有输入系统边界的能量等于输出系统边界的能量。即：空气的输入能【m】+燃料的输入能【■' 】+辅助功耗耗能【二，山】二燃机输出电能【】+排烟的烟气热能【U厂】+滑油散热量【'”】+发电机本体散热量【U】+燃机本体散热量【，'•】其中：M：空气流量，kg/h;H：空气焓，kJ/kg;0：燃料低位热值，kJ/kg;（应当注意参比条件，我国规定的燃烧参比条件和计量参比条件均为压力101.325kPa，温度20°C。燃料低位热值应为此条件下的数值。）:::燃料显热，kJ/kg;（偏离参比温度＜20C＞时有此项）".：燃料流量，kg/h;J:滑油泵、风机等辅助电功率，kW;•'•：机组输出功率，kW;（有励磁功时含励磁功率）3600：电的热当量，kJ/（kW-h）;M：燃机排烟流量（即锅炉入口烟气流量），kg/h;yH：燃机排烟烟气焓（即锅炉入口烟气焓），kJ/kg;y顷:滑油散热量，kJ/h;* :发电机本体散热量，kJ/h;”•:燃机本体散热量，kJ/h。3.1燃气轮机发电机组性能计算输入参数1） 压气机进气温度压气机进气温度，即燃机进气温度，是指压气机进口处（压气机进口法兰处或进气喇叭口处）空气的温度（°C）。计算时，以环境温度作为压气机进口处温度。2） 压气机进气压力压气机进气压力，即燃机进气压力，是指压气机进口处（压气机进口法兰处或进气喇叭口处）空气的全压（kPa）。通常包含进气过滤的压力损失。机组通常计算进气压力损失为100mmHO,也有机型的进气阻力损失为实际提供值。23） 压气机进气流量压气机进气流量，即燃机进气流量，是指压气机进口的空气流量（kg/s）。该值一般由燃气轮机厂商提供。计算时通常以燃气轮机排气流量减去燃料流量获得。4）燃料温度燃料温度是指进入燃气轮机的燃料温度（°C）。通常计算时，以15°C（IS0）燃料供应温度作为燃料温度。燃料的计量参比温度为20C，当燃料温度偏离20C时，应当计算燃料的显热。5）燃料低位发热量燃料低位发热量是根据燃料气组分数据计算得出的，各组分的低位发热量参见GB/T11062-2014天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法中相应数据表。燃烧参比条件和计量参比条件均为101.325kPa，20C。3.2燃气轮机发电机组性能计算输出参数1） 燃料流量燃料流量是指供给燃气轮机的燃料流量。性能计算时，由燃气轮机厂家依据燃气轮机发电机组的效率，燃气轮机发电机组在某一工况的发电功率以及燃料低位发热量，计算出所需燃料流量。通常用于考核燃气轮机发电机组的气耗率、热效率等。西门子通常提供功率及热耗率，具体燃料流量还需要根据功率、热耗率以及燃料低位发热量计算得出。现场运行过程中，由流量计测得实际燃料流量。2） 燃料热输入功率通常燃机供应商会根据项目的实际情况计算燃气轮机发电机组的相关性能参数。燃料热输入功率就是燃机的重要性能参数之一。燃料热输入功率和燃气轮机发电机组的输出功率是衡量燃气轮机发电机组发电效率的基本参数。3） 燃气轮机发电机组的输出功率燃气轮机发电机组的输出功率是指某特定工况条件下，发电机组的净输出功率。一般由燃气轮机厂商根据具体工况提供，在发电机不是由厂家一并提供的情况下，根据发电机效率的不同，计算实际燃气轮机发电机组输出功率，有励磁功耗时，需要扣除励磁功率作为燃气轮机发电机组输出功率。4）排气温度燃气轮机排气温度是指燃气轮机出口法兰平面处工质的温度（°C）。由燃汽轮机厂商提供。实际检测时，以仪表检测值为准。（通常提供的数据有±15C偏差。）5） 排气流量燃气轮机排气流量是指燃气轮机排气出口的烟气流量（kg/s）。该值由燃气轮机厂商提供。该值验收试验时一般根据锅炉数据反算得出。（通常该数据有±3%偏差。）6） 排气压力燃气轮机排气压力是指燃气轮机排气出口的静压。无配套余热锅炉时，燃气轮机排气压力即为大气压力。配套余热锅炉时，余热锅炉出口压力为大气压力，燃气轮机排气压力大于大气压力。其中途径余热锅炉的排气压损（即燃气轮机排气出口的静压减去大气压力）限值通常由燃气轮机厂商规定。排气压损影响燃气轮机发电机组功率输出，验收时需要根据实际所测压损对燃气轮机发电机组的输出功率进行修正。7） 燃气轮机发电机组热耗率燃气轮机发电机组热耗率是指燃气轮机发电热耗量与其输出功率的比值。以下计算公式参照DL/T904-2015火力发电厂技术经济指标计算方法，当燃料输入温度偏离参比温度（20C）时，应当计算燃料的显热。如招标文件中有另行规定计算公式，以招标文件为准。厂七_%式中：:燃机热耗，kJ/（kW・h）;Hl:燃料低位热值，kJ/kg;;?:燃料显热，kJ/kg;":燃料流量，kg/h;":燃料热输入量，KJ/h;'：燃气轮机发电机组输出功率，kW。8）燃气轮机发电机组热效率燃气轮机发电机组热效率通常是指燃气轮机发电机组发电量的当量热量与供给燃料热耗量的百分比，即燃气轮机发电机组发电热效率。以下计算公式参照DL/T904-2015火力发电厂技术经济指标计算方法，当燃料输入温度偏离参比温度（20°C）时，应当计算燃料的显热。如招标文件中有另行规定计算公式，以招标文件为准。或一111式中::燃气轮机发电机组发电热效率，%;•'：机组输出功率，kW;3600：电的热当量，kJ/（kW・h）;..■■■■:燃料低位热值，kJ/kg;（应当注意参比条件，我国规定的燃烧参比条件和计量参比条件均为压力101.325kPa，温度20C。燃料低位热值应为此条件下的数值。）:::燃料显热，kJ/kg;（偏离参比温度＜20C＞时有此项）'■:燃料流量，kg/h。有的厂家要求计算燃气轮机发电机组效率时需将空气输入、辅助功耗等考虑在内，如下式：m&K）召,-Y^fwop侦）+虬¥皿式中：L：燃气轮机发电机组发电热效率，%;M：空气流量，kg/h;H：空气焓，kJ/kg;0•'：燃气轮机发电机组输出功率，kW;3600：电的热当量，kJ/（kW・h）;J:滑油泵、风机等辅助电功率，kW;：燃料低位热值，kJ/kg;（应当注意参比条件，我国规定的燃烧参比条件和计量参比条件均为压力101.325kPa，温度20°C。燃料低位热值应为此条件下的数值。）:燃料显热，kJ/kg;（偏离参比温度＜20C＞时有此项）•".：燃料流量，kg/h；P:燃料热输入功率，kW。9）燃气轮机发电机组发电气耗率燃气轮机发电机组发电气耗率指单位时间内燃气轮机发电机组发电量与燃气消耗量之比。若招标文件中有规定发电气耗率的计算公式，应以招标文件中计算公式为准。-36OOPr式中：、：燃气轮机发电机组发电气耗率，Nm3/kJ;:燃气消耗量，Nm3/h;•'•：燃