[發明專利]聯合循環發電機組的性能指標修正比較方法及調控系統

有效

• 申請號: 201210287354.X
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102799161A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 陳堅紅;盛德仁;李蔚
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;F01K23/06;F02C6/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及聯合循環發電機組的性能指標修正、評估與機組的調整控制方法，以及實現性能指標修正、評估和由評估得到的結論更好地進行調整控制發電機組的系統，尤其涉及在不同大氣環境、不同運行方式下的燃氣-蒸汽聯合循環發電機組的性能指標修正和性能評估比較方法。

背景技術

燃氣-蒸汽聯合循環發電由于整體循環熱效率高、環境污染小、在同等條件下單位投資低、調峰性能好啟停快捷、占地少、耗水量少、建設周期短而且可以分期投產、自動化程度高運行人員少等特點，在世界范圍內，已成為火力發電的主要發展方向之一。在中國，隨著西氣東輸、東海油氣開發的完成和配合沿海省份LNG(液化天然氣)接收站的建設，特別是東部地區，經濟發展迅速，環保要求高，大型的燃氣-蒸汽聯合循環電站，也成為今后火力發電鼓勵發展和最有前途的方向之一。

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組的性能，不僅與外界大氣環境變化有關，而且還與發電機頻率、燃用的天然氣低位發熱量和機組總運行小時數等有關。

大氣溫度對于簡單循環燃氣輪機及其聯合循環的功率和效率有相當大的影響，這是由于以下三方面的原因造成的，即：①隨著大氣溫度的升高，空氣的密度變小，致使吸入壓氣機的空氣的質量流量減少，機組的作功能力隨之變小；②壓氣機的耗功量是隨吸入空氣的熱力學溫度成正比變化的，即大氣溫度升高時，燃氣輪機的凈出力減小；③當大氣溫度升高時，即使機組的轉速和燃氣透平前的燃氣初溫保持恒定，壓氣機的壓縮比將有所下降，這將導致燃氣透平作功量的減少，而燃氣透平的排氣溫度卻有所增高。

隨著大氣溫度的升高，燃氣輪機及其聯合循環的輸出功率都是會下降的，但是聯合循環的輸出功率減小得要比燃氣輪機平緩。這是由于燃氣透平的排氣溫度略有增高，可以在余熱鍋爐中獲取更多的能量，到蒸汽輪機中去作出更大數量的機械功的緣故。反之，當大氣溫度下降時，聯合循環的相對輸出功率增大的程度則要比燃氣輪機少。這是由于當機組的轉速和燃氣透平前的燃氣初溫保持恒定時，壓氣機的壓縮比略有增高，致使燃氣透平的排氣溫度有所下降，最后導致蒸汽透平的作功量有所減少的緣故。

另外，隨著大氣溫度的升高，燃氣輪機的相對效率是下降的，但其聯合循環的相對效率卻反而略有增高的趨勢。這是由于當大氣溫度升高時，隨著燃氣輪機排氣溫度的增高致使蒸汽輪機效率增大，足以補償燃氣輪機效率的降低。從物理意義上講，這是由于當大氣溫度升高時，壓氣機的出口溫度相應也會增高。為了保證燃氣透平前的燃氣初溫恒定，噴入燃燒室的燃料消耗量就可以減少，其減少的程度要比聯合循環總輸出功率的減小程度更加多一些，致使總的熱效率反而略有增大的趨勢。隨著大氣溫度的下降，聯合循環的效率反而會有略微減小的趨勢。

大氣壓力的較大幅度的變化，主要是由于機組所處的大氣環境和機組所在地海拔高度的變遷造成的。

當大氣壓力下降時，如果大氣溫度保持恒定不變，則大氣密度按比例下降，使燃氣輪機的流量和功率大致按比例下降，而機組的壓比，溫度比和速度三角形形狀無多少影響，即：大氣壓力對燃氣輪機效率的影響較小。

但是，燃氣輪機的功率則與吸入的空氣壓力有密切關系，因為燃氣輪機的功率與所吸入的空氣的質量流量成正比，而空氣的質量流量又與大氣壓力成正比，所以燃氣輪機的功率與大氣壓力成正比。

在大氣溫度、機組的轉速以及燃氣透平前的燃氣溫度均保持恒定不變的前提下，燃氣輪機排氣的質量流量以及余熱鍋爐中可用于蒸汽發生過程的余熱，同樣也會隨大氣壓力按正比關系發生變化。如果假設蒸汽循環的效率不變(實際情況正是如此)，那么，在聯合循環中蒸汽輪機的功率也將與大氣壓力成正比。

由此可見，在聯合循環中由于燃氣輪機和蒸汽輪機的功率都與大氣壓力成正比，因而，聯合循環的總功率必然也與大氣壓力成正比。

由于噴入聯合循環的燃料量與壓氣機吸入的空氣質量流量成正比，也就是與大氣壓力成正比，因而，聯合循環的效率將與大氣壓力無關，即：大氣壓力變化時，聯合循環的效率將恒定不變。

大氣的濕度關系到從壓氣機吸入到燃氣輪機中去的空氣中所含的水蒸氣含量，它將影響濕空氣的比熱容值，相應地會影響到壓氣機的壓縮功，透平的膨脹功以及燃燒室中燃料量的攝入量，從而影響到燃氣輪機的比功和效率。

在比較低的大氣溫度下，相對濕度對熱效率和單位質量的凈功的影響是可以忽略的；當大氣溫度和透平進口溫度比較高時，相對濕度增加使熱效率降低，凈功增加。