基于ASME PTC46的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能試驗(yàn)研究

富學(xué)斌，府東明，劉子烈，楊志行，許志銘

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150030)

0 引言

ASME PTC 46－1996是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)編寫(xiě)的全廠性能試驗(yàn)規(guī)程［1］，是聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)經(jīng)常采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)該該標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)主往往要求總承包商進(jìn)行機(jī)組性能考核試驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)組的整體性能。由于每個(gè)主設(shè)備是由不同廠家來(lái)供貨的，只能提供單獨(dú)設(shè)備性能試驗(yàn)所用的修正曲線，但實(shí)際上燃機(jī)出力和效率的變化將會(huì)影響到余熱鍋爐和汽輪機(jī)組的出力和效率，需要1套完整的全廠性能試驗(yàn)修正曲線，用來(lái)修正參數(shù)變化時(shí)全廠的凈出力和凈熱耗率。因此，本文用ASME PTC 46標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了206B燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)，重點(diǎn)闡述試驗(yàn)的邊界劃定、結(jié)果計(jì)算與修正方面的特殊性，并分析了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)的一些技術(shù)要點(diǎn)。

1 保證值與基準(zhǔn)條件

合同規(guī)定性能試驗(yàn)條件RSC(Reference Site Condition)，即現(xiàn)場(chǎng)參考條件:大氣溫度為38℃，大氣壓力為96.6 kPa，濕度為38%，燃料為L(zhǎng)DO(柴油)，功率因數(shù)為0.8，頻率為50Hz。

整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由2臺(tái)燃機(jī)(PG6551B)、2臺(tái)余熱鍋爐及1臺(tái)蒸汽輪機(jī)組成，其中，燃?xì)廨啓C(jī)額定功率(發(fā)電機(jī))為30 575 kW，余熱鍋爐最大連續(xù)出力為59.4 t/h，出口蒸汽壓力為6.9 MPa(g)，出口蒸汽溫度為468+－510℃，給水溫度為104℃;蒸汽輪機(jī)主蒸汽壓力為 6.7 MPa，主蒸汽溫度為465℃，排汽壓力為 0.010 3 MPa，主蒸汽流量為118.8 t/h，額定功率(發(fā)電機(jī))為31 067 kW。整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的凈輸出保證值(主變壓器的高壓側(cè))為87.92 MW，凈熱耗率保證值為8 408.2 kJ/kW·h。

2 試驗(yàn)方法與過(guò)程

圖1 聯(lián)合循環(huán)熱力性能試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及邊界范圍

2.1 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)及邊界范圍

按照ASME PTC 46－1996、供貨范圍以及合同條款規(guī)定不同，試驗(yàn)邊界范圍也不相同。例如功率輸出以發(fā)電機(jī)出口作為邊界，或以主變高壓側(cè)作為邊界。汽輪機(jī)的邊界有很多種:若凝汽器和水塔都包含在試驗(yàn)范圍內(nèi)，則以環(huán)境溫度作為基準(zhǔn);若水塔不在范圍內(nèi)，凝汽器在范圍內(nèi)，則以循環(huán)水溫度作為基準(zhǔn);若水塔和凝汽器都不在范圍內(nèi)，則以汽輪機(jī)的排汽壓力作為基準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，不同的邊界范圍，試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的選取是不一樣的，本文試驗(yàn)是以主變高壓側(cè)作為功率的邊界，以排汽壓力作為汽輪機(jī)的邊界。圖1為該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置及邊界范圍(圖中虛線所示)。

試驗(yàn)所用儀表均按照ASME PTC 46－1996的要求，分別用0.1%級(jí)的絕對(duì)壓力變送器、Pt100熱電阻、0.05%級(jí)功率表、機(jī)械通風(fēng)式干濕球溫度計(jì)、RHEONIK質(zhì)量流量計(jì)(0.15%)測(cè)量壓力、溫度、功率、濕度、燃油流量，燃料送到當(dāng)?shù)赜匈Y質(zhì)的單位進(jìn)行化驗(yàn)。所有儀表在試驗(yàn)前均送到法定計(jì)量部門進(jìn)行校驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)在機(jī)組試運(yùn)結(jié)束后進(jìn)行，試驗(yàn)前先進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作，主要包括測(cè)量?jī)x表的安裝，2臺(tái)燃機(jī)的水洗，燃機(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢查及預(yù)備性試驗(yàn)等，其主要目的是確認(rèn)試驗(yàn)條件滿足程序要求，并使試驗(yàn)人員熟悉試驗(yàn)程序。為了與設(shè)計(jì)工況接近，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了必要的隔離，主要包括余熱鍋爐停止排污、吹灰，關(guān)閉系統(tǒng)所有放汽、放水閥門，考核試驗(yàn)在燃機(jī)基本負(fù)荷進(jìn)行。機(jī)組各主要參數(shù)要調(diào)整至設(shè)計(jì)值，并保持穩(wěn)定1 h后開(kāi)始試驗(yàn)。參數(shù)波動(dòng)的允許偏差如表1所示。所有為此試驗(yàn)加裝的臨時(shí)儀表均接入專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，試驗(yàn)每個(gè)工況的周期定為1 h，采樣頻率如表2所示。試驗(yàn)開(kāi)始條件和試驗(yàn)結(jié)束數(shù)據(jù)均由業(yè)主、供貨商、監(jiān)理方、試驗(yàn)方共同簽字確認(rèn)。

表1 性能試驗(yàn)參數(shù)允許偏差

表2 性能試驗(yàn)參數(shù)采樣間隔

3 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將記錄每個(gè)工況的試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)平均值計(jì)算以及儀表校驗(yàn)值、零位、水位高差、大氣壓力等修正;同一參數(shù)多重測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)，取算術(shù)平均值。

試驗(yàn)工況機(jī)組功率的凈輸出為

式中Pgnet1、Pgnet2、Pst分別為主變高壓側(cè)實(shí)測(cè)的1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)、2號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)的功率凈輸出，kW。

機(jī)組消耗的熱量為

式中:GLDO1、GLDO2為實(shí)測(cè)的1號(hào)、2號(hào)燃機(jī)進(jìn)口燃料流量，kg/h;HLDO為化驗(yàn)得出的燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg。

則機(jī)組實(shí)測(cè)的凈熱耗率為

4 試驗(yàn)結(jié)果的修正

由于實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中各種參數(shù)、條件與設(shè)計(jì)值存在一定的偏差，因此需要將實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果修正到設(shè)計(jì)狀態(tài)。主要的修正項(xiàng)目有環(huán)境大氣壓力、溫度、濕度、燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)間、汽輪機(jī)排汽壓力、功率因數(shù)、燃料熱值等。

修正項(xiàng)目可分為二類:一類修正項(xiàng)目為簡(jiǎn)單修正系數(shù)，如功率因數(shù)、汽輪機(jī)排汽壓力等。這類修正系數(shù)只對(duì)單一設(shè)備的性能產(chǎn)生影響，例如燃機(jī)的功率因數(shù)偏離設(shè)計(jì)值，只對(duì)燃機(jī)本身的凈功率輸出和熱耗率產(chǎn)生影響，不會(huì)影響余熱鍋爐和汽輪機(jī)的性能，采用廠家提供的修正曲線進(jìn)行修正即可。另一類修正項(xiàng)目為復(fù)合修正系數(shù)，如環(huán)境大氣壓力、溫度、濕度等，這類參數(shù)直接影響燃?xì)廨啓C(jī)的凈輸出，同時(shí)燃機(jī)的排氣溫度、排氣流量等參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致余熱鍋爐的性能受到影響，影響了汽輪機(jī)的出力和熱耗率，因此整個(gè)機(jī)組的修正不能用燃機(jī)廠家提供的修正曲線。以燃機(jī)進(jìn)口空氣溫度為例，該溫度偏離設(shè)計(jì)值對(duì)燃機(jī)性能影響的修正曲線如圖2所示。實(shí)際計(jì)算時(shí)不能簡(jiǎn)單應(yīng)用此曲線，根據(jù)該曲線、余熱鍋爐廠家提供的燃機(jī)排氣流量、排氣溫度對(duì)鍋爐性能影響曲線、汽輪機(jī)廠家提供的主蒸汽參數(shù)變化對(duì)汽輪機(jī)性能影響修正曲線做出綜合計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如表3所示。根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果得出燃機(jī)進(jìn)口空氣溫度對(duì)機(jī)組凈輸出和凈熱耗率的修正曲線，如圖3所示。從圖3可以看出，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的修正曲線可以用來(lái)對(duì)機(jī)組凈輸出和凈熱耗率修正。

同樣采取上述方法得到其它修正系數(shù)，最終修正后的機(jī)組的凈輸出為

最終修正后的機(jī)組凈熱耗率為

式(4)、式(5)中各修正系數(shù)含義如表4所示。經(jīng)上述修正計(jì)算，整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的凈輸出功率為89.43 MW，優(yōu)于保證值87.92 MW;凈熱耗率為7 794.77 kJ/kW·h，優(yōu)于保證值8 408.2 kJ/kW·h。

表3 進(jìn)口空氣溫度對(duì)機(jī)組性能的修正計(jì)算

表4 機(jī)組性能的修正系數(shù)匯總表

5 性能試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

1)用ASME PTC 46－1996進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)時(shí)，需要準(zhǔn)確劃定試驗(yàn)邊界，這對(duì)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置、試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算、各方責(zé)任的劃分至關(guān)重要。

2)根據(jù)劃定的試驗(yàn)邊界選取試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的安裝位置對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，對(duì)流場(chǎng)不均勻的位置應(yīng)布置多重測(cè)點(diǎn)取平均值。

3)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正的時(shí)，不能簡(jiǎn)單應(yīng)用廠家提供的修正曲線，需要經(jīng)過(guò)計(jì)算得出每個(gè)參數(shù)對(duì)整個(gè)機(jī)組性能的修正曲線，才能對(duì)機(jī)組的凈出力和凈熱耗率進(jìn)行修正計(jì)算。

4)由于修正計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，試驗(yàn)時(shí)盡可能保證機(jī)組參數(shù)接近設(shè)計(jì)值，使修正量減小，從而降低試驗(yàn)的不確定度［2］。尤其是燃機(jī)運(yùn)行小時(shí)數(shù)的修正，試驗(yàn)應(yīng)該在機(jī)組試運(yùn)結(jié)束后開(kāi)始，以減少燃機(jī)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)修正帶來(lái)的不必要的誤差。

5)聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)確定了凈出力和凈熱耗率，機(jī)組的廠用電對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響較大。因此，試驗(yàn)前應(yīng)在試驗(yàn)程序中明確運(yùn)行的輔機(jī)、附屬用電設(shè)備的數(shù)量以及運(yùn)行狀態(tài)，編制檢查清單，試驗(yàn)前有關(guān)各方共同檢查確認(rèn)。如果有輔機(jī)或附屬設(shè)備與原定運(yùn)行狀態(tài)不同，就應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的修正。

6)對(duì)試驗(yàn)的熱力系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的隔離，保證沒(méi)有無(wú)關(guān)的工質(zhì)和熱量進(jìn)出系統(tǒng)，例如鍋爐的排污、系統(tǒng)的排汽等。對(duì)于確實(shí)無(wú)法消除的缺陷，試驗(yàn)前各方應(yīng)討論確定修正方法。

7)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)結(jié)果涉及到商務(wù)索賠內(nèi)容，因此試驗(yàn)每個(gè)步驟，包括試驗(yàn)程序的討論、試驗(yàn)儀表的檢定與安裝、試驗(yàn)開(kāi)始條件的確認(rèn)、燃料采樣的封存與化驗(yàn)、試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的確認(rèn)等，都應(yīng)該由有關(guān)各方共同簽字確認(rèn)，分清責(zé)任。

6 結(jié)論

上述聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果和修正過(guò)程表明，在正確劃定燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)邊界條件、準(zhǔn)確采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)、合理使用修正曲線的情況下，采用ASME PTC 46－1996進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的性能試驗(yàn)，具有試驗(yàn)簡(jiǎn)捷、結(jié)論準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

［1］焦樹(shù)建．淺論聯(lián)合循環(huán)熱力性能的驗(yàn)收試驗(yàn)［J］．燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2004，17(1):1 －14．

［2］張敏，天罡，薛永鋒．燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)計(jì)算方法［J］．東北電力技術(shù)，2008(12):1－5．

［3］任其智．燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)電站熱力性能試驗(yàn)方法探討［J］．熱力發(fā)電，2001(3):2－5．

［4］閻?？担沃緞偅笮腿?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組熱力性能試驗(yàn)研究［J］．華東電力，2003(9):74－76．