關于燃氣聯合循環發電機機組性能保證值計算分析

張磊

中國能源建設集團廣東火電工程有限公司 廣東廣州 510735

摘要：國際上燃機聯合循環發電項目，機組的性能保證值主要為全廠的供電凈出力和供電凈熱耗，能夠在投標時準確的計算出機組性能保證值對于EPC總包工程項執行風險，能夠更好的有效的得到控制。

關鍵詞：燃氣；電負荷；聯合循環；廠用電；機組性能；保證值

1.項目概況

孟加拉G4 改造項目，是保留了現有蘇制210MW汽輪發電機等系統，拆除現有670t/h燃氣鍋爐，新增燃氣輪機、余熱鍋爐以及其他輔助設備，改造為凈出力為360-440MW的聯合循環發電機組。該項目投標時選用GE 9F.04A（9F.03改進型）燃氣輪機發電機組，國產單壓再熱補燃型余熱鍋爐，循環水冷卻采用現有機力通風冷卻塔。性能保證工況的部分設計條件如下表，如未特別說明，則下文中的性能參數都是基于以上設計條件的工況。

2.性能分析方法及目的

根據各主機廠家提供的性能參數以及設計院提供的廠用電清單，按照相關標準采用正平衡方法，計算G4項目單循環和聯合循環的凈出力和凈熱耗，為評估投標方案的技術競爭力提供依據，分析項目潛在的性能分析，并據此計算項目性能風險金。

參照標準：①ASME PTC46-1996 Performance Test Code on Overall Plant Performance；②ASME PTC22-2005Gas Turbine Performance Test Codes；③ASME PTC 6-2004 Steam Turbines Performance Test Codes；④ASME PTC4.4-2008 Gas Turbine Heat Recovery Steam Generators Performance Test Codes；⑤ISO 2314-2009 Gas Turbines Acceptance Tests；⑥DLT 5153-2002 火力發電廠廠用電設計技術規定。

3.方案選型與出力評估

由于該項目選用GE燃機，其合適的產品為9F.04A和9F.05。9F.04A需要通過補燃才能到達業主要求的出力，并且9F.04A的性價比最高，經與GE、余熱鍋爐廠和汽機改造技術支持方就余熱鍋爐補燃量和汽輪機出力進行了數次計算、調整。

GE提供了補燃量為135511kW的熱平衡圖，改造后汽機出力為184.985MW，通過與設計院和鍋爐廠電話會議討論后，并結合汽機改造技術支持方意見，GE將蒸汽流量略微減少以符合汽機通流條件，同時補燃量調整為129224kW，出力為180.709MW。

汽機改造技術支持方對鍋爐廠根據GE熱平衡圖設計的蒸汽參數評估汽機的出力為174.823MW，比GE的方案低5.886MW。汽機改造支持方根據以往同類型機組改造經驗，認為汽輪機的實際效率要低于GE方案。最終本項目確定評估汽機的出力為174.823MW。

4.性能保證值計算

凈熱耗采用正平衡法計算，凈熱耗=輸入熱量/凈出力×3600 kJ/kWh；GTG出力數據由GE提供；STG出力由汽機改造技術支持方進行評估；輸入熱量等于燃機燃料發熱量（聯合循環時包括補燃燃料發熱量）。

輸入總熱量：790673 kW；單循環毛出力：248120 kW；單循環廠用電：10033 kW；聯合循環毛出力：422943 kW；聯合循廠用電：19653 kW。單循環性能保證值：凈出力：238087kW，凈熱耗：10，001kJ/kWh；聯合循環性能保證值凈出力：403290kW，凈熱耗：7058kJ/kWh。

因燃機性能、余熱鍋爐性能、汽輪發電機組性能具有各個主機設備供應商所擔保，熱力系統設計簡單。所以單循環和聯合循環的廠用電計算是性能保證值計算的關鍵點，為了能夠在投標分析中準確的計算出廠用電負荷，我司在投標時采用如下原則進行核算并取得了多個工程實踐的認定并已經形成了相對完善的廠用負荷計算程序。

A、對廠用電負荷進行辨識和確認，確定出在性能試驗時的連續工作負荷、間斷工作負荷、間斷工作系數。

B、對廠用電負荷利用設計軟件（一般要求設計院進行核算）全部歸集到軸功率或運行功率。廠用負荷計算要細化到各個連續運行的輔機和各個生產性負荷等等。

C、對于燃機電負荷要與燃機廠家確認其毛出力是否是去除勵磁負荷和其他燃機所屬輔機的電負荷。

D、認真核算主變損耗、高廠變損耗、電纜損耗。

通過在GT Pro軟件上進行性能驗算，我司的廠用電計算方法相對準確合理，對于設備參數不是很齊全的情況下，通過軟件的幫助也是有限的，故在性能計算時GT Pro軟件主要進行核算主要設備性能和大型輔機性能，小型輔機和其他生產性負荷通過人工手工計算和人為篩分來進行判斷。

間斷工作系數主要通過用電負荷的系統冗余設置和自然環境需要來進行綜合分析，一般按24小時內設備工作小時數和啟動頻率，啟動時間跨度超過8～10小時的只計算一半的廠用負荷。

對于改造的汽輪機則通過對汽機本體了解的技術支持方運用其成熟的汽輪機本體熱力計算軟件結合蘇制機組的通流特性、各缸負荷分配、級效率等參數進行綜合計算得出。本工程的顯著特點是在聯合循環機組的設計理念上增加了一級回熱抽汽，在保證低壓缸最大通流的前提下，增加高中壓缸的通流，進而提高機組的出力。在效率方面有所犧牲，但保證了機組容量得到了最大的利用，有效的緩解當地用電緊張的局面，最大限度的減少了業主的初次投資。

5.類似項目性能比較

以下數據均為100%負荷燃氣工況參數。

5.1單循環性能比較

*K1B項目：K1B項目投標方選用GE 9F.03燃機投標方案。G4項目與G3項目屬于同一發電廠的兩臺相同的汽機聯合循環改造項目，不同在于選擇的燃機和聯合循環方案不同。

G4項目由于燃機較大，單循環出力僅次于G3項目，熱耗略高于K1B項目方案。廠用電方面G4項目與S項目幾乎相同，由于包含天然氣增壓機的緣故廠用電大幅高于K1A＼K1B項目，其中K1A項目投標商方案采用燃機冷卻水采用直接空冷器其廠用電更低。G4項目采用GE 9F.04A（9F.03改進型）燃機，燃機性能高于K1B項目投標方案的9F.03燃機，但由于廠用電包含天然氣增壓機負荷，所以凈熱耗略高于K1B方案。

5.2聯合循環性能比較

*S項目廠用電包括天然氣增壓機負荷。

凈出力方面：由于采用帶補燃余熱鍋爐，與單循環相比G4項目與G3項目差距縮小，與K1B項目投標方案差距拉大。凈熱耗方面：由于采用帶補燃余熱鍋爐，使得G4項目熱耗大幅高于G3項目和K1B項目投標方案。廠用電方面：G4項目廠用電略高于S項目，由于G4項目機組容量大于S項目，天然氣消耗量大，其增壓機功率比S項目大1.75kW。若不考慮天然氣增壓機，G4項目廠用電小于S項目。說明G4項目設計處于合理水平，并優于S項目。

6.結論及建議

廠用電負荷的合理準確的計算有助于項目投標風險控制，對于海外EPC項目的盈利有決定性的影響，本文結合了以往工程的投標經驗和工程實踐，對于廠用電負荷的計算提出了指導性的意見，對于中國電力承包商走出去是有一定的幫助。

在燃氣聯合循環發電機機組運行實踐中，不僅在節能降耗、減排方面針對性地做了一些工作，而面對技術經濟指標比較先進的發電設備，仍然需要注重發掘潛力，降低機組能耗，不斷完善節能管理工作，在確保機組安全運行不受影響的前提下進行了多項技術改進并取得了良好的效果。