關于提高LM6000PF+SPRINT輕型燃機發電效率的研究與應用①

孫濤 馬小軍 柳玉賓 張軍濤 于成琪

摘 ? 要：結合華電佛山能源有限公司3臺LM6000PF/PF航改型輕型燃氣輪機運行實際情況及廣東地區氣候條件，全面、系統、經濟的進行分析了影響航改型輕型燃機特性的因素等，從而進行相應改造，提高LM6000PF/PF航改型輕型燃氣輪機發電效率。

關鍵詞：航改型 ?輕型燃機 ?溫度 ?出力 ?發電效率

中圖分類號：TK47 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0048-02

1 ?背景和現狀

1.1 背景

華電佛山能源有限公司三水分布式能源項目，采用GE公司提供3×LM6000PF+SPRINT燃機，當進入夏季及秋季，環境溫度上升，燃機發電效率下降，主要原因是空氣進氣溫度高，用于和燃料混合燃燒的氧氣濃度低，燃燒相對不充分，所以燃燒效率低。為了讓機組能夠高效率運行，運行單位在夏季投入SPRINT系統，SPRINT?系統通過向壓氣機入口噴入霧化水，從而提高燃氣輪機出力，增大發電量，此系統也存在一定的弊端，除鹽水處理工藝較為復雜，水處理不好會造成發動機內部結垢，結垢后燃機效率相應的會降低。

1.2 現狀

根據調查，三水歷年的環境平均溫度為21.9℃，夏季環境溫度在34℃左右，燃機進氣溫度高，夏季燃機出力受環境溫度影響嚴重，目前空氣進氣模塊使用Donaldson生產的進氣系統，擁有加熱/冷卻盤管，為提高燃機的發電效率，需要在目前的系統進行改造，在現有加熱/冷卻盤管通入冷卻水，在外圍的管路增加冷卻水管路，通過換熱的原理，從而降低燃機用于燃燒的空氣溫度。

2 ?空氣進氣降溫的必要性和重要性

降低燃機的進氣溫度燃機從而提高燃機效率十分重要，為解決燃機夏季進氣溫度高的問題，避免燃料燃燒不充分而浪費，最終的體現都是造成經濟效益的損失，所以為保障燃機項目生產經營的順利進行，增設燃機進氣冷卻系統以消除夏季環境溫度高而影響燃機效率很有必要。

3 ?進氣系統簡介

直觀假設，燃機比喻為人類，人需要呼吸潔凈的空氣是至關重要的，同理燃機也需要，燃機進氣系統通過一種進氣高效濾芯過濾，高效濾芯一般由木質纖維材料制成，其主要作用是將進入燃機壓縮機中的空氣進行過濾，這部分空氣一部分用于與燃料混合燃燒、另外一部分空氣用于軸承氣密封。

4 ?主要技術思路及內容

（1）根據GE公司提供的燃機性能曲線圖（見圖1），滿負荷運行，基于15℃、60%相對濕度、101.325kPa大氣壓的現場條件，無進排氣損失，50Hz，10.5kV，0.8pf。根據曲線圖看出，燃機效率與空氣進氣溫度有很大的關系。

（2）使用目前廠內制冷系統，將廠內的冷卻水注入加熱/冷卻盤管，自然界的空氣進入燃機發動機用于燃料混合燃燒，空氣通過冷卻盤管降低空氣溫度，提高燃機效率，改造后冷卻水流程圖如圖2所示。

（3）三水項目夏季的環境溫度基于34℃左右，通過改造注入7℃冷卻水，換熱后用于燃機空氣進氣溫度在16.9℃左右，根據LM6000PD SPRINT在不同環境溫度下的出力圖，燃機發電量從3.7MW提高到4.6MW左右，燃機效率大幅度提高。

5 ?改造前后性能分析

燃氣輪機特性受外界環境影響較大，特別是入口空氣的溫度。隨著入口空氣溫度升高，空氣質量流量下降，壓氣機耗功增大，燃氣輪機的發電功率及發電效率都會有所下降。因此在炎熱的夏季采用進氣冷卻裝置將燃氣輪機入口空氣溫度降低能有效的改善燃氣輪機的工作狀況。進氣冷卻系統投入使用以后，燃機的出力和效率都會顯著提高，而燃機出力的提高也會使燃料消耗相應增加。排煙溫度在進氣冷卻系統投入以后回有所降低，但由于燃料消耗量的增加，排煙流量會顯著上升，綜合來看，排煙能量也會顯著提高。對于本項目而言，排煙溫度的降低并不高，不會影響主蒸汽溫度。因此在炎熱的夏天進氣冷卻系統的投入不但會提燃機的出力和效率，還會增加蒸汽的產量。

6 ?考慮廣東三水逐月平均氣溫的情況

根據天氣網信息顯示，廣東三水地區的環境溫度日平均最高氣溫在32℃～34℃之間（5月～9月），日最低氣溫在23℃～26℃之間（5月～9月）。

由于能源站能夠提供的冷卻水溫度為7℃，將入口空氣冷卻至16℃是比較合理的，因此進氣冷卻系統在每年4～10月工作。

7 ?效益預測

7.1 效益預測計算

使用進氣冷卻系統后經濟效益：

在未使用進氣冷卻裝置前，單臺燃機以較低負荷運行（3.7MW左右）;進氣冷卻裝置投入后，燃機可保持在4.5～4.6MW運行，每日運行12h，電價按0.6元計算，在每年4月至10月投入運行可創造效益=（46000-37000）×12×7×30×0.6=1360.8萬元左右。

7.2 總結

使用進氣冷卻裝置后，可提高燃機發電效率，單純從發電量計算，單臺燃機每年投入運行7個月可創造的經濟效益在1300萬左右，華電佛山能源有限公司三水分布式能源項目擁有3臺LM6000PF+SPRINT燃機，三臺燃機同時投入運行，保底效益在3900萬元左右。

因此在炎熱的夏天進氣冷卻系統的投入不但會提高燃機的出力和效率，還會增加蒸汽的產量，蒸汽量增加，氣輪機發電效率也相應會增加。

參考文獻

[1] 美國GE關于LM6000PF/PF航改型輕型燃氣輪機維護說明書.

[2] 楊順虎.燃氣-蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3] 清華大學熱能工程系動力機械與工程研究所.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯合循環裝置（上、下冊）[M].北京：中國電力出版社，2007.