联合循环机组燃气透平进气温度的计算

　　燃气轮机(燃机)燃气透平进气温度对燃气-蒸汽联合循环机组运行和维护是一个重要的参数,同时也是在机组验收考核试验时需重点考核的参数。燃气透平进气温度过高会降低热通道的寿命,增大维护费用,过低又会影响机组运行经济性。

　　对于F级联合循环机组,燃气透平进气温度高达1 350℃,目前无法实现长期直接测量,国内外均采用间接的测量计算方法进行[1],如在运行控制上均采用测量燃气透平排气温度,并根据大气环境参数修正来控制[2],在机组调试阶段完成温控曲线设定。通过对西门子、GE和三菱等公司单轴布置联合循环机组的多台性能考核试验数据分析比较认为,采用余热锅炉热平衡法可以得到较为准确的燃气透平排气流量,进而计算出燃气透平进气温度。

　　国外主要燃机厂家对燃气透平进气温度有不同的定义:西门子和ABB公司给出的燃气透平进气温度是将全部冷却空气等效到燃气透平第1级静叶前的进气温度(称为燃气透平进气ISO参考温度[3]);GE公司燃气透平进气温度是透平第1级动叶前的滞止温度;三菱公司燃气透平进气温度是指透平第1级静叶前滞止温度,其比燃气透平进气ISO参考温度高出几十度。

　　由于透平各级静叶、动叶和叶轮等需要大量不同压力等级的冷空气进行冷却,这些冷却用空气没有进入燃烧室,其比例大约为全部空气流量的10%~20%[4,5]。如果没有准确的冷却用空气流量,燃气透平第1级动叶前或静叶后滞止温度无法准确计算出来。目前,一般可采用由厂家提供的热平衡图计算出燃气透平进气ISO参考温度和由厂家提的透平第1级动叶前或静叶后滞止温度,通过热力计算推算出冷却用空气流量。

　　1　燃气透平排气流量计算

　　根据ISO2314方法[3]计算燃气透平进气ISO参考温度时,燃气透平排气流量是一个较关键参数。不论单轴或多轴布置的联合循环机组,均可采用余热锅炉热平衡方法计算出燃气透平排气流量。对于多轴布置的联合循环机组或带有3S离合器的单轴布置的联合循环机组,还可采用燃机热平衡方法,也能较为准确地计算得到燃气透平排气流量。此外,GE公司还配置空气流量测量装置,这时燃气透平排气流量也可根据空气流量和燃料气流量测量相加得到。

　　1.1　余热锅炉热平衡方法

　　联合循环机组性能考核试验时,由于在余热锅炉部分安装了大量高精度的烟气侧和汽水侧压力、温度和流量测量仪表,可据ASME PTC4. 4提供的方法[6],即可根据余热锅炉热平衡方程,计算出燃气透平排气流量:

　　式中:mg8为燃气透平排气流量(余热锅炉入口烟气流量),kg/s;hg8为余热锅炉入口烟气比焓,kJ/(kW·h);mg9为余热锅炉出口烟气流量,mg9=mg8,kg/s;hg9为余热锅炉出口烟气比焓,kJ/(kW·h);QBFWP为余热锅炉给水泵和再循环泵输入热量,kW;QWF为余热锅炉工质带走热量,kW;QLOSS为余热锅炉散热损失,取设计值,kW。