摘要：在單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠里，大型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣不是直接排到大氣中，而是作為有價值的能源進(jìn)入到余熱鍋爐（HRSG）中產(chǎn)生蒸汽，推動蒸汽輪機(jī)，發(fā)出額外的電力。通過聯(lián)合燃?xì)夂驼羝麅煞N發(fā)電循環(huán)，電廠的整體發(fā)電效率顯著提升。

關(guān)鍵詞：單軸;燃?xì)廨啓C(jī);性能試驗(yàn);性能驗(yàn)收

引言

某境外燃?xì)怆娬荆黧w設(shè)備采用的是西門子SGT5-4000F型燃?xì)廨啓C(jī)、SST5-3000 型汽輪機(jī)組、SGen5-2000H 型發(fā)電機(jī)、SCon-1000的凝汽器及阿爾斯通GT13E1 型余熱鍋爐，進(jìn)行單軸布置，一拖一聯(lián)合循環(huán)。

SGT5-4000F型燃?xì)廨啓C(jī)具有高效能，低發(fā)電消耗，大修間隔長以及易于維修等特點(diǎn)。通過優(yōu)化蒸汽流向和冷卻系統(tǒng)可使該型號燃?xì)廨啓C(jī)在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中達(dá)到最高的效率。該型號的燃?xì)廨啓C(jī)是一種非常成熟的機(jī)組，具有非常成熟的設(shè)計(jì)理念和運(yùn)行理念。

1.性能試驗(yàn)的概念

性能試驗(yàn)指的是買方對所購進(jìn)的單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能有具體的要求，并在合同中要求賣方對其出售的設(shè)備性能提出相應(yīng)的保證值，然后在性能試驗(yàn)中來考核賣方的設(shè)備是否能夠達(dá)到其保證值。通常它包括兩個數(shù)據(jù)，即在各個保證工況下的凈出力和凈熱耗值，為了保證雙方的公平，在合同中還列出了機(jī)組對應(yīng)的環(huán)境條件和運(yùn)行條件。

本項(xiàng)目的環(huán)境條件和運(yùn)行條件如下：

大氣溫度32℃相對濕度80%大氣壓力1.013bar功率因素0.85機(jī)組出力測量點(diǎn)275KV升壓站頻率50Hz河水取水溫度32℃天然氣入口壓力27.5℃天然氣比重0.59天然氣毛熱值27.5℃天然氣溫度20℃天然氣毛熱值38.04MJ/sm3項(xiàng)目的保證值如下：

描述保證值單位試驗(yàn)偏差100%負(fù)荷凈出力384680kW-高位熱值6911kJ/kWh-注：高位熱值是指每標(biāo)準(zhǔn)立方米燃?xì)馔耆紵螅錈煔獗焕鋮s至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時所放出的熱量;

低位熱值是指每標(biāo)準(zhǔn)立方米燃?xì)馔耆紵?，其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸氣狀態(tài)時所放出的熱量。2.性能試驗(yàn)的準(zhǔn)備

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的性能試驗(yàn)要求在所有的燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的熱態(tài)調(diào)試完成后馬上進(jìn)行。在性能試驗(yàn)前，西門子要求在試驗(yàn)前要讓機(jī)組停機(jī)至少3天以用于壓縮機(jī)的檢查和清洗，這三天也包括了燃機(jī)和汽機(jī)的冷卻時間。同時在這段時間，性能試驗(yàn)人員需要在機(jī)組各個位置安裝性能試驗(yàn)用的儀器儀表。

在性能試驗(yàn)前，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)應(yīng)處在盡可能新的和清潔的狀態(tài)下。在 文 件 Performance Test Procedure for Siemens Combined Cycle Package（SCC-PAC）CCPP Connaught Bridge（用于本項(xiàng)目的性能試驗(yàn)程序）中規(guī)定，若燃燒少于700小時，則可認(rèn)為設(shè)備是新的。若燃燒高于700小時，就必須使用老化曲線進(jìn)行修正。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)在做性能試驗(yàn)的前一天或前幾個小時必須對燃?xì)廨啓C(jī)本體進(jìn)行水洗。本機(jī)型水洗一般分為兩種：一種是離線清洗，一種是在線清洗。離線清洗時要依靠啟動靜態(tài)變頻器來轉(zhuǎn)動機(jī)組進(jìn)行高速盤車從而進(jìn)行水洗。在線清洗指的就是在燃機(jī)運(yùn)行的時候進(jìn)行水洗。做性能試驗(yàn)前一般都只進(jìn)行離線水洗，不進(jìn)行在線水洗，在線水洗的風(fēng)險(xiǎn)較大，危險(xiǎn)較高。水洗的目的就是清除燃汽輪機(jī)葉片中的沉淀來保持燃機(jī)的輸出功率和效率。離線水洗之前，要手動調(diào)節(jié) IGV 的開度到 100%，做好安全措施后，還要人工對 IGV 葉片進(jìn)行清潔，以保證葉片能夠得到充分的清洗從而確保得到真實(shí)的性能數(shù)據(jù)。

3.性能試驗(yàn)測點(diǎn)布置及參數(shù)測量

在進(jìn)行性能試驗(yàn)前，參加試驗(yàn)的各方專家必須協(xié)商一致地共同制訂試驗(yàn)大綱，其中最為關(guān)鍵的就是審查測點(diǎn)布置的設(shè)計(jì)，測量點(diǎn)的布置直接影響到各試驗(yàn)參數(shù)測量的合理性與準(zhǔn)確性。本項(xiàng)目性能試驗(yàn)是按 ASME PTC46 和 文 件 《 Performance Test Procedure for Siemens Combined Cycle Package（SCC-PAC）CCPP Connaught Bridge》的要求進(jìn)行的。當(dāng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組達(dá)到基本負(fù)荷后，再穩(wěn)定運(yùn)行3個小時保證機(jī)組達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時，進(jìn)行各有關(guān)參數(shù)量的測量，然后根據(jù)測得的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和必要的修正，以獲得在ISO條件下機(jī)組的出力和熱耗率的數(shù)據(jù)，并與合同保證的熱力性能值進(jìn)行比較，以判斷燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)在熱力性能上是否合格。在性能試驗(yàn)前，檢查核實(shí)所有用于性能試驗(yàn)的儀器儀表的校核證書在有效期內(nèi)，所有校核證書都要滿足DIN EN ISO/IEC 17025：2005 或 ASME PTC46 的規(guī)范規(guī)定。同時在性能試驗(yàn)的過程中還要使用機(jī)組本身自帶的 DCS系統(tǒng)來監(jiān)控其他一些運(yùn)行參數(shù)，各主要測點(diǎn)如下圖：

由于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的性能受很多因素的影響，為了使所測得性能能夠與合同保證的性能進(jìn)行比較，必須把實(shí)測性能數(shù)據(jù)修正到合同中所規(guī)定的保證條件，以消除各種因素的影響。為此，在試驗(yàn)過程中應(yīng)記錄足夠多的數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

在文件《Performance Test Procedure for Siemens Combined Cycle Package（SCC-PAC）CCPP Connaught Bridge》中對試驗(yàn)時間的規(guī)定為每一個不同荷載段所需要的時間為60分鐘。時間段過長所獲得的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的試驗(yàn)點(diǎn)易于感受進(jìn)氣溫度的變化，從而影響機(jī)組的運(yùn)行特性，使試驗(yàn)準(zhǔn)確度降低，因此性能試驗(yàn)的時間一般不超過一個小時，但至少要保證20分鐘的有效試驗(yàn)時間。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)要在ASME PTC46的規(guī)定范圍內(nèi)，如果各參數(shù)的變化均滿足ASME PTC46的規(guī)定要求，則認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行已達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，同時要求機(jī)組在試驗(yàn)前應(yīng)能可靠運(yùn)行。

該文件在對數(shù)據(jù)的采集也提出了專門的規(guī)定，在用電子數(shù)據(jù)采集模板所采集到的數(shù)據(jù)要做到一分鐘至少要記錄一個數(shù)據(jù)，人工讀取的數(shù)據(jù)要做到每五分鐘至少記錄一個數(shù)據(jù)，這樣可以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性及完整性。

在天然氣燃料取樣這一塊要特別的注意，因?yàn)樘烊粴馊拥臏?zhǔn)確度直接將影響到后期的計(jì)算結(jié)果的正確性。一般要求在每個工況下對天然氣進(jìn)行取樣，要取3組，分別為試驗(yàn)前一組，試驗(yàn)中一組，試驗(yàn)后一組。而每組又要取3個樣品，分別由業(yè)主，設(shè)備廠家，現(xiàn)場各取一份。當(dāng)試驗(yàn)雙方對天然氣燃料成分分析有爭議時，由雙方共同選定一個實(shí)驗(yàn)室，用現(xiàn)場的樣品再次試驗(yàn)。

4.預(yù)試驗(yàn)及正式試驗(yàn)

4.1預(yù)試驗(yàn)

預(yù)試驗(yàn)是在正式試驗(yàn)前進(jìn)行按要求做的一次試驗(yàn)，用以保證所有儀表功能正常，并確認(rèn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)及其輔助設(shè)備處于一個良好的工作狀況。預(yù)試驗(yàn)的主要目的是：（1）確認(rèn)所有測試儀器、儀表的可靠性與準(zhǔn)確性，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行;（2）通過預(yù)試驗(yàn)演練，鍛煉試驗(yàn)參與人員（包括試驗(yàn)指揮、運(yùn)行操作、現(xiàn)場測試與采樣）的協(xié)作溝通與操作技能;（3）對正式試驗(yàn)所要求的機(jī)組運(yùn)行工況及參數(shù)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。

預(yù)試驗(yàn)必須在全場性能試驗(yàn)前完成，并且有足夠的時間去計(jì)算初步結(jié)果，然后根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和修改測試要求或測試設(shè)備。預(yù)測試的結(jié)果需要通過多次計(jì)算測量數(shù)據(jù)的數(shù)值來得出最終值。預(yù)實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)初步試驗(yàn)結(jié)果對燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行一些調(diào)整，以保證機(jī)組處于最佳性能。

4.2正式試驗(yàn)

預(yù)測試完成后，開始正式試驗(yàn)。一項(xiàng)試驗(yàn)所需的時間和頻率應(yīng)選擇在一個可靠的讀數(shù)范圍內(nèi)。在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組滿負(fù)荷試驗(yàn)時，頻率要求穩(wěn)定在49.5至51.5Hz之間，這樣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的穩(wěn)定性比較好。一般情況下，一個階段的試驗(yàn)時間應(yīng)為60分鐘。但是如果在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)條件超出ASME PTC46的限定，那么參與試驗(yàn)的各方代表可以商定在試驗(yàn)過程中選取一段時間作為正式試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，但至少要保證20分鐘以上。這段數(shù)據(jù)就可以作為正式性能試驗(yàn)的結(jié)果。由于本項(xiàng)目采用的是單軸布置，沒有辦法單獨(dú)考核燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的性能，只能采用聯(lián)合循環(huán)機(jī)組帶滿負(fù)荷后再減去廠用電的方式計(jì)算性能試驗(yàn)結(jié)果。

5.燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)性能修正曲線

為了考核已安裝并調(diào)試好的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能，買方將按照合同的規(guī)定進(jìn)行機(jī)組的性能保證值進(jìn)行性能試驗(yàn)。首先，天然氣燃料要與合同的規(guī)定一致，包括天然氣的成分、溫度及供給壓力。其次，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組所處的環(huán)境和運(yùn)行條件要盡可能接近合同所規(guī)定的條件。然而，由于種種因素，進(jìn)行性能保證試驗(yàn)時實(shí)際的環(huán)境和運(yùn)行條件一般都會偏離合同所規(guī)定的條件，從而影響機(jī)組的性能。這就要求根據(jù)各個因素的影響對從試驗(yàn)測得的性能數(shù)據(jù)加上適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)。這些修正系數(shù)可由修正曲線查得，一般來說，修正曲線由設(shè)備廠家提供。如果機(jī)組的型號不同，上述的修正曲線、修正系數(shù)亦不同。本項(xiàng)目的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的修正曲線就有10種不同的修正曲線的因素，分別對出力及熱效率產(chǎn)生影響，而這些

修正因素主要都是針對燃?xì)廨啓C(jī)本體，蒸汽輪機(jī)由于受到余熱鍋爐的影響，而余熱鍋爐屬于本項(xiàng)目內(nèi)部考核，應(yīng)此蒸汽輪機(jī)的影響因素不考慮。影響

燃?xì)廨啓C(jī)正常工作的10個因素是：1）大氣壓力的影響;2）壓氣機(jī)進(jìn)口溫度的影響;3）大氣濕度的影響;4）進(jìn)氣口壓損的影響;5）排氣口壓損的影響;6）天然氣燃料成分及低熱值的影響;7）轉(zhuǎn)速的影響;8）功率因素的影響;9）OTC設(shè)置變化的影響;10）燃?xì)廨啓C(jī)老化影響;

6.性能試驗(yàn)通過驗(yàn)收

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能考核的試驗(yàn)中，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的選擇十分重要。目前現(xiàn)有的性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有 ASME PTC46、ISO2314：1989/AMD1 和 DL/T851

三種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，每個項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目自身的情況選擇適合于本項(xiàng)目的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。這三種標(biāo)準(zhǔn)從試驗(yàn)?zāi)康?、適用范圍、試驗(yàn)程序要求、試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算與修正都有所不同。

本項(xiàng)目根據(jù)業(yè)主要求采用的是 ASME PTC46 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，最終機(jī)組聯(lián)合循環(huán)在滿負(fù)荷時凈出力達(dá)到了 386.08MW，機(jī)組聯(lián)合循環(huán)熱耗高熱值為6852.39KJ/KWh，在高熱值下的凈效率為 52.54%，熱耗低熱值為 6177.82 KJ/KWh，在低熱值下的凈效率高達(dá) 58.27%。比合同要求凈出力值 384.68MW 高出 0.36%，熱耗值比合同要求的凈熱耗值 6911.00KJ/KWh 降低了 0.85%，順利的通過了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)。

7.總結(jié)

單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)性能試驗(yàn)的試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)方法可以參照國際通用的標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)過實(shí)踐考研的試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范。性能試驗(yàn)的主要目的是為了準(zhǔn)確的測出機(jī)組在合同規(guī)定的條件下，各個工況時機(jī)組的輸出功率和熱效率。性能試驗(yàn)前應(yīng)與設(shè)備廠家在就電廠性能的保證值及其保證條件進(jìn)行協(xié)商并達(dá)成協(xié)議。由于機(jī)組的性能試驗(yàn)很難完全在合同規(guī)定的條件下進(jìn)行，因此對實(shí)際試驗(yàn)條件下的實(shí)測值要進(jìn)行修正，修正曲線或修正計(jì)算方法由設(shè)備廠家提供。當(dāng)性能試驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到合同規(guī)定條件下的保證值時，試驗(yàn)雙方應(yīng)對原因進(jìn)行客觀分析和辨識，以便分清責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]Dr. Noelke，Performance Test Procedure for Siemens Combined Cycle Package（SCC-PAC）CCPP Connaught Bridge，2015/02/15。

[2]燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置/清華大學(xué)熱能工程系動力機(jī)械與工程研究所，深圳南山熱電股份有限公司編著。-北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：李建軍 1972.05 男 漢族 湖南省常德市桃源縣 大學(xué)（學(xué)士）高級工程師 研究方向：火電廠設(shè)備制造質(zhì)量控制。

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