M701F燃机电厂压气机离线水洗经济周期研究及方法优化

M701F燃机电厂压气机离线水洗经济周期研究及方法优化

张应淳

（深圳市广前电力有限公司广东深圳518054）

摘要：针对燃气轮机组中压气机运行特性，研究压气机在实际运行中的特性变化，分析得出压气机水洗周期的判据，以及结合实际，提出在水洗的优化方法，提高压气机水洗的经济性。

关键词：燃气轮机；压气机；水洗

燃气轮机长期运行，压气机的效率会因为漂浮在空气中的灰尘粘附在叶片上而降低，同时吸附物质对压气机叶片的磨损也会导致轴功率的减少，造成燃机出力及效率下降，压气机叶片的水洗可以改善叶片的清洁度，恢复燃机性能、提高效率，提高燃机的出力，特别是在夏天，尤为重要。

三菱M701F燃机压气机水洗有两种方法：（1）在线水洗；（2）离线水洗。但由于在线水洗效果不明显，且由于燃机定位为调峰机组，大部分时间两班制运行，停机机会较多，所以以离线水洗为主。

根据运行规程，M701F燃机离线水洗要求燃机#2叶轮轮间温度降低至95℃以下，机组从停机自然冷却至满足水洗温度要求大约需48小时，做为两班制运行的调峰机组，停运两天以上满足水洗条件的机会较多，水洗频率高，有利于保持压气机的性能稳定，在一定程度上可以降低燃机出现燃烧调整的风险，但出于经济性考虑，并不是水洗越多越好，然而，水洗周期过长，因为水洗前后压气机性能发生较明显变化，有可能导致自动燃烧调整执行较大幅度修正而造成机组燃烧压力波动大的风险，因此通过对机组性能的分析，确定一个合理的水洗周期，即有利于保证压气机性能稳定，也有利于经济节能。

1．确定离线水洗周期的方法

在离线水洗周期的选择上，以三菱M701F燃机机组为例，有相关研究通过燃机功率、压气机压比变化，与时间序列的关系计算出离线水洗周期为426小时[1]，以两班制运行为基础，则运行1个月需进行离线水洗。然而，燃机运行的环境变化多端，空气由于受大气温度、气压、以及洁净程度的影响，同时，燃机由于本身性能以及天然气成份的变化，燃机自动燃烧调整后IGV开度的改变，诸多因素影响，压气机性能也会随之变化，需以一个动态的周期进行压气机水洗以恢复压气机性能。

空气进入压气机压缩过程，可以近似看作绝热过程，绝热指数为K（K=1.4），但由于机械设计、实际运行控制，现场散热等因素存在，压缩过程应偏向于多变压缩过程，多变指数为，当多变指数越大，则相同负荷下，压气机的耗功就越多，可以通过多变指数值的变化趋势来判断压气机性能，不受燃机负荷以及外界环境因素的影响，此过程计算可以省略掉其他干扰因素，更直观地反应压气机性能，参考多变过程的关系式：

（公式①）

式中：--压气机进口温度，K

--压气机出口温度，K

--压气机进口压力，MPa

--压气机出口压力，MPa

以机组检修完后前几次启动，计算确定出初始值，计为，随后每隔一定周期重新计算，通过对比，确定多变指数变化值达到规定值后，进行离线水洗，对比水洗前后恢复情况，可观察水洗效果。利用多变指数观察压气机性能，可以不受燃机负荷以及外界环境因素的影响，计算方便。

通过对本厂#2机组运行观察（9月15日进行离线水洗），摘录数据如下（表1）：

表1#2机压气机运行工况

多变指数变化趋势如下图：

图1压气机多变指数m变化趋势

由表1及图1可以直观看出，水洗前后，多变指数发生明显变化（），可认为压气机性能在水洗后得到改善，而后随着运行时间增长，多变指数逐渐呈上升趋势。

根据压气机的绝热效率（公式②）

其中：--压气机进口温度，K

--压气机绝热压缩出口温度，K

--压气机实际出口温度，K

三菱提供设计资料中指出，压气机的压比为17，根据绝热压缩公式：

（公式③），

其中K=1.4，结合公式①②，可推出压气机水洗后效率提升约2.5%（表2），由于压气机耗功一般要占燃机全部做功能力的2/3，由此推算，以机组的平均负荷为300MW为计算基础，其中燃机有效输出约为200MW，则压气机耗功为400MW，提升压气机2.5%的内效率，可以减少耗功约10MW，以每天运行16小时计算，每天可减少耗功160MWh，而后随着压气机性能下降，耗功逐渐增多，直到下一次离线水洗。

根据相关研究分析，燃机功率下降5%，建议进行离线水洗[2]。由燃气轮机与压气机功率分配可知，燃机功率下降5%视为压气机多耗功2.5%，可近似视为压气机效率下降2.5%。根据计算所得参数（表2），压气机在水洗后效率比水洗前提高2.46%，多变指数变化值=0.0116，由此可得出结论，当多变指数变化值0.012时进行水洗比较合适。

表2压气机多变指数m与压气机效率、压比的关系

2．离线水洗方法优化

根据运行规程要求，离线水洗需抽真空进行，抽真空的目的主要是防止低压缸由于鼓风摩擦而使温度升高，严重时损坏设备。由于抽真空水洗需启动较多辅机，存在能耗，借鉴某电厂不抽真空水洗的经验，通过试验，观察在不抽真空情况下，低压缸末级静叶、低压缸排汽导流板、低压缸排汽温度的变化，以及计算各辅机能耗情况。根据试验得出相关数据（表3）

表3不抽真空离线水洗低压缸温度变化

由表3可看出，不抽真空离线水洗低压缸末级静叶、低压缸排汽导流板、低压缸排汽温度绝对温度及温升均在安全范围内，符合安全要求。

抽真空离线水洗与不抽真空离线水洗的经济性差别如下：（注：离线水洗一般选择在启机前，即水洗结束后保持抽真空状态至机组启动，一般从水洗开始至启机约经过8小时）

表4抽真空与不抽真空水洗的能耗对比

经折算，不抽真空离线水洗每次约节约成本约0.5万元（未计设备损耗及检修成本），以三台机组每年共离线水洗20次计算，全年可节约成本约10万元。

3.结论：

（1）通过对压气机空气压缩前后温度、压力的监测计算，得出多变指数，综合计算压气机效率，确定以多变指数的变化幅度0.012时，建议进行离线水洗。

（2）以M701F燃机为例，离线水洗后压气机效率约能提高2.5%，以平均负荷300MW计算，约能减少压气机约10MW能耗。

（3）不抽真空离线水洗满足安全要求，且每次水洗能节约成本约0.5万元（未计设备损耗及检修成本），具有较好经济性。

参考文献：

[1]陈创庭大型电站燃气轮机的水洗经济周期研究广东电力，2009

[2]杨顺虎燃气蒸汽联合循环发电设备及运行北京：中国电力出版社，2003

作者简介：

张应淳（1981.7.1）性别：男籍贯：广东汕头民族：汉学历：本科职称：热动工程师职务：运行值长