6F.01联合循环机组朗肯循环热力性能研究

6F.01联合循环机组朗肯循环热力性能研究

王喜正

浙江大唐国际江山新城热电有限责任公司  浙江省衢州  324000

摘要：本文主要研究6F.01联合循环机组的热力性能，在此基础上分析朗肯循环热力性能，提出目前影响朗肯效率主要的两个因素为6F.01联合循环机组蒸汽压力以及温度的观点。数据显示如果改变循环机组的蒸汽压力值和温度，朗肯循环效率会随之改变，呈正相关，这一发现为后续优化同类属性的机组蒸汽组参数提供一定的理论依据。

关键词：6F.01联合循环机；朗肯循环；热力性能

调节电网峰值离不开气电的支持，但气电无法体现对应的峰值调节优势，环保价值突出不明显。制约我国气电发展的主要因素为气源要求、天然气价格、电价接受程度三种，现阶段气电主要集中于经济条件较好的区域，伴随时间的推移，清洁取暖政策日益完备以及天然气供应量逐步上升，改善了原先发挥协调气电发展作用力的市场环境。在接下来几年的时间里，气电数据将刷新原先的记录。

一、现有联合循环机的特点

目前，大部分工业园主要通过零散分布的工业煤炭燃烧和燃气小锅炉提供热负荷。容量较小的F类燃气蒸汽联合循环机组其独特优势在于气源供应无特殊要求，峰值调节水平高、清洁能力强等。伴随企业接受电力价格和汽车价格的程度日渐上升，这一类型的联合循环机组应用范围更广。现阶段市场上存在两种引领潮流的燃气轮机设备，分别是F类和H类，不同厂家生产的燃气轮机型号各不相同，其中6F.01联合循环机是最具代表性的一个机型。设备实际运行的过程中，F类燃气蒸汽联合循环机组可容纳量偏少，朗肯循环效率偏低，人们的重视程度不高，在提高性能方面存在巨大的潜能。

二、6F.01机组的热力性能

1、6F.01联合循环机组的热力性能

为了深入研究6F.01联合循环机组的热力性能，选取9F.05型号的燃气轮机进行对照实验，经过比较得出以下结论：第一，两种型号的循环发电效率存在一定的差异，6F.01型号的燃气轮机数值略低于9F.05型号的燃气轮机，其性能较差。第二，两种型号的朗肯循环热效力占比存在一定的差异，6F.01型号的燃气轮机数值低于9F.05型号的燃气轮机。

2、6F.01机组的朗肯循环热力性能

同样地，为了研究6F.01机组的朗肯循环热力性能，仍然选择9F.05型号的机组进行对照实验，经过对比实验数据发现两者的朗肯循环热力性能存在一定的差别，具体表现在：第一，6F.01机组的蒸汽压力小于9F.05机组，两者之间相差两倍左右，6F.01机组汽轮机的参数处于高压状态，9F.05机组汽轮机的参数处于临界状态。9F.05机组朗肯循环有更高的平均温度差值，具备更强的热循环性能。第二，设置蒸汽系统参数差异，6F.01机组的蒸汽系统无需二次加热处理，9F.05机组的蒸汽系统则需在中间进行加热，通过这一系统把朗肯循环吸收热量温度的平均值拉高，从而提升热循环效率。第三，汽轮机运行效率差异，搭配9F.05机组使用的汽轮机装置体积大，可容纳量更高，但搭配6F.01机组使用的汽轮机体积小，可容纳量较少，其运行效率远远落后于9F.05机组。数据显示9F.05朗肯循环机组的蒸汽压力可达16.48MPa.a，蒸汽温度保持在565摄氏度，汽轮机总效率接近90%，6F.01朗肯循环机组的蒸汽压力参数为8.09MPa.a，蒸汽温度在565摄氏度左右，汽轮机总效率达到87%以上。如果搭配6F.01机组使用的汽轮机运行效率提高两个百分点，那么朗肯循环效率约提高0.9个百分点。

三、6F.01机组提高朗肯循环热力性能的方式

由于6F.01机组的可容纳量较低，不适合构建二次加热系统，因此要提高6F.01机组的朗肯循环热力性能主要围绕蒸汽压力和蒸汽温度值两个因素进行处理。

1、临界条件的计算和对应情况的假设

（1）汽轮机效率保持在87.5%的范围内；

（2）保证低压缸蒸汽排放温度维持在35摄氏度左右；

（3）计算运行中真实的汽轮机效率；

（4）固定蒸汽质量流量；

（5）忽略低压蒸汽的影响，确定真实的运行情况

（6）水泵出水效率保持在70%以上；

（7）水泵电动机运行效率达到90%。

2、提高蒸汽压力值

固定6F.01机组朗肯循环的其余参数值，提高汽轮机入口位置的蒸汽压力，改变高压状态和临界状态对应的参数值大小。当蒸汽压力处于高压状态时，汽轮机做功量增加，水泵电动机运行效率随之提高，朗肯循环效率提升0.5个百分点；当蒸汽压力处于临界状态时，汽轮机做功增量更多，水泵电动机运行效率更快，朗肯循环效率大约提升0.6个百分点；当蒸汽压力处于其他情况时，其变化和上述两种状况呈现的规律一致，由此，可以得出以下结论：第一，蒸汽温度保持在565摄氏度时，朗肯循环效率和蒸汽压力呈正相关，效率会逐渐提升至临界状态效率；第二，随着压力数值的增大，蒸汽压力增量会使朗肯循环效率增量慢慢下降；第三，蒸汽温度固定在565摄氏度，提高蒸汽压力时，随着压力的上升朗肯循环效率逐渐升高，大约提高0.5个百分点；第四，固定565摄氏度的蒸汽温度不变，当蒸汽压力超过一定数值后，朗肯循环效率增长的速度趋于平缓，提升不超过0.1个百分点，通过提高蒸汽压力值来加强朗肯循环热力性能显然没有太大的作用力。

3、提高蒸汽温度值

对于无需额外添加燃料的联合循环机组，燃气轮机烟雾排放温度会影响锅炉高压蒸汽温度。为了确保汽轮机安全运行，蒸汽温度和燃气轮机烟雾排放的温度之差通常在30摄氏度以内，6F.01机组蒸汽温度提高至585摄氏度时可以让朗肯循环热力性能有效增强，当温度高于565摄氏度后，在燃气轮机烟雾排放温度的影响下，循环效率难以进一步提高。

4、蒸汽压力值和蒸汽温度值同时提高

设置不同的蒸汽参数值，通过实验对照发现不同条件对应的朗肯循环效率如下：第一，蒸汽压力值设置为10MPa.a，蒸汽温度设置为585摄氏度，增加0.8MW的汽轮机做工量和0.1MW的水泵电动机运行效率，机组朗肯循环效率增加1个百分点；第二，蒸汽压力值设置为11MPa.a，蒸汽温度设置为585摄氏度，增加1MW的汽轮机做工量和0.15MW的水泵电动机运行效率，机组朗肯循环效率增加1.2个百分点；第三，蒸汽压力值设置为13MPa.a，蒸汽温度设置为585摄氏度，增加1.2MW的汽轮机做工量和0.2MW的水泵电动机运行效率，机组朗肯循环效率增加1.3个百分点。研究表明固定蒸汽温度为585摄氏度，随着蒸汽压力的增加朗肯循环效率随之上升，比565摄氏度蒸汽温度时的提升速度更快。当蒸汽温度处于585摄氏度，随着蒸汽压力数值的提升，朗肯循环效率增长放缓，和565摄氏度的蒸汽温度相比，其频率更缓慢。对6F.01联合循环机组来说，蒸汽压力和蒸汽温度都会对朗肯循环热力性能起作用，当蒸汽压力和蒸汽温度增加到一定数值后，朗肯循环效率将达到最佳状态，此时效率提升的百分点数值最大。

结语：

综上所述，实际进行工程操作的过程中，应把联合循环机组的运行时间、天然气价格等因素考虑进去，全方面考量提高朗肯循环热力性能带来的好处以及提高系统装置价格后引发的负面影响，优化蒸汽机组参数，找到既可以保证联合循环机组的运行效率，又能提高经济效益的最佳数值。

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