用线性拟合评估压气机最佳离线水洗时间

燃气轮机发电技术第14卷　第3/4期2012年10月用线性拟合评估压气机最佳离线水洗时间罗林发（上海长庚信息技术有限公司，上海　２００１２９）摘要：提出使用实时数据库中的最近时间段的历史数据计算出各个采样时间点的压气机效率，线性拟合压气机效率并评估压气机效率下降对机组出力和发电经济性的影响，进而评估燃气－蒸汽联合循环机组压气机的最佳水洗时间。

关键词：燃气轮机；压气机效率；线性拟合；最佳水洗时间；实时数据库Estimating the Best Off-line Water-wash Time of Compressor with Linear-fittingLuo Linfa(Shanghai Changgeng Information Technology Co. Ltd., Shanghai 200129 China)Abstract: This paper explains the way to calculate the sampled compressor efficiency with recent data historian, fit the efficiency with linear method, analyze the influence factor of degradation of compressor efficiency to unit output and power generating economy and then estimate the best off-line water-wash time of compressor.Key words: gas turbine, compressor efficiency, linear-fitting, best off-line water-wash time, historian在燃气透平做出的功中，大约有2/3用在压气机气体的压缩中，只有大约1/3最终作为轴功驱动发电机，压气机的性能对燃气轮机的发电效率影响非常大。

在燃气轮机的实际运行过程中，由于空气中存在大量的粉尘和颗粒，压气机在运行一段时间后非常容易结垢，结垢会引起压气机效率的下降，从而导致机组出力下降、热耗率上升，此时需要通过压气机水洗恢复燃机性能、提高效率。

根据上次水洗后压气机效率的下降速度，综合考虑压气机实际的状态和水洗成本，可以比较准确的推导出压气机最经济的水洗时间。

在本文中，以某电厂GE 9FA机组为例，简述计算过程和软件评估的效果。

1 压气机效率的计算和线性拟合评估压气机最佳离线水洗时间需要用到的实时数据标签点如下：在计算压气机效率（）时用到的计算式为：（1）式中：T为压气机出口等熵效率；k为比热比，⚍8 B:* B':$778 B:* B$)3$38 B:* B$)3&68 B:* B&7,08 B:* B&3' $8 B:* B&7'$8 B:* B7)7B7䗄㒘⇨⇨⇨ ⏽⇨⇨ ⏽➗ 䖤㸠ԡ0:N3DN3D JćN3D JćK第3/4期· 43 ·罗林发：用线性拟合评估压气机最佳离线水洗时间取空气的比热比为1.4。

在计算压气机效率时，按照指定时间间隔（如每小时一组）取出历史数据并计算，可以得到一个压气机效率的数列：由于在不同负荷下，压气机效率差别很大，为了在同一运行条件下比较压气机效率，只保留满负荷附件的压气机效率，这些压气机效率为的子数列，表示为：由此子数列的每一项对应时间点的燃机运行小时数组成的数列{t n k}，表示为：{t n1, t n2, …t n k}假设在燃气轮机运行时，压气机效率是按燃机运行小时数线性下降的，根据{( t n1,),(t n2,),…(t n k,)}可以根据最小二乘法拟合出压气机效率与燃机运行小时数t之间的关系：（2）式中：k为根据压气机的效率与燃机运行小时数之间的关系拟合出的斜率，体现了压气机效率下降的速度。

由于压气机效率随着机组的运行总体上应该是下降的，所以k < 0。

b -为根据压气机的效率与燃机运行小时数之间的关系拟合出的截距，体现了燃机运行小时数为0时，压气机的效率状况。

由于压气机效率总大于0，所以b > 0。

用上次压气机水洗后满负荷运行时若干个样本（例如，一周的所有样本）的平均压气机效率作为压气机的目标效率。

图1为根据现场的实际数据对压气机效率进行拟合的程序的截图。

横坐标为燃机运行小时数。

左边纵坐标为压气机效率，右边纵坐标为发电机出力。

在燃机运行小时数为3 020 h左右时，燃机刚刚完成一次离线水洗，在水洗后的一小段时间，压气机效率保持在比较高的位置，把这一段时间压气机效率的平均值作为“压气机参考效率（或目标效率）”，如图中上方的黑色水平线所示。

之后压气机效率有逐步下降的趋势，根据机组在高负荷运行时压气机效率的下降趋势拟合出“压气机效率拟合曲线”作为预估将来压气机效率变化的依据。

压气机效率拟合曲线如图中斜向下的直线所示。

2 计算压气机效率对联合循环机组效率的影响程度按照参考文献[1]，压气机效率对燃气轮机效率的影响程度为：（3）式中：为燃气透平效率，取0.9；为压气机效率，取0.88；为温比，取（1 327+273.16）/(27+273.16)=5.331；x为燃气与空气的质量流量之比，取设计工况(46.4+2 160.3)/2 160.3=1.021 5；y为燃气的平均等压比热容量与空气的平均等压比热容的比值，取1.156/1.005=1.15；k为等熵过程指数，k取1.4，故m取0.286为压比，取15.4；为流阻损失，按照现场实际情况取1.040 3；a=，按照上述列举的量计算得到a =4.961。

b =，按照上面列举的量计算得到b = 5.632最终计算得到=0.457 3，即压气机效率变化1%会导致燃气轮机效率同方向变化0.457 3%按照参考文献[1]，燃气轮机效率对机组联合循环的影响程度为：（4）式中：为联合循环供电效率，取0.55；为蒸汽轮机效率，取0.371；为燃气轮机效率，取0.362；图１　压气机效率曲线⬉?:⇨⥛˄˅⬉:➗ 䖤㸠 ˄K˅⇨ ⥛ ⇨ 㗗 ⥛ ⇨ ⥛ 㒓⬉燃气轮机发电技术· 44 ·第14卷为余热锅炉效率，取0.89；为机组机械传动效率×发电机效率，取0.9702；为厂用电率，取0.03。

按照上述提供数据最终计算得到 =0.421 2，即燃气轮机效率变化1%会导致联合循环供电效率同方向变化0.421 2%。

综合起来，=0.192 6，即压气机效率变化1%，大约会导致联合循环供电效率同方向变化0.192 6%。

假设机组某一时间点上压气机存在一定程度的劣化，此时热耗为Q，功率为P，则假设机组在同一时间点上压气机效率比劣化后高，功率比劣化后高ΔP，此时热耗仍然为Q，功率则为P+ΔP，此时（5）联立上述两式可以得到, 取上述数据得到3 累计压气机效率下降导致的发电损失在累计压气机效率下降导致的发电损失时，为了简化计算，对于部分负荷也用如下算式进行计算：，在时间间隔为1 h的情况下，对每小时的功率损失进行累加即为累计发电损失：。

所以因压气机效率下降导致的发电损失为：上网电价×（6）图2为与图1处于同一时间段的压气机实时损失曲线，横坐标为日期，纵坐标为“压气机单位时间损失”。

最右边的竖直黑线表明此时为压气机水洗的最佳时间（大概在2011年3月15日）。

由于中间有很多时候机组处于停机状态，所以压气机实时损失曲线看起来比较离散。

4 最佳水洗时间点的评估最佳水洗时间点为满足下列条件的时间点：压气机累计损失=压气机总水洗成本图２　压气机实时损失曲线如果当前压气机累计损失已经大于压气机总水洗成本，则可以很容易地根据上面的等式找出最佳水洗时间。

如果当前压气机累计损失仍然小于压气机总水洗成本，则将来的压气机效率必须用算式(2)进行估算，并根据机组平均负荷率估算压气机在将来任一时间点的压气机实时损失（元/ h）和累计压气机损失（元），从而找出在将来的哪个时间压气机累计损失会等于压气机总水洗成本。

图3为与图1和图2处于同一时间区间的“压气机累计损失曲线”，图中横坐标为时间，纵坐标为水洗总成本和累计损失。

水平的直线为水洗总成本，设置为5万元，逐步上升的曲线为压气机累计损失。

从图3可以看到在2011年3月15日，压气机累计损失等于水洗总成本，此时为压气机水洗的最佳时间。

5 结论当前，很多电厂的压气机水洗一般采用GE推荐的固定运行小时数后水洗的方式。

实际上，在不同的地区、不同的季节空气的质量都是完全不同的，这就导致压气机结垢的速度差异很大，因此压气机水洗能够恢复的机组效率也完全不一样。

而通过详图３　压气机累计损失曲线和最佳水洗时间点K⇨ ԡ 䯈 Շ∈⋫ 䯈䯈㌃䅵h㌃䅵 ∈⋫䯈Շ∈⋫ Ў˖第3/4期· 45 ·罗林发：用线性拟合评估压气机最佳离线水洗时间细计算，按照压气机结垢的实际情况安排水洗时间，则可以显著地减少压气机劣化导致的损失。

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及对环境因素的管理提供了积极的指导意义。

5 结论通过以上讨论分析可以得出压缩比、环境温度、燃气比、透平进气温度对燃气轮机发电机组性能的影响，总结如下：（1）对燃气轮机发电机组热效率影响最大的是压比、环境温度、燃气比和等熵效率；（2）当压缩比、透平入口温度、环境温度都比较大时，机组效率的变化最大；（3）机组输出功率和热效率随着环境温度和燃气比的增加成线性下降；（4）机组耗气量和耗热率随环境温度和燃气比的增加呈线性增大；（5）机组热效率、输出功率和耗气量的峰值都发生在较低环境温度下的最大压缩比时。

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