摘要：燃气轮机作为主机设备广泛应用于天然气分布式能源系统，其实际输出功率受现场工况的大气温度、海拔高度、空气湿度、排烟系统压力损失、进气系统压力损失这些因素的影响，在选型阶段应根据现场工况条件并结合设备资料，修正燃气轮机的实际输出电功率。
关键词：燃气轮机输出功率现场工况修正
概述
天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷等优点。伴随着《关于发展天然气分布式能源的指导意见》（发改能源[2011]2196号）、《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见（中发〔2015〕9号）》以及各级政府关于天然气分布式能源鼓励政策的颁布和实施，全国范围内掀起了一股建设天然气分布式能源系统的热潮，迎来了天然气分布式能源发展的“黄金时期”。
因为燃气轮机具有重量轻、体积小、起动快、自动化程度高、可利用余热集中等优点，作为主机设备广泛应用于天然气分布式能源系统。在过去，部分项目由于忽视了燃气轮机在现场工况条件下的输出电功率的修正，设备选型出现了失误，导致项目在实际运营时的经济性不佳，影响了项目的可持续发展性。本文将结合实际机型，介绍在现场工况条件下的轻型燃气轮机实际输出功率的修正方法。
1燃气轮机的工作原理
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，把燃料的能量转变为有用功的旋转叶轮式热力发动机[1]。燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平这三大部件组成[2]。正常的工作时，压气机从大气中连续地吸入空气并将其压缩，被压缩后的空气进入燃烧室与喷入的燃料混合后燃烧，产生高温高压烟气，高温高压烟气进入透平中膨胀做功，透平带动压气机叶轮一起旋转，剩余的机械功通过输出轴带动发电机做功，最终输出电功。经过膨胀做功的烟气可进入余热锅炉进行余热利用再排向大气，或者直接排向大气。
2轻型燃气轮机性能的影响因素
对于特定的一台燃气轮机，由于项目现场的条件与燃气轮机的设计条件不同，燃气轮机往往会在一定程度上偏离设计工况工作。影响输出功率的现场工况因素主要有：大气温度、海拔高度、空气湿度、排烟系统压力损失、进气系统压力损失，以下分别对这些因素进行分析。
（1）大气温度
大气温度对简单循环燃气轮机的输出功率有很大的影响。当大气温度升高时，空气密度变小，则压气机吸入相同体积的空气的质量减少，导致压气机的压缩比下降，从而使透平的做功量减少，透平的排气温度增高，输出功率减小[3]。
图1为燃气轮机（MGT6100）的性能曲线，体现了大气温度对燃气轮机性能的影响，输出电功率随着大气温度的升高而降低。从图1可以看出，其他条件不变的情况下，当大气温度为15℃时，满载电功率为6.63MW；当大气温度升高至25℃时，满载电功率降至6.1MW；当大气温度升高至30℃时，输出电功率降至5.8MW；当大气温度升高至35℃时，满载电功率降至5.5 MW。
图1燃气轮机（MGT6100）的性能曲线
注：该曲线图来自德国曼官方网站
（2）海拔高度
海拔高度的变化主要影响大气压力。当海拔高度升高时，大气压力降低；反之，大气压力升高。而大气压力升高时，空气密度变增大，则压气机吸入相同体积的空气的质量增加，从而使透平的做功量增大，输出功率增大；反之，大气压力下降时，输出功率减少。即海拔高度越高，燃气轮机的输出功率越小。根据来自德国曼官方网站的燃气轮机（MGT6100）的设备资料，相对于设计工况条件，机组所在的海拔高度每增加100m，燃气轮机的输出电功率将减少1.1%。
（3）空气湿度
水蒸汽的比重空气小，若空气湿度增加，则压气机吸入空气的体积流量相同的情况下，燃气轮机的进气质量流量将减少，输出功率减少[3]。但空气中水蒸汽含量少，空气湿度变化对工质的物理性质影响很小，正常情况下可忽略不计。
（4）排烟系统压力损失
在燃气轮机排烟管路系统上安装余热回收装置、消音器以及烟道阀门等，会增加排烟管路系统的压力损失，从而提高燃气轮机透平的排烟背压，降低燃气轮机透平的做功能力，输出功率减少。根据来自德国曼官方网站的燃气轮机（MGT6100）的设备资料，相对于设计工况条件，机组排烟管路系统的压力损失每增加1kPa，燃气轮机的输出电功率将减少0.9%。
（5）进气系统压力损失
在燃气轮机进气管路系统上安装空气过滤器、进气管道等，会增加进气管路系统的压力损失，从而降低了压气机的做功能力，使透平向发电机输出的机械功减少，导致输出电功率减少。根据来自德国曼官方网站的燃气轮机（MGT6100）的设备资料，相对于设计工况条件，机组的进气管路系统的压力损失每增加1kPa，燃气轮机的输出电功率将减少1.9%。
3输出功率的修正
燃气轮机的实际输出功率与现场工况条件有关，需要考虑大气温度、海拔高度、空气湿度、排烟系统压力损失以及进气系统压力损失对输出功率的影响。以德国曼官方网站的燃气轮机（MGT6100）为例，分别计算该机型在表1所述的工况条件下的实际输出功率。
根据来自德国曼官方网站的燃气轮机（MGT6100）的设备资料，大气温度、海拔高度、空气湿度、排烟系统相对压力损失以及进气系统相对压力损失对实际输出功率的修正方法如表2所示。
根据上述修正方法，可计算出燃气轮机（MGT6100）在表1的工况条件下的实际输出功率，结果如表3所示。
4结论
燃气轮机的输出功率受大气温度影响较大，随着大气温度的升高降低；
当海拔高度升高时，大气压力降低，燃气轮机的输出功率减小；
燃气轮机的输出功率受空气湿度的影响较小，正常情况下可忽略不计；
增加排烟管路系统的压力损失，燃气轮机的输出功率减少；
增加进气管路系统的压力损失，燃气轮机的输出电功率减少；
在选型时，根据现场工况条件，结合设备资料，修正燃气轮机的实际输出电功率。
参考文献：
[1]张丹.小议燃气轮机的工作原理及发展 [J].《民营科技》，2011（12）：7-7.
[2]雷军，闫纪萍，常红英.MS6001型燃气轮机压气机一级动叶片断裂分析[J].《科技传播》，2011（1）：127+132
[3]蔡立志.燃气轮机性能的影响因素分析及评价方法概述[J].《科技风》，2012（19）：48-48.
作者简介：
夏小宝（1989-），女，广东广州人，2012年毕业于华南理工大学能源工程及自动化专业，现主要从事于天然气分布式能源工程的工作。
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论文作者:夏小宝1,胡振韶2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
标签：燃气轮机论文; 大气论文; 电功率论文; 工况论文; 输出功率论文; 压力论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第11期论文;