（东方汽轮机有限公司 四川德阳 618000）
摘要：本文介绍了某电厂M701F燃气——蒸汽联合循环机组性能试验的目的、试验条件、试验方法并对结果进行了简单分析。
关键词：联合循环；性能试验
1 概 述
广东某电厂配备了三台M701F燃气——蒸汽联合循环机组，其中燃气轮机型号为M701F，是三菱重工研制的F级，干式、低NOx排放的重型燃气轮机；汽轮机型号TC2F-30”，为单轴、双缸、双排汽凝结、再热式机组；发电机型号为QFR-400-2-20，余热锅炉型式为三压、再热、无补燃、卧式、自然循环锅炉，不设旁路烟囱。3台机组分别于2006年9月、12月和2007年6月完成了168小时的可靠性运行并交付商业使用。
本文介绍了机组性能试验的过程。
2 性能试验目的和项目
性能试验的主要目的是为了考核电站的热力性能和各个指标是否满足合同条款的相关要求。联合循环性能试验按照用户的要求通常分为两种：一种是只考核整个联和循环电站的热力性能；另一种是既要考核联合循环电站的热力性能，又要考核各个主要组成设备的热力性能。本次广东项目各个机组按照合同要求，对动力岛部分进行整体考核（不单独考核燃机、蒸汽轮机的性能），但是对余热锅炉的性能也要进行核算。
按照合同要求，如果整个动力岛的性能试验结果（即动力岛的总功率和总热耗）不能满足性能保证要求，则HRSG（包括HRSG与蒸汽轮机之间的内部连接管道）的性能就需要进行分析，以确认各方的责任。
性能试验在对联合循环机组整体进行考核外，根据合同要求，还会在余热锅炉性能、设备噪音、轴系振动、污染物排放等方面分别进行测试，以判断机组是否满足合同中相关条款的要求。
3 性能试验的标准和基准
3.1 试验标准：
机组整体性能试验采用ASME性能试验规程进行（PTC46用于动力岛性能试验，PTC 4.4用于余热锅炉HRSG性能试验）试验；同时设备方提供了对于M701F燃气-蒸汽联合循环机组的性能试验规程。试验中，除非设备方提供的规程中有特殊规定外，均按照ASME规程执行。
燃气流量计算方法与ASME MFC-4M-1986标准一致。燃气的低位发热值（LHV）按照ISO 6976：1995规定利用燃气平均成分进行计算。
水和水蒸汽性质采用基于国际公式化委员会1967工业用IFC 水和水蒸气性质表（1967）的“SI 1980 JSME蒸汽图表 ”和1967工业用IFC水和水蒸气状性质表。
噪音试验、污染物排放测量试验以及振动试验主要依据主设备方依据ISO标准制定的试验规程进行试验。这些试验规程在性能试验前都经过了业主、试验单位的认可。
3.2 试验基准：
燃用天然气条件下，在燃机排气控制模式下100%负荷状态进行试验。
3.3 试验条件
（1）性能保证是以机组设备处于新的和清洁的条件下为基础的。“新的和清洁的条件”在规程中规定为：从首次点火开始积累的实际工作小时数（AOH）处于200小时之内。如果在性能试验时，所积累的AOH超过200小时，则试验结果将利用三菱规程中所附的老化曲线，根据在200 AOH之后所积累的等效老化小时数（EDH）进行修正。
（2）如果由于错误或者卖方的额外要求，性能试验的进行超出了规定的时限，对于这种情况下的试验结果，不考虑老化的修正量。但是如果这种试验延迟的发生不是由于卖方的责任，则应当按照合同中的规定利用老化修正曲线，根据超过的工作小时数和起动次数对试验结果进行修正。
（3）在性能试验之前，应当在卖方提供的技术指导下，对空气过滤器，压气机，HRSG，凝汽器管束等进行必要的清洗。
（4）燃气轮机，HRSG和蒸汽轮机应当在稳定的状态下工作。
（5）如果发生任何蒸汽和燃气的泄漏，则必须进行修复。
（6）所有的排污疏水阀，旁通阀和隔离阀都应当关闭。
（7）凝汽器热井液位控制阀应当关闭。
（8）燃气流量计入口处的燃气供应压力，应当处于3.3~4.2MPa（a）范围内。
（9）所有参数应当尽可能地靠近保证工况下的参数值。
（10）燃气轮机应当在排气温度控制模式下带基本负荷运行。
4 性能试验的保证条件以及机岛性能保证值
根据燃机的特性，联合循环机组的性能与环境条件、排气背压、燃料成分以及机组运行状态等条件息息相关。因此，性能试验时所测得的机组的性能，必须根据各个修正因素对机组的影响将其性能修正到性能保证条件下。而性能试验前，主设备方需要向业主、试验单位提供用于机组性能试验时的修正曲线。这些修正曲线包括：大气温度、压力、湿度、排气背压、燃料成分、系统补水量、频率、老化修正曲线。另外，为了考核余热锅炉的性能，也需要有各主蒸汽压力、温度、流量对机组性能的修正曲线。
5 试验仪表、测量项目及试验方法
5.1 试验仪表
由于不单独考虑燃机、蒸汽轮机的性能，因此试验的测点相对要少。下面就试验用仪表及主要测量方法进行说明。所有仪表均提供由法定计量部门出具的仪表校验报告。对于在性能试验过程中究竟以哪方的仪表测量为准在性能试验前的联络会中应予以确认，从而保证在以后的试验中不会因为数据的不一致而造成结果的分歧。
试验过程中按照联络会的要求，部分测量值以设备方的仪表为准，性能试验方的临时仪表作为参照。如果双方的仪表测量值存在较大差异，需要对双方的仪表进行检测。
5.2 测量项目
测量的项目有：电功率、燃料流量、燃气特性、大气条件、蒸汽轮机背压、电网频率、补给水流量、发电机功率因数、燃气供应压力、温度、等效老化小时数（EDH）、燃气轮机排气总压、排气温度、蒸汽轮机蒸汽流量、温度和压力、主凝结水流量、高、中压给水流量以及HRSG出口烟气温度等。
5.3 试验方法
5.3.1 试验前的系统隔离
试验时热力系统应当同设计热平衡图所规定的热力循环严格一致。任何与该热力循环无关的进、出系统的流量及其它系统都必须隔离，无法隔离的流量要进行测量。
需要隔离的阀门分为三类：A类是机组正常运行时可以长期隔离的阀门，试验前进行检查确认；B类是试验期间（通常3-5天）可以暂时隔离的阀门，进行预备性试验前进行隔离操作，试验期间的几天内保持隔离状态，全部试验结束后恢复；C类是每天试验前必须隔离，但当天试验结束后要立即恢复的阀门。
试验前应按照系统隔离清单，进行全面的隔离检查，在试验前二小时进行最后的隔离操作。
5.3.2 试验持续时间和测量时间间隔
在开始性能试验之前，应使机组设备在100%负荷下运行大约1个小时或者根据业主的要求确定时间，以达到稳定状态条件。
在设备方判定机组设备处于稳定状态条件时，大约15分钟后开始进行性能试验。
每隔30秒钟利用临时试验数据采集系统（DAS）进行一次测量数据采集。每隔10分钟进行一次人工测量。
在试验期间的开始和结束时，抽取实际燃气的试样。
（3瓶/样品×2倍样品=6瓶）
性能试验持续时间为1小时。
图1 性能试验程序
5.3.3 数据收集
测得的数据，利用由试验单位提供的临时试验数据采集系统（DAS）进行采集。人工数据收集由业主、试验单位以及设备卖方人员正确地完成。
5.3.4 测得的数据
除了积分测量以外，所有测得的数据，都应当采用算术方法进行平均。平均值用于性能评估。
如果在性能试验期间不能保持稳定状态的条件，应按5.2.5中规定把超过最大可容许变动范围的测量数据从测得数据中删除，不能用于平均值的计算。
5.3.5 最大可容许变动范围
为了获得精确的试验结果，在试验期间，应尽可能使机组保持稳定的工作状态。试验期间必测参数的最大可容许变动范围，依照下述规定：
— 功率输出：±2%
— 功率因数：±2%
— 机组转速：±1%
— 大气压力：±0.5%
— 环境温度：±2.2℃
— 燃气低位发热值：±1%
— 燃气压力：±1%
— 蒸汽轮机背压：±0.14kPa或者绝对压力的±1.0%，以较大的一个为准。
5.3.4 试验程序
（1）按照《系统隔离清单》进行系统隔离，并进行检查确认。
（2）确认所有测试仪表工作正常。
（3）确认AGC未投入，机组不参与一次调频。
（4）100%负荷性能试验，要求机组运行在排气温度控制方式下。
（5）各运行参数应尽可能接近设计值。各参数设定值应与设计要求一致。
（6）试验开始前，机组至少要在试验工况下运行1小时，以达到稳定状态。经各方确认机组已达到稳定状态后，试验于15分钟后开始。
（7）试验各方代表会签，确认工况满足要求。
（8）试验开始前，试验人员至调压站进行天然气取样。
（9）开始性能试验，确认所有数据采集和人工记录都已开始。需运行人员打开燃机控制包和电气控制包的门，试验人员启动试验电功率表数据记录。
（10）试验工况应尽可能保持稳定。
（11）试验进行过程中，系统不补水，停止向系统外排污、排水、排汽。
（12）试验过程中运行人员如进行任何相关操作，请提前告知试验人员。
（13）试验人员，必须对试验过程中发生的任何异常情况进行记录。
（14）在试验过程中，不得改变控制方式。
（15）数据采集系统记录频率为30秒一次，人工记录数据的记录频率为5～10分钟一次。
（16）试验结束，试验人员至调压站进行天然气取样。
（17）试验负责人汇总试验采集数据及人工记录数据。试验各方代表会签，确认有效。
（18）在试验过程中，除影响机组安全的因素外，不得对机组设备及热力系统进行与试验无关的操作。
（19）在试验进行期间，如发生任何危及机组安全运行的情况，运行人员应按规程进行有关操作，试验立即停止。
（20）试验结束后，恢复C类阀门。
6 试验修正程序
试验条件下测得的试验数据，应根据相应的修正曲线将其修正到合同中规定的基本保证工况下。
性能数据修正的基本公式是依据PTC 46第5节建立的。修正程序按照性能试验大纲中的修正计算进行，分别对动力岛的总功率和总热耗进行修正计算。
试验条件下动力岛的总功率输出计算如下：
7 保证条件下的试验结果
根据试验数据和上述试验程序进行计算，得到保证条件下的机组功率和热耗。并与合同中的功率和热耗进行比较，判断是否满足合同要求。
8 其他试验
8.1 噪音测试试验
噪音测试包括测量机组在试验状态下的噪音和机组停机过程中的背景噪音。两者根据国际通用标准或者国家标准进行修正后得出整套机组的运行噪音值。
按照标准，噪音测量仪表应该满足IEC 60651 1级要求。测量点以及测量位置按照试验规程执行。
按照技术协议，机组的运行噪音应该满足：正常运行条件下，距设备罩壳1m、离运行平台1.2m高处的噪声平均值不大于85dB（A）。
8.2 污染物排放试验
按照合同要求，燃用设计燃料时，在75~100%负荷条件下，NOx≤25ppmvd（15%O2含量）；CO≤15ppmvd（15%O2 含量）；挥发性有机物VOC<2ppmvd（15%O2含量）。
污染物排放的分析适用标准ISO-11042。在进行污染物排放测试时，需要在余热锅炉排放口对20个点进行测试，通过对这20点进行分析比较后获得一个代表点作为试验时的最终测点。这个代表点的数据应选在接近于20个点的平均值的地方。
在试验中还需要对测量仪表进行校验，从而保证测量的准确性。仪表校验是通过对测量气体进行0点校验和量程校验的数据进行对比。如果在试验的开始和结束以及试验中的测量值的偏差超过要求的范围，则需要重新取样。
8.3 机组振动
机组在100%负荷试验条件下，轴系振动的保证值为：燃机要低于ISO 7919-4 、ISO10816-4，汽轮发电机组要低于ISO 7919-2，ISO10816-2及相关国际标准规定的A区的限定值。具体如下：
燃机轴承（1#、2#）：< 88 μm
汽机轴承（3#~6#）：< 80 μm
发电机轴承（7#、8#）：< 80 μm
试验中通过TCS中采集的数据作为最终试验的结果。性能试验的1个小时里，每10分钟采集一次数据。计算6次的平均值，只要平均值在保证范围内就认为机组振动合格。
该电厂三台机组的上述试验均达到了合同要求，整个机组的运行状态良好。
9 结后语
通过性能试验，该电厂的三台燃机-汽机联合循环机组的性能完全达到了合同规定的指标。
同时，在试验过程中我们也注意到，整个动力岛的性能不仅仅取决于燃机、汽机的特性，还与余热锅炉的性能有着很大的关系。因此，在整个性能评估过程中，不仅要对燃机、汽机的性能进行详细的评估，还需要对余热锅炉的特性进行仔细的分析，才能对整个联合循环机组的性能有一个比较准确的认识。
参考文献：
[1] 燃气－蒸汽联合循环发电设备及运行 杨顺虎编著 中国电力出版社2003年10月第一版
[2] 进口燃气轮发电机组热力性能试验的探讨 任其智 燃气轮机技术，1999年12月（3）：23-32
作者简介：
何瑛，1977.12，女，汉，，宁夏固原市，高级工程师，本科，研究方向：燃气轮机辅机系统。
论文作者:何瑛
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：性能论文; 机组论文; 测量论文; 蒸汽论文; 数据论文; 燃气论文; 条件下论文; 《河南电力》2018年22期论文;