关于提高LM6000PF+SPRINT轻型燃机发电效率的研究与应用①

孙涛 马小军 柳玉宾 张军涛 于成琪

摘   要：结合华电佛山能源有限公司3台LM6000PF/PF航改型轻型燃气轮机运行实际情况及广东地区气候条件，全面、系统、经济的进行分析了影响航改型轻型燃机特性的因素等，从而进行相应改造，提高LM6000PF/PF航改型轻型燃气轮机发电效率。

关键词：航改型  轻型燃机  温度  出力  发电效率

中图分类号：TK47                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0048-02

1  背景和现状

1.1 背景

华电佛山能源有限公司三水分布式能源项目，采用GE公司提供3×LM6000PF+SPRINT燃机，当进入夏季及秋季，环境温度上升，燃机发电效率下降，主要原因是空气进气温度高，用于和燃料混合燃烧的氧气浓度低，燃烧相对不充分，所以燃烧效率低。为了让机组能够高效率运行，运行单位在夏季投入SPRINT系统，SPRINT?系统通过向压气机入口喷入雾化水，从而提高燃气轮机出力，增大发电量，此系统也存在一定的弊端，除盐水处理工艺较为复杂，水处理不好会造成发动机内部结垢，结垢后燃机效率相应的会降低。

1.2 现状

根据调查，三水历年的环境平均温度为21.9℃，夏季环境温度在34℃左右，燃机进气温度高，夏季燃机出力受环境温度影响严重，目前空气进气模块使用Donaldson生产的进气系统，拥有加热/冷却盘管，为提高燃机的发电效率，需要在目前的系统进行改造，在现有加热/冷却盘管通入冷却水，在外围的管路增加冷却水管路，通过换热的原理，从而降低燃机用于燃烧的空气温度。

2  空气进气降温的必要性和重要性

降低燃机的进气温度燃机从而提高燃机效率十分重要，为解决燃机夏季进气温度高的问题，避免燃料燃烧不充分而浪费，最终的体现都是造成经济效益的损失，所以为保障燃机项目生产经营的顺利进行，增设燃机进气冷却系统以消除夏季环境温度高而影响燃机效率很有必要。

3  进气系统简介

直观假设，燃机比喻为人类，人需要呼吸洁净的空气是至关重要的，同理燃机也需要，燃机进气系统通过一种进气高效滤芯过滤，高效滤芯一般由木质纤维材料制成，其主要作用是将进入燃机压缩机中的空气进行过滤，这部分空气一部分用于与燃料混合燃烧、另外一部分空气用于轴承气密封。

4  主要技术思路及内容

（1）根据GE公司提供的燃机性能曲线图（见图1），满负荷运行，基于15℃、60%相对湿度、101.325kPa大气压的现场条件，无进排气损失，50Hz，10.5kV，0.8pf。根据曲线图看出，燃机效率与空气进气温度有很大的关系。

（2）使用目前厂内制冷系统，将厂内的冷却水注入加热/冷却盘管，自然界的空气进入燃机发动机用于燃料混合燃烧，空气通过冷却盘管降低空气温度，提高燃机效率，改造后冷却水流程图如图2所示。

（3）三水项目夏季的环境温度基于34℃左右，通过改造注入7℃冷却水，换热后用于燃机空气进气温度在16.9℃左右，根据LM6000PD SPRINT在不同环境温度下的出力图，燃机发电量从3.7MW提高到4.6MW左右，燃机效率大幅度提高。

5  改造前后性能分析

燃气轮机特性受外界环境影响较大，特别是入口空气的温度。随着入口空气温度升高，空气质量流量下降，壓气机耗功增大，燃气轮机的发电功率及发电效率都会有所下降。因此在炎热的夏季采用进气冷却装置将燃气轮机入口空气温度降低能有效的改善燃气轮机的工作状况。进气冷却系统投入使用以后，燃机的出力和效率都会显著提高，而燃机出力的提高也会使燃料消耗相应增加。排烟温度在进气冷却系统投入以后回有所降低，但由于燃料消耗量的增加，排烟流量会显著上升，综合来看，排烟能量也会显著提高。对于本项目而言，排烟温度的降低并不高，不会影响主蒸汽温度。因此在炎热的夏天进气冷却系统的投入不但会提燃机的出力和效率，还会增加蒸汽的产量。

6  考虑广东三水逐月平均气温的情况

根据天气网信息显示，广东三水地区的环境温度日平均最高气温在32℃～34℃之间（5月～9月），日最低气温在23℃～26℃之间（5月～9月）。

由于能源站能够提供的冷却水温度为7℃，将入口空气冷却至16℃是比较合理的，因此进气冷却系统在每年4～10月工作。

7  效益预测

7.1 效益预测计算

使用进气冷却系统后经济效益：

在未使用进气冷却装置前，单台燃机以较低负荷运行（3.7MW左右）;进气冷却装置投入后，燃机可保持在4.5～4.6MW运行，每日运行12h，电价按0.6元计算，在每年4月至10月投入运行可创造效益=（46000-37000）×12×7×30×0.6=1360.8万元左右。

7.2 总结

使用进气冷却装置后，可提高燃机发电效率，单纯从发电量计算，单台燃机每年投入运行7个月可创造的经济效益在1300万左右，华电佛山能源有限公司三水分布式能源项目拥有3台LM6000PF+SPRINT燃机，三台燃机同时投入运行，保底效益在3900万元左右。

因此在炎热的夏天进气冷却系统的投入不但会提高燃机的出力和效率，还会增加蒸汽的产量，蒸汽量增加，气轮机发电效率也相应会增加。

参考文献

[1] 美国GE关于LM6000PF/PF航改型轻型燃气轮机维护说明书.

[2] 杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003.

[3] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置（上、下册）[M].北京：中国电力出版社，2007.