CN102877945A - 基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法 - Google Patents

基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法 Download PDF

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CN102877945A CN2012101971352A CN201210197135A CN102877945A CN 102877945 A CN102877945 A CN 102877945A CN 2012101971352 A CN2012101971352 A CN 2012101971352A CN 201210197135 A CN201210197135 A CN 201210197135A CN 102877945 A CN102877945 A CN 102877945A
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Abstract

一种基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，以此建立变工况模型，根据模型运算的结果对燃气轮机的环境温度特性和负荷特性进行研究。获得带有IGV温度控制的燃气轮机恒速带负荷运行时的稳态变工况特性。本发明提供的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，可建立起变工况模型，获得带有IGV温度控制的燃气轮机恒速带负荷运行时的稳态变工况特性，根据模型运算的结果可对燃气轮机的环境温度特性和负荷特性进行研究。

Description

基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法
技术领域
本发明涉及一种基于解析法的典型燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法。
背景技术
由于外界需求负荷、环境温度等诸因素变化，燃气轮机出力、效率或热耗率等性能指标亦随之改变，机组常常处于变工况运行状态。考察、比较不同燃气轮机机组的负荷特性及压气机积垢特性，就需要将燃气轮机的相关性能指标折算到某种基准条件。
燃气轮机属于定容式动力机械，环境温度对其功率和效率的影响有相当大的影响。定性分析，这是由于：①随着环境温度升高，空气密度减小，致使吸入压气机的空气质量流量减少，机组的做功能力随之变小；②压气机的耗功量随吸入空气的热力学温度成正比，即环境温度升高时，燃气轮机的净出力减小；③当环境温度升高时，即使机组的转速和燃气初温保持恒定，压气机的压缩比将有所下降，这将导致燃气透平做功量的减少，而燃气透平的排气温度却有所提高。
对于带有可调导叶（IGV）温度控制的燃气轮机，其环境温度特性的研究远比定性分析复杂，压气机设置IGV的燃气轮机，当机组启停或调整负荷时，通过调节IGV叶片角度，限制进入压气机的空气流量，从而达到保护机组安全运行和提高运行效率的目的。由于IGV参与燃气轮机的自动控制，使得燃气轮机各部件的参数及环境温度特性的研究变得复杂。
因为外界负荷、环境温度等因素的影响，燃气轮机的参数变化频繁，很难通过实际采集的现场数据得到一定负荷情况下的环境温度特性。这就需要尽量结合现场数据，通过理论分析、计算的方法，建立燃气轮机的变工况模型，获得燃气轮机的环境温度特性、进排气阻力特性和负荷特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法。以此建立变工况模型，根据模型运算的结果对燃气轮机的环境温度特性和负荷特性进行研究。获得带有IGV温度控制的燃气轮机恒速带负荷运行时的稳态变工况特性。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，包括以下步骤：
S1 进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，剔除不合理数据；
S2 根据步骤S1得到的数据样本，结合分散控制系统（DCS）数据进行燃气轮机运行性能测算；
S3 建立燃气轮机的变工况模型，包括以下步骤；
S3.1建立燃气轮机的IGV温控规律模型；
S3.2建立压气机压比π c ~ （ IGV ， ta ）模型；
S3.3建立压气机流量Gc ~ （ IGV ， ta ）模型；
S3.4建立压气机进气阻力模型；
S3.5建立IGV温控规律下的压气机效率－流量特性曲线；
S3.6建立燃气透平的膨胀比模型；
S3.7建立燃气透平的流量模型；
S3.8建立燃气透平等熵效率模型；
S4 进行燃气轮机整体变工况性能模拟；
S5 根据步骤S4的结果画出燃气轮机整体变工况曲线图,研究燃气轮机环境温度特性:包括功率-环境温度特性、效率-环境温度特性、排气参数-环境温度特性、压气机的压比-环境温度特性；
S6 根据步骤S4的结果研究进排气阻力对燃气轮机性能的影响；
S7 根据步骤S4的结果研究燃气轮机的负荷特性，包括：
S7.1根据步骤S5的结果计算基准条件下燃气轮机性能的影响因子：基准功率-环境温度折算因子、基准功率-环境压力折算因子、基准功率-相对湿度折算因子、基准效率-环境温度折算因子；
S7.2根据步骤S7.1的结果将燃气轮机功率及效率修正到基准环境条件，绘制燃气轮机折算效率－折算功率曲线，并对曲线数据进行拟合得到燃气轮机折算效率—折算功率的数学模型。
所述的步骤S1中的进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析为：
采用压气机进气歧管静压法，计算压气机的空气流量，即按式（2-1）估算：
Figure 2012101971352100002DEST_PATH_IMAGE001
（2-1）
式中：Gc 为压气机入口空气流量，kg/s；Pin 为压气机进气歧管处的负压；∆Pin 为过滤器阻力；ρ a 为空气密度；A为进气歧管负压测点所在的过流断面面积；Ф为流量系数；Ф *A可成为有效过流断面面积；
由于压气机进气歧管静压测量值可能有较大误差，导致数据波动，故需要剔除明显错误的数据，本发明提出一种用于鉴别进气歧管差压值合理性的判别式形式：
（2-2）
式中：Dp是压气机进气歧管差压，；上标（i）表示第i次数据样本；a 、 b 、 c为常数，与数据样本有关，由曲线的拟合得到；IGV为可调导叶开度；
所述的步骤S1中的鉴别歧管静压数据合理的步骤为：
①根据原始样本（或新样本），由压气机进气歧管差压Dp随IGV开度变化曲线进行数据拟合，得到
Figure 214363DEST_PATH_IMAGE004
的数学关系式，称之为第1次判别式；
②剔除原始样本（或新样本）中的不合理数据，即将
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的数据剔除，获得新样本，拟合
Figure 864918DEST_PATH_IMAGE006
，称之为第2次判别式；
③重复步骤②，直到数据样本满足要求。
所述的步骤S2为：
根据S1得到的数据样本结合DCS数据进行燃气轮机运行性能测算，根据测算结果进行建模样本的选择。
所述的步骤S3包括以下步骤：
S3.1建立燃气轮机的IGV温控规律模型
综合分析燃气轮机排气温度T4 － IGV规律图和燃气轮机透平计算进气温度T3 － IGV规律图，得到燃气轮机的IGV温控规律模型：在燃气轮机基本负荷向部分负荷过渡的过程中，先关小IGV，减小压气机进气流量（透平排气温度T4 不变，而进气温度T3 略减小），再逐渐降低T3 。
燃气轮机的IGV温控规律模型可采用如下模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（2-3）
式中，常数a 、 b 、 c 、 d与机组设定的温控规律有关，常数e为表示IGV开度的百分数，由实际的燃气轮机透平进气温度T3 － IGV关系图拟合得到；IGV表示可调导叶开度；
S3.2建立压气机压比π c ~ （ IGV ， ta ）模型
分析压气机压比随IGV开度的变化图，采用如下形式建立模型：
Figure 178832DEST_PATH_IMAGE008
（2-4）
式中：常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f与机组设计性能及运行状况有关，根据实际的压比π c ~ （ IGV ， ta ）曲线得到，环境压力认为定值，忽略进气道阻力及叶片积垢的影响；
S3.3建立压气机流量Gc ~ （ IGV ， ta ）模型
采用歧管静压法分析压气机空气流量测算值随IGV开度的变化图，用如下形式建立模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（2-5）
式中：常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f与机组设计性能及运行状况有关，根据实际的流量Gc ~ （ IGV ， ta ）曲线得到，环境压力认为定值，忽略进气道阻力及叶片积垢的影响；
式（2-4）和式（2-5）采用了相同的数学模型形式，其中的常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f由两个式子各自对应的曲线进行拟合得到；
S3.4建立压气机进气阻力模型
压气机进气阻力主要考虑两级进气过滤器的流动阻力，采用如下形式建立模型：
Figure 231232DEST_PATH_IMAGE010
（2-6）
式中：ξ为管件的阻力系数；c为流速；ta 为环境温度，℃；Pa为环境压力，Pa；Gc 为压气机空气质量流量，kg/s；常数a与机组设计性能及运行状况有关，由实际运行数据拟合得到；
S3.5建立IGV温控规律下的压气机效率－流量特性曲线
一种轴流式压气机的典型效率特性解析式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（2-7）
式中：π表示压比；η表示效率；“ˉ”表示与设计值的比值；C4 为常数，可取0.4。
Figure 339609DEST_PATH_IMAGE012
为压气机相对折合流量，即
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
Figure 477461DEST_PATH_IMAGE014
为压气机相对折合转速，即；其中，T表示温度，P表示压力，G表示质量流量；下标1表示进气参数，下标0表示设计值，下标c表示压气机;
IGV温控下的燃气轮机，从实际运行数据仅能得到其特性点簇。
将压气机的折合流量和折合转速设计值分别代入式（2-7），可将式（2-7）
整理成（2-8）如下：
Figure 595065DEST_PATH_IMAGE016
（2-8）
式中：常数a1 、 b1 与压气机折合流量和折合转速设计值有关。
基于压气机基元叶栅法，可以估算压气机的变工况特性；根据理论分析的结果，轴流式压气机的等熵效率具有如下规律：
①
Figure DEST_PATH_IMAGE017
②
Figure 236393DEST_PATH_IMAGE018
③
Figure DEST_PATH_IMAGE019
IGV温控规律下、恒速运行时，满足上述条件的一种多元函数形式：
（2-9）
式中：常数a 、 b 、 c 、 d 、 e与机组运行状况有关，由实际运行数据的特性点簇得到，常数a1 、 b1 与压气机折合流量和折合转速设计值有关。
S3.6建立燃气透平的膨胀比模型
分析燃气透平膨胀比π t 与压气机压比π c 关系图，采用如下形式建立模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（2-10）
式中：常数a 、 b与机组设计性能及运行状态有关。
S3.7建立燃气透平的流量模型
燃气透平的流量采用修正的Flugel公式，其形式：
Figure 164256DEST_PATH_IMAGE022
（2-11）
其中：ψ为流量修正系数，下标0表示ISO条件下的设计值，3表示透平进气，4表示透平排气。
S3.8建立燃气透平等熵效率模型。
一种燃气透平效率－燃气流量典型特性表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（2-12）
式中：
Figure 85551DEST_PATH_IMAGE024
为透平相对折合流量，即
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 846965DEST_PATH_IMAGE026
为透平相对折合转速，即
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；系数t4 为待定常数，其典型值为0.3。
将燃气透平的折合流量和折合转速设计值分别代入式（1-9），可将式（2-12）
整理成（2-13）如下：
Figure 562724DEST_PATH_IMAGE028
（2-13）
式中：常数a 、 b与燃气透平的折合流量和折合转速设计值有关；η t0 为设计效率。
所述的步骤S4包括以下步骤：
S4.1压气机性能模拟：
S4.1.1给定环境温度ta 、环境压力Pa 、压气机IGV开度、燃料特性、燃气轮机设计参数；
S4.1.2按式（2-5）的模型计算压气机空气流量；
S4.1.3按式（2-4）的模型计算压气机压比；
S4.1.4按式（2-9）的模型计算机组恒速带负荷运行时的压气机等熵效率；
S4.1.5按
Figure DEST_PATH_IMAGE029
计算压气机排气压力（绝对），其中进气阻力∆P按式（2-6）的模型计算；
S4.1.6按
Figure 347271DEST_PATH_IMAGE030
计算压气机等熵压缩终排气温度；
S4.1.7按
Figure DEST_PATH_IMAGE031
计算压气机实际排气温度，可考虑空气平均比热的变化；
S4.1.8按计算压气机耗功，空气焓i由物性数据库给出;
S4.2燃烧室及燃气透平性能模拟，包括：
S4.2.1按
Figure DEST_PATH_IMAGE033
温控规律计算燃气透平进气温度，温度单位为K；
S4.2.2按燃烧室热平衡计算天然气流量Gf ；
S4.2.3按
Figure 422598DEST_PATH_IMAGE034
计算燃气透平进气压力，ξ为燃烧室压力损失系数；
S4.2.4按
Figure DEST_PATH_IMAGE035
模型计算燃气透平的膨胀比；
S4.2.5按
Figure 309258DEST_PATH_IMAGE036
计算燃气透平排气压力（绝对）；
S4.2.6按
Figure 705736DEST_PATH_IMAGE022
或计算燃气透平排气流量；
S4.2.7按式（2-13）的模型计算机组恒速带负荷运行时燃气透平等熵效率；
S4.2.8按
Figure 703254DEST_PATH_IMAGE038
计算燃气透平等熵膨胀排气温度，温度单位为K；
S4.2.9按
Figure DEST_PATH_IMAGE039
计算燃气透平实际排气温度，温度单位为℃；可考虑燃气平均比热的变化；
S4.2.10按
Figure 376943DEST_PATH_IMAGE040
计算燃气透平输出功，燃气焓i由物性数据库给出。
S4.3燃气轮机性能：
S4.3.1按计算燃气轮机输出功，η m 为机械效率；
S4.3.2按
Figure 434505DEST_PATH_IMAGE042
计算燃气轮机循环效率。
所述的步骤S5 研究燃气轮机环境温度特性
根据上述变工况模型的计算结果画成相应的关系曲线图，采用以下模型研究燃气轮机环境温度特性：
（1）功率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载功率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
（2-14）
采用式（2-14），可将特定环境温度及负荷下的燃气轮机功率Pgt 折算到ISO条件下的满载功率Pgt0 。
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的功率（Pgt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
（2-15）
采用式（2-15），可将各环境温度下的燃气轮机负荷修正到基准温度条件下的负荷。
（2）效率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载效率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
（2-16）
采用式（2-16）可将特定环境温度及负荷下的燃气轮机功率η gt 折算到ISO条件下的满载功率η gt0 。
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的效率（η gt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 994854DEST_PATH_IMAGE046
（2-17）
采用式（2-17），可将各环境温度下的燃气轮机效率修正到基准温度条件下的对应效率值。
（3）排气参数-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对排气流量Ggt/Ggt0 及相对排气温度t4/t40 与环境温度之间的关系采用如下形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
（2-18）
Figure 294290DEST_PATH_IMAGE048
（2-19）
（4）压气机的压比-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，压气机相对压比π c / π c0 与环境温度之间的关系采用如下形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
（2-20）
式（2-14）~ 式（2-20）中的常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f均与相应的关系曲线有关。
S6 研究燃气轮机进、排气阻力特性
根据上述变工况模型的计算结果画成相应的关系曲线图，采用以下模型研究燃气轮机进、排气阻力特性：
（1）进气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与压气机进气阻力∆Pin 之间的关系采用如下形式：
（2-21）
（2-22）
式中：常数a与相应的关系曲线有关。
（2）排气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与燃气透平排气阻力∆Pe 之间的关系采用如下形式：
Figure 126778DEST_PATH_IMAGE052
（2-23）
Figure DEST_PATH_IMAGE053
（2-24）
式中：常数a与相应的关系曲线有关。
计算基准条件下燃气轮机性能的影响因子
（1）环境温度折算因子ζ P,ta
燃气轮机功率折算到基准温度条件的折算因子为：
Figure 672291DEST_PATH_IMAGE054
（2-25）
环境压力、环境湿度等对燃气轮机性能的影响，直接采用供货商提供的性能曲线，其影响因子由相应的性能修正曲线得到。
因此，可将燃气轮机运行功率按下式折算到基准气象条件：
（2-26）
（4）基准效率－环境温度折算因子ζη ,ta
燃气轮机效率折算到基准温度条件的折算公式为：
（2-27）
其他因素，如发电机功率因数等，其修正因子忽略不计。
函数F1和F2为由变工况模型得到的关系。
S7 研究燃气轮机的负荷特性
为比较各台机组的负荷特性，需将燃气轮机功率及效率修正到基准环境条件,将变工况模型的计算结果（功率及效率）按式（2-26）和式（2-27）修正到基准环境条件，绘制燃气轮机效率－功率曲线，并对曲线数据进行拟合得到数学模型;
燃气轮机的负荷特性按下式拟合：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
（2-28）
式中：常数a 、 b 、 c 、 d与绘制出来的燃气轮机效率－功率曲线有关，下标s表示基准条件。
有益效果：本发明提供的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，可建立起变工况模型，获得带有IGV温度控制的燃气轮机恒速带负荷运行时的稳态变工况特性，根据模型运算的结果可对燃气轮机的环境温度特性和负荷特性进行研究。
附图说明
图1为本变工况分析方法的总流程图；
图2为建立变工况模型的具体流程图及具体采用的模型；
图3为燃气轮机环境温度特性、进排气阻力特性及负荷特性采用的模型概括图。
具体实施方式
下面以某带IGV温度控制的270MW燃气轮机为例，对本发明的具体实施方式进行说明。
本发明的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，包括以下步骤：
S1 进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析
采用压气机进气歧管静压法，计算压气机的空气流量，即按式（2-1）估算：
Figure 264476DEST_PATH_IMAGE001
（2-1）
式中：Gc 为压气机入口空气流量，kg/s；Pin 为压气机进气歧管处的负压；∆ Pin 为过滤器阻力；ρ a 为空气密度；A为进气歧管负压测点所在的过流断面面积；Ф为流量系数；Ф *A可成为有效过流断面面积。
将压气机进气歧管差压Dp数据按IGV开度自低向高排列，分析其分布情况，得出部分不合理的数据需要剔除的结论。
鉴别歧管静压数据合理的步骤为：
①根据原始样本（或新样本），拟合
Figure 185159DEST_PATH_IMAGE004
，称之为第1次判别式，
②剔除原始样本（或新样本）中的不合理数据，即将
Figure 627696DEST_PATH_IMAGE005
的数据剔除，获得新样本，拟合，称之为第2次判别式。
Figure DEST_PATH_IMAGE059
观察Dp（ 2 ）的数据分布图，可知1次剔除已经足够。
S2 根据上一步得到的数据样本结合DCS数据进行燃气轮机运行性能测算，采用燃气轮机计算功率与DCS系统估算功率相对误差不超过3%的运行数据为建模样本。
S3 建立燃气轮机的变工况模型，包括以下步骤；
S3.1建立燃气轮机的IGV温控规律模型
综合分析燃气轮机排气温度T4 － IGV规律图和燃气轮机透平计算进气温度T3 － IGV规律图，得到燃气轮机的IGV温控规律如下：在燃气轮机基本负荷向部分负荷过渡的过程中，先关小IGV，减小压气机进气流量（透平排气温度T4 不变，而进气温度T3 略减小），再逐渐降低T3 。即：当IGV开度在39%～100%之间时，随着IGV开度的增大，燃气轮机按等排气温度运行，透平进气温度T3 较缓慢升至限定值；当IGV开度在大约39%以下时，随着IGV开度减小，燃气轮机功率降低，透平进气温度相对较快速下降。
机组带负荷稳定运行时，透平进气温度T3 与IGV开度之间的温控规律可描述为：
Figure 605940DEST_PATH_IMAGE060
S3.2建立压气机压比π c ~ （ IGV ， ta ）模型
分析压气机压比随IGV开度的变化图，机组带负荷稳定运行时，压气机压比π c ~ （ IGV ， ta ）关系可描述为：
Figure DEST_PATH_IMAGE061
式中：常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f的数值由图中曲线拟合得到。
S3.3建立压气机流量Gc ~ （ IGV ， ta ）模型
分析压气机空气流量测算值（采用歧管静压法）随IGV开度的变化图，机组带负荷稳定运行时，压气机流量Gc ~ （ IGV ， ta ）关系可描述为：
Figure 490326DEST_PATH_IMAGE009
式中：常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f的数值由图中曲线拟合得到。
S3.4建立压气机进气阻力模型
压气机进气阻力主要考虑进气过滤器（两级）的流动阻力，上述阻力可表达为：
Figure 768992DEST_PATH_IMAGE010
式中：ζ为管件的阻力系数；c为流速；ta 为环境温度，℃；Pa为环境压力，Pa；Gc 为压气机空气质量流量，kg/s；常数a与机组设计性能及运行状况有关，由实际运行数据拟合得到。
S3.5建立IGV温控规律下的压气机效率－流量特性曲线
机组在IGV温控规律下、恒速运行时，压气机效率－流量（环境压力定为101.3kPa）关系可描述为：
Figure DEST_PATH_IMAGE063
式中：∆p为进气系统的阻力，kPa；Pa为环境压力，kPa。系数a 、 b 、 c由实际运行数据的特性点簇得到。此式为已把压气机的折合流量和折合转速设计值代入所得到的模型。
S3.6建立燃气透平的膨胀比模型
分析燃气透平膨胀比π t 与压气机压比π c 关系图，它们的关系可以描述为：
Figure 304237DEST_PATH_IMAGE021
式中：常数a 、 b由图中曲线拟合得到。
S3.7建立燃气透平的流量模型
燃气透平的流量采用修正的Flugel公式，其形式：
Figure 916615DEST_PATH_IMAGE022
式中：Gt0 、 T30 、 P30 、 P40 为ISO条件下的设计值。在本实施例中Gt0 =623.6kg/s，T30 =1564K，P30 =1687.7kPa，P40 =101.3kPa。因此，上式转化为：
Figure 125486DEST_PATH_IMAGE064
S3.8建立燃气透平等熵效率模
燃气透平的等熵效率采用下述模型：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
上式为已把燃气透平的折合流量和折合转速设计值代入所得到的模型。
S4 进行燃气轮机整体变工况性能模拟，包括以下步骤：
S4.1压气机性能模拟：
S4.1.1给定环境温度ta 、环境压力Pa 、压气机IGV开度、燃料特性、燃气轮机设计参数；
S4.1.2按式（2-5）的模型计算压气机空气流量；
S4.1.3按式（2-4）的模型计算压气机压比；
S4.1.4按式（2-9）的模型计算机组恒速带负荷运行时的压气机等熵效率；
S4.1.5按
Figure 116183DEST_PATH_IMAGE029
计算压气机排气压力（绝对），其中进气阻力∆P按式（2-6）的模型计算；
S4.1.6按
Figure 842961DEST_PATH_IMAGE030
计算压气机等熵压缩终排气温度；
S4.1.7按
Figure 196713DEST_PATH_IMAGE031
计算压气机实际排气温度，可考虑空气平均比热的变化；
S4.1.8按
Figure 712621DEST_PATH_IMAGE032
计算压气机耗功，空气焓i由物性数据库给出;
S4.2燃烧室及燃气透平性能模拟：
① 按
Figure 923154DEST_PATH_IMAGE033
温控规律计算燃气透平进气温度，温度单位为K；
② 按燃烧室热平衡计算天然气流量Gf ；
③ 按
Figure 465124DEST_PATH_IMAGE034
计算燃气透平进气压力，ξ为燃烧室压力损失系数；
④ 按
Figure 416375DEST_PATH_IMAGE035
模型计算燃气透平的膨胀比；
⑤ 按
Figure 727402DEST_PATH_IMAGE036
计算燃气透平排气压力（绝对）；
⑥ 按或
Figure 200420DEST_PATH_IMAGE037
计算燃气透平排气流量；
⑦ 按式（2-13）的模型计算机组恒速带负荷运行时燃气透平等熵效率；
⑧ 按
Figure 893045DEST_PATH_IMAGE038
计算燃气透平等熵膨胀排气温度，温度单位为K；
⑨ 按
Figure 120895DEST_PATH_IMAGE039
计算燃气透平实际排气温度，温度单位为℃；可考虑燃气平均比热的变化；
⑩ 按
Figure 876493DEST_PATH_IMAGE040
计算燃气透平输出功，燃气焓i由物性数据库给出。
S4.3燃气轮机性能：
① 按
Figure 186864DEST_PATH_IMAGE041
计算燃气轮机输出功，η m 为机械效率；
② 按
Figure 482847DEST_PATH_IMAGE042
计算燃气轮机循环效率。
S5研究燃气轮机环境温度特性。
根据上述变工况模型的计算结果画成相应的关系曲线图，采用以下模型研究燃气轮机环境温度特性：
（1）功率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载功率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 768466DEST_PATH_IMAGE043
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的功率（Pgt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 488773DEST_PATH_IMAGE044
（2）效率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载效率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 289370DEST_PATH_IMAGE045
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的效率（η gt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 326727DEST_PATH_IMAGE046
（3）排气参数-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对排气流量Ggt/Ggt0 及相对排气温度t4/t40 与环境温度之间的关系采用如下形式：
Figure 529169DEST_PATH_IMAGE047
Figure 709394DEST_PATH_IMAGE048
（4）压气机的压比-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，压气机相对压比π c / π c0 与环境温度之间的关系采用如下形式：
Figure 997287DEST_PATH_IMAGE049
上述各式中的常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f均由相应的关系曲线拟合得到。
S6研究燃气轮机进、排气阻力特性。
根据上述变工况模型的计算结果画成相应的关系曲线图，采用以下模型研究燃气轮机进、排气阻力特性：
（1）进气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与压气机进气阻力∆Pin 之间的关系采用如下形式：
Figure 572756DEST_PATH_IMAGE050
Figure 626775DEST_PATH_IMAGE051
（2）排气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与燃气透平排气阻力∆Pe 之间的关系采用如下形式：
Figure 957394DEST_PATH_IMAGE052
Figure 670266DEST_PATH_IMAGE053
上述各式中的常数a均由相应的关系曲线拟合得到。
计算基准条件下燃气轮机性能的影响因子。
对燃气轮机的运行功率依次按照环境温度折算因子ζ P,,ta 、环境压力折算因子ζ p,pa 、环境相对湿度折算因子ζ p,RH 折算到基准条件（环境温度ta,s =27.8℃、环境压力Pa,s =1001.8hPa、相对湿度RHs=82%）。
燃气轮机的测算效率按照环境温度折算因子ζη ,ta 折算到基准条件。
S7研究燃气轮机的负荷特性
将折算后得到的基准条件下的燃气轮机运行功率和测算效率绘制成关系图，它们的关系可以描述为：
Figure 111742DEST_PATH_IMAGE057
式中：常数a 、 b 、 c 、 d由绘制出来的燃气轮机效率－功率曲线拟合得到，下标s表示基准条件。

Claims (6)

1.一种基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，包括以下步骤：
S1 进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析，剔除不合理数据；
S2 根据步骤S1得到的数据样本，结合DCS分散控制系统数据进行燃气轮机运行性能测算；
S3 建立燃气轮机的变工况模型，包括以下步骤；
S3.1建立燃气轮机的IGV温控规律模型；
S3.2建立压气机压比π c ~ （ IGV ， ta ）模型；
S3.3建立压气机流量Gc ~ （ IGV ， ta ）模型；
S3.4建立压气机进气阻力模型；
S3.5建立IGV温控规律下的压气机效率－流量特性曲线；
S3.6建立燃气透平的膨胀比模型；
S3.7建立燃气透平的流量模型；
S3.8建立燃气透平等熵效率模型；
S4 进行燃气轮机整体变工况性能模拟；
S5 根据步骤S4的结果画出燃气轮机整体变工况曲线图,研究燃气轮机环境温度特性:包括功率-环境温度特性、效率-环境温度特性、排气参数-环境温度特性、压气机的压比-环境温度特性；
S6 根据步骤S4的结果研究进排气阻力对燃气轮机性能的影响；
S7 根据步骤S4的结果研究燃气轮机的负荷特性，包括：
S7.1根据步骤S5的结果计算基准条件下燃气轮机性能的影响因子：基准功率-环境温度折算因子、基准功率-环境压力折算因子、基准功率-相对湿度折算因子、基准效率-环境温度折算因子；
S7.2根据步骤S7.1的结果将燃气轮机功率及效率修正到基准环境条件，绘制燃气轮机折算效率－折算功率曲线，并对曲线数据进行拟合，最后得到燃气轮机折算效率—折算功率的数学模型。
2.根据权利要求1所述的基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，其特征是：所述的步骤S1中的进行压气机进气歧管差压数据的合理性分析为：
采用压气机进气歧管静压法，计算压气机的空气流量，即按式（2-1）估算：
Figure 858415DEST_PATH_IMAGE001
（2-1）
式中：Gc 为压气机入口空气流量，kg/s；Pin 为压气机进气歧管处的负压；∆Pin 为过滤器阻力；ρ a 为空气密度；A为进气歧管负压测点所在的过流断面面积；Ф为流量系数；Ф *A可成为有效过流断面面积；
由于压气机进气歧管静压测量值可能有较大误差，导致数据波动，故需要剔除明显错误的数据，本发明提出一种用于鉴别进气歧管差压值合理性的判别式形式：
（2-2）
式中：Dp是压气机进气歧管差压，
Figure 280355DEST_PATH_IMAGE003
；上标（i）表示第i次数据样本；a 、 b 、 c为常数，与数据样本有关，由曲线的拟合得到；IGV为可调导叶开度；
所述的步骤S1中的鉴别歧管静压数据合理的步骤为：
①根据原始样本或新样本，由压气机进气歧管差压Dp随IGV开度变化曲线进行数据拟合，得到
Figure 901698DEST_PATH_IMAGE004
的数学关系式，称之为第1次判别式；
②剔除原始样本或新样本中的不合理数据，即将
Figure 785472DEST_PATH_IMAGE005
的数据剔除，获得新样本，拟合
Figure 236217DEST_PATH_IMAGE006
，称之为第2次判别式；
③重复步骤②，直到数据样本满足要求。
3.根据权利要求1所述的基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，其特征是：所述的步骤S4包括以下步骤：
S4.1压气机性能模拟：
S4.1.1给定环境温度ta 、环境压力Pa 、压气机IGV开度、燃料特性、燃气轮机设计参数；
S4.1.2按式（2-5）的模型计算压气机空气流量；
S4.1.3按式（2-4）的模型计算压气机压比；
S4.1.4按式（2-9）的模型计算机组恒速带负荷运行时的压气机等熵效率；
S4.1.5按
Figure 387582DEST_PATH_IMAGE007
计算压气机排气压力（绝对），其中进气阻力∆P按式（2-6）的模型计算；
S4.1.6按计算压气机等熵压缩终排气温度；
S4.1.7按
Figure 347633DEST_PATH_IMAGE009
计算压气机实际排气温度，可考虑空气平均比热的变化；
S4.1.8按
Figure 516315DEST_PATH_IMAGE010
计算压气机耗功，空气焓i由物性数据库给出;
S4.2燃烧室及燃气透平性能模拟，包括：
S4.2.1按
Figure 85968DEST_PATH_IMAGE011
温控规律计算燃气透平进气温度，温度单位为K；
S4.2.2按燃烧室热平衡计算天然气流量Gf ；
S4.2.3按
Figure 49114DEST_PATH_IMAGE012
计算燃气透平进气压力，ξ为燃烧室压力损失系数；
S4.2.4按
Figure 969796DEST_PATH_IMAGE013
模型计算燃气透平的膨胀比；
S4.2.5按
Figure 738907DEST_PATH_IMAGE014
计算燃气透平排气压力（绝对）；
S4.2.6按
Figure 599285DEST_PATH_IMAGE015
或
Figure 562693DEST_PATH_IMAGE016
计算燃气透平排气流量；
S4.2.7按式（2-13）的模型计算机组恒速带负荷运行时燃气透平等熵效率；
S4.2.8按
Figure 141310DEST_PATH_IMAGE017
计算燃气透平等熵膨胀排气温度，温度单位为K；
S4.2.9按
Figure 215577DEST_PATH_IMAGE018
计算燃气透平实际排气温度，温度单位为℃；可考虑燃气平均比热的变化；
S4.2.10按计算燃气透平输出功，燃气焓i由物性数据库给出；
S4.3燃气轮机性能：
S4.3.1按
Figure 563305DEST_PATH_IMAGE020
计算燃气轮机输出功，η m 为机械效率；
S4.3.2按
Figure 566902DEST_PATH_IMAGE021
计算燃气轮机循环效率。
4.根据权利要求1所述的基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，其特征是：所述的步骤S5采用以下模型研究燃气轮机环境温度特性：
（1）功率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载功率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 179280DEST_PATH_IMAGE022
（2-14）
采用式（2-14），可将特定环境温度及负荷下的燃气轮机功率Pgt 折算到ISO条件下的满载功率Pgt0 ；
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的功率（Pgt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
（2-15）
采用式（2-15），可将各环境温度下的燃气轮机负荷修正到基准温度条件下的负荷；
（2）效率-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载效率（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 319460DEST_PATH_IMAGE024
（2-16）
采用式（2-16）可将特定环境温度及负荷下的燃气轮机功率η gt 折算到ISO条件下的满载功率η gt0 ；
当以ISO条件燃气轮机某负荷下的效率（η gt0,IGV ）为基准时，燃气轮机相对效率η gt / η gt0,IGV 与环境温度及IGV开度之间的关系采用如下形式：
Figure 544774DEST_PATH_IMAGE025
（2-17）
采用式（2-17），可将各环境温度下的燃气轮机效率修正到基准温度条件下的对应效率值；
（3）排气参数-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对排气流量Ggt/Ggt0 及相对排气温度t4/t40 与环境温度之间的关系采用如下形式：
Figure 397061DEST_PATH_IMAGE026
（2-18）
Figure 227483DEST_PATH_IMAGE027
（2-19）
（4）压气机的压比-环境温度特性
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，压气机相对压比π c / π c0 与环境温度之间的关系采用如下形式：
（2-20）
式（2-14）~式（2-20）中的常数a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f均与相应的关系曲线有关。
5.根据权利要求1所述的基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，其特征是：所述的步骤S6为：
根据上述变工况模型的计算结果画成相应的关系曲线图，采用以下模型研究燃气轮机进、排气阻力特性：
（1）进气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数-IGV开度100%为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与压气机进气阻力∆Pin 之间的关系采用如下形式：
Figure 813544DEST_PATH_IMAGE029
（2-21）
Figure 203943DEST_PATH_IMAGE030
（2-22）
式中：常数a与相应的关系曲线有关；
（2）排气阻力对燃气轮机功率及效率的影响
当以ISO条件燃气轮机满载参数（即IGV开度100%）为基准时，燃气轮机相对功率Pgt/Pgt0 及相对效率η gt / η gt0 与燃气透平排气阻力∆Pe 之间的关系采用如下形式：
Figure 13504DEST_PATH_IMAGE031
（2-23）
Figure 831157DEST_PATH_IMAGE032
（2-24）
式中：常数a与相应的关系曲线有关；
计算基准条件下燃气轮机性能的影响因子
（1）环境温度折算因子ζ P,ta
燃气轮机功率折算到基准温度条件的折算因子为：
Figure 296642DEST_PATH_IMAGE033
（2-25）
环境压力、环境湿度等对燃气轮机性能的影响，直接采用供货商提供的性能曲线，其影响因子由相应的性能修正曲线得到；
因此，可将燃气轮机运行功率按下式折算到基准气象条件：
（2-26）
（4）基准效率－环境温度折算因子ζη ,ta
燃气轮机效率折算到基准温度条件的折算公式为：
Figure 656265DEST_PATH_IMAGE035
（2-27）
其他因素，如发电机功率因数等，其修正因子忽略不计；
函数F1和F2为由变工况模型得到的关系。
6.根据权利要求1所述的基于解析法的燃气轮机及其联合循环的变工况分析方法，其特征是：所述的步骤S7包括：
为比较各台机组的负荷特性，需将燃气轮机功率及效率修正到基准环境条件,将变工况模型的计算结果（功率及效率）按式（2-26）和式（2-27）修正到基准环境条件，绘制燃气轮机效率－功率曲线，并对曲线数据进行拟合得到数学模型;
燃气轮机的负荷特性按下式拟合：
（2-28）
式中：常数a 、 b 、 c 、 d与绘制出来的燃气轮机效率－功率曲线有关，下标s表示基准条件。
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