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摘要：燃机运行过程中，压气机的通流部件上会逐渐结垢，使得空气流量、压气机压比和效率下降，最终导致燃气轮机机组性能下降。不同季节空气质量不同，导致了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不一样，若根据厂家推荐的燃机运行固定小时数、压气机实际效率，配合计算压气机效率下降速度，综合考虑压气机实际状态和水洗成本，准确推导出压气机最经济的离线水洗时间，按照压气机结垢情况和机组运行方式安排水洗时间，可以显著地减少压气机效率劣化导致的发电能力损失。
关键词：燃气轮机；压气机；结垢；离线水洗
我公司燃气轮机型号为PG9371FB,由一个18级的轴流式压气机、18个低NOX燃烧器和一个三级燃气轮机组成。燃烧室为分管式DLN2.6+型式，18个燃烧器顺气流方向逆时针排列，12点钟位置为18号燃烧器，每 个燃烧器内有6个燃料喷嘴，按5个围绕1个的方式布置,中圈送入来自PM1控制阀的天然气，外圈5个送入 来自D5控制阀的扩散天然气，或来自PM2或PM3控制阀来的预混天然气，2个高压电极火花塞布置在2号、3号燃烧器内，点火后通过联焰管联通火焰，4个紫外线火焰探测器分别布置在15号、16号、17号、18 号燃烧器内。压气机9、13级抽气作为起动防喘、运行中燃气轮机静叶冷却空气气源。
9FB级燃气轮机采用三级透平结构。透平是将从燃烧室来的高温、高压燃气中的能量转变为机械能的部件，其输出功率中约3/5~2/3用以带动压气机压缩空气，其余的则作为燃气轮机的净输出功率以带动负荷。
燃机运行过程中，当压气机吸入空气时，被吸入的空气可能含有灰尘、粉尘、昆虫和碳氢化合物烟气，它们中的很大部分在进入压气机前已被进气过滤器除去，有少量的干性污染物以及湿性污染物，如碳氢化合物烟气，会通过过滤器沉积在压气机的通流部件上，使得空气流量、压气机压比和效率下降，最终导致燃气轮机机组性能下降。而且积垢中的盐分还会腐蚀叶片，严重时还会引起压气机喘振。
在燃气轮机运行一段时间以后，为了恢复它的性能，要求定期对通流部件进行清洁。对一些油性的污染物，如碳氢化合物烟气，必须通过水洗用含有洗涤剂的水溶液将它清洗掉。压气机水洗可以有效清除叶片上的积垢，减轻叶片腐蚀，恢复机组性能，因此，燃机运行一段时间后需及时安排压气机水洗。目前，我公司对压气机离线水洗的规定为：
（1）当压气机压气机效率下降超过2.5％或运行小时数大于1200小时，建议择机进行离线水洗。
（2）当压气机效率下降超过5％，应停机进行离线水洗。
（3）当压气机效率突降超过3％，应停机进行离线水洗并检查压气机叶片情况。
此规定为我公司根据GE公司技术要求及压气机历次水洗经验总结得出，那么规定的离线水洗周期是否为最佳离线水洗时间点呢？本文通过对公司#1燃机历次水洗后压气机效率下降速度，综合考虑压气机的实际状态及离线水洗成本，可以准确推导出压气机最经济的离线水洗时间，在本文中，以我公司#1燃机机组为例，简述计算推导过程和评估效果。
轴流式压气机效率计算公式：
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T1：环境温度（开尔文）
T2：压气机排气温度CTD
π：压比
K：空气绝热指数（k=1.4）
一、压气机效率计算与拟合
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，只保留满负荷附近的压气机效率。
在计算压气机效率时，若按照指定的时间间隔（例如每小时一组）取出历史数据并计算，可得到一个压气机效率数列（ηc）=（η1、η2、η3...ηn），
由此对应每一项时间点的燃机运行小时数组成的数列（Tc）=（T1、T2、T3...Tn）；
假设在燃机运行时，压气机效率是按燃机运行小时数线性下降的，根据{（T1，η1），（T2，η2），...（Tn，ηn）}可以根据最小二乘法拟合出压气机效率ηc和运行小时数T之间的关系：
ηc=kT+b
式中：k为根据压气机效率与燃机运行小时数之间的关系拟合出来的斜率，体现了压气机效率的下降速度，由于压气机效率随着燃机运行时间的累计总体是呈下降趋势的，所以k＜0。
b是根据压气机效率与燃机运行小时数之间的关系你和出来的截距，体现了燃机运行小时数为0时的压气机效率，所以b＞0。
二、计算压气机效率对联合循环机组效率的影响程度
（一）计算压气机效率对燃气轮机效率的影响程度Sηc
压气机效率对燃气轮机效率的影响程度Sηc公式为：.png)
ηt：燃机透平效率，取0.91
ηc：压气机效率，取0.92
Γ：温比，取（1400+273）/（27+273）=5.577
X为燃气与空气的质量流量之比，取1.02
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；
m=（k-1）k取1.4，m取0.286；
Σ为压比，取18.3；
υ为流阻损失，取1.0403；
a=xyηtηcΓ=5.4768；
b=ηc（xyΓ-1）+1=6.098；
最终得Sηc=0.392。
（二）计算燃气轮机效率对机组联合循环的影响程度Sηgt
燃气轮机效率对机组联合循环的影响程度Sηgt公式为：
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式中：
ηcc为联合循环供电效率，取0.62；
ηst为蒸汽轮机效率，取0.42；
ηgt为燃气轮机效率，取0.37；
ηh为余热锅炉效率，取0.91；
ηmhgt为机组机械传动效率*发电机效率，取0.99*0.98=0.9702；
ηe为厂用电率，取0.0248；
按照上述提供的数据最终计算得到Sηgt=0.288。
综合起来，SηcSηgt=0.113。
假设机组某一时间点上热耗为Q，功率为P，
则Q*ηcc=P
假设机组在同一时间点上压气机效率劣化降低，功率比劣化后低ΔP，此时热耗仍然为Q，功率则为P-ΔP，此时
Q*（ηcc-SηcSηgt）=P-ΔP
联立上述两式可以得到ΔP/P=SηcSηgtΔηc/ηcc，取上述数据得到ΔP/P=0.182Δηc。
三、累计压气机效率下降导致的机组发电损失
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：
ΔP=0.182Δηc*P，在时间间隔为1h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：ΣΔP。
所以因压气机效率下降导致的发电损失为：
上网电价*ΣΔP
我公司上网电价：0.449元/度。
四、最佳离线水洗时间点评估
（一）2020年1号燃机历次水洗后运行数据统计
表1 1号燃机第二次离线水洗前数据.png)
2020年1号燃机1月17日第一次离线水洗，第二次离线水洗时间为5月11日，燃机运行时间为2025.6h，压气机累计效率下降值为0.36％。（燃机运行小时为1200h的时间点为3月21日，压气机效率下降值截止5月11日水洗＜2.5％）
表2 1号燃机第三次离线水洗前数据.png)
2020年1号燃机第二次离线水洗时间为5月11日，第三次离线水洗时间为8月10日，燃机运行时间为1815.4h，压气机效率下降值为2.48％。（燃机运行小时为1200h的时间点为7月11日（压气机效率下降值为2.15％），压气机效率下降值截止8月10日水洗约等于2.5％）
表3 1号燃机第三次离线水洗后运行数据.png)
2020年1号燃机第三次离线水洗时间为8月10日，之后未水洗过，截止到10月23日
燃机运行时间为1379.1h，压气机效率下降值为3.03％。（燃机运行小时为1200h的时间点为10月15日，压气机效率下降值为2.5％时间点为10月15日）
（二）通过计算评估最佳离线水洗时间点
1）燃机水洗成本统计
水洗总花费=水洗耗电量+除盐水用量+洗涤剂用量
耗电量分析：
（1）水洗耗电主要为励磁变、隔离变、燃机风机及水洗泵用电。可调阅相关数据，分别统计励磁变水洗耗电699kWh、隔离变用耗电15350.4kWh、水洗泵用耗电157kWh、燃机各风机连锁启动耗电300kWh，最后得出燃机水洗总耗电16500kwh。
（2）统计机组停运且各辅机未启动时的高厂变电量作为机组停运时的基本能耗数据，再统计水洗期间高厂变电量，去除水洗期间其余辅机（如凝泵、给泵）耗电量，再与机组停运时基本能耗相减，即为水洗总耗电。
除盐水量约为50立方米、燃机药品费用约为1.5万元，最终计算出燃机水洗成本为3万元。
2）1号燃机2020年历次离线水洗时间评估
表4 1号燃机第一次离线水洗后运行参数
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图1 1号燃机第一次离线水洗后压气机效率拟合曲线
根据软件拟合出得斜率k为-0.0004。
ΔP=0.182Δηc*P，在时间间隔为1h的情况下，查阅机组平均负荷360MW，算出每小时发电能力损失为23.53元。
根据累计发电能力损失=水洗总成本，
得出理想水洗运行小时数为1274.7h，时间为3月24日，压气机效率为91.39％,下降值为 0.81％。（实际水洗时间：5月11日，燃机运行小时为2025.6h，压气机效率下降值为0.36％）
表5 1号燃机第二次离线水洗后运行参数
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图2 1号燃机第二次水洗后压气机效率拟合曲线
根据软件拟合出得斜率k为-0.0005。
ΔP=0.182Δηc*P，在时间间隔为1h的情况下，查阅机组平均负荷345MW，算出每小时发电能力损失为25.37元。
根据累计发电能力损失=水洗总成本，
得出理想水洗运行小时数为1182.3h，时间为7月10日，压气机效率为93.25％，下降值为2％。（实际水洗时间：8月10日，燃机运行小时为1815.4h，压气机效率下降值为2.48％）
表6 1号燃机第三次离线水洗后运行参数
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图3 1号燃机第三次水洗后压气机效率拟合曲线
根据软件拟合出得斜率k为-0.002。
ΔP=0.182Δηc*P，在时间间隔为1h的情况下，查阅机组平均负荷340MW，算出每小时发电能力损失为55.57元。
根据累计发电能力损失=水洗总成本，
得出理想水洗运行小时数为539.9h，时间为9月18日，压气机效率为93.40％，下降值为1.44％。（实际仍未水洗，截止到10月23日运行小时为1379.1h，压气机效率下降值为3.03％）
表7 评估得出的最佳离线水洗时间效果对比
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5月11日与8月10日1号燃机两次离线水洗前实际累计发电能力损失为：47672+46063=93735元，若按评估后的理想水洗时间进行压气机离线水洗，可节省发电能力损失33735元。而截止到10月23日，由于压气机效率下降导致的累计发电能力损失为76635元，若按优化后评估的理想水洗时间进行水洗，则可节省发电能力损失46635元，建议择机停机进行离线水洗。优化后效益可提高总计80370元。
五、结论
不同季节空气质量不同，导致了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不一样，若根据厂家推荐的燃机运行固定小时数、压气机实际效率，配合计算压气机效率下降速度，综合考虑压气机实际状态和水洗成本，准确推导出压气机最经济的离线水洗时间，按照压气机结垢情况和机组运行方式安排水洗时间，可以显著地减少压气机效率劣化导致的发电能力损失。
参考文献
[1]毛华军, 夏伟平等. 大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书（综合分册）[M]. 北京：中国电力出版社,2009:109-110.
[2]焦书健.燃气-蒸汽联合循环的基础理论[M].北京：清华大学出版社，2003:66-70,117-121.