F級燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組運行策略分析

摘要：熱電聯供作為日前能源布局發展趨勢的形式在全國各地工業區推廣，燃氣—蒸汽聯合循環機組在啟停速度、調峰速率、污染排放等各方面展現出其強大優勢。本文通過分析燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯供系統的評價指標，結合機組運行特性，提出適當的機組運行策略，以提高熱電聯供機組的能源利用效率和經濟效益。

關鍵詞：聯合循環、熱電聯供、運行策略

0 引言

燃氣—蒸汽聯合循環具有效率高、環保低排放、調節特性強等特點，在日益嚴格的環保要求下，特別適合在負荷中心向周邊提供電能、熱能甚至冷量。分布式能源系統促進能量梯級、高效利用，不僅可以減少電能遠距離輸送過程中的損失，回收發電過程中低品位熱量供給周邊用熱單位，降低用熱工廠的制熱成本。本文通過分析、對比不同因素下機組發電量與供熱量之間的運行策略，實現機組優化運行。

1 燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯供系統評價模型

目前，國內外對熱電聯供系統的主要研究分為：熱電聯供系統主要部件容量的優化配置[1]、熱電聯供系統經濟性與能效評價及熱電聯供系統變工況性能等三方面。

國內外對熱電聯供系統的能效評價指標[2]基本以熱力學第一定律為出發點，結合本文建立的模型，可以得到如式（1）所示的效評價指標。其中可根據不同側重點取不同值，從而得出不同側重點下的效評價指標。

式中為輸入燃氣輪機的天然氣低位熱量;為燃機、汽機發電機對外輸送的電量;為對外輸出的中壓抽汽熱值;為對外輸出的低壓抽汽熱值。

1）當時，式（2）可以定義為熱電聯供系統的總能量利用效率，總能量利用效率可以反映出天然氣在熱電聯供電廠的能量利用率，是建立在以能量守恒為基礎的分析方法。

2）當

其中為環境溫度，分別為中、低壓供熱抽汽溫度，式（2）可以定義為熱電聯供系統的系統當量火用效率，系統當量火用效率可以反映可有效使用能量的效率，側重體現能量“品位”。結合本文機組特性，取0.555，取0.494。

3）當、分別為中、低壓供熱蒸汽價格與電價之比時，式（2）可以定義為熱電聯供系統的經濟火用效率。經濟火用效率是參考系統當量火用效率得出來的，側重在從經濟角度展現系統的能量利用效率。

2 燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯供機組運行特性分析

如圖1所示，為某機組供熱抽汽參數曲線，該機組在不同中壓抽汽流量工況下，整套機組滿足供熱條件下最小電負荷隨低壓抽汽流量變化。隨著抽汽量的上漲，最小電負荷需求隨之上漲，低壓抽汽量相同時，中壓抽汽量逐步增加，最小電負荷增長的幅度呈現逐步下降趨勢。

如圖2所示，為某機組在不同中壓抽汽流量工況下，整套機組最大供電負荷曲線，最大電負荷隨著抽汽量的增加而降低;其中低壓抽汽在0-106.537MJ/s時最大電負荷下降最快，中壓抽汽為8.878MJ/s-22.195MJ/s時，機組最大電負荷與中壓抽汽流量無明顯影響。

3 燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯供機組運行策略優化分析

當進行熱電聯供系統的總能量利用效率分析時，式（2）可簡化為式（3）所示。

忽略抽汽量導致汽輪機運行效率的影響，由式（3）可以得，機組對外供熱量越大，總能量利用效率越高。因此在以總能量利用效率為最終評判標準時，應盡可能增大供熱抽汽量。

當進行熱電聯供系統的系統當量火用效率分析時，式（2）可簡化為式（4）所示。對于該機組現階段的運行策略而言

若期望系統當量火用效率與系統的經濟火用效率一致時，為追求機組能量合理利用性指標及經濟性指標，對應中、低壓供熱抽汽的定價應與電價聯動。

4 結論

本文通過搭建熱電聯供系統評價模型，以某燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯供機組為例，結合機組在不同工況下運行特性，得出以下主要結論：

1）從能量守恒的側重點進行分析，若忽略抽汽對汽輪機效率的影響，機組抽汽供熱量越大，總能量利用效率越高;

2）從能量階梯利用的側重點進行分析，供熱定價宜采用熱價—電價聯動形式，具體定價可按經濟火用效率與系統當量火用效率相當為依據，以實現能量利用率與經濟性協同的目標;

3）燃氣—蒸汽聯合循環機組在對外供熱時，受機組安全運行邊界限制，存在最小電負荷和最大電負荷區間，隨著抽汽量的增加，運行調整區間逐漸壓縮。

參考文獻：

[1]燃機熱電冷聯供自備電站優化配置研究[J]. 中國電機工程學報， 2004， 24（010）：183-188.

[2]廖春暉， 趙加寧， 王磊. 國內外熱電聯產性能評價指標介紹與分析[J]. 煤氣與熱力， 2012， 032（001）：4-9.

作者簡介：李金鋒（1962.10-），男，工程師，廣東粵電中山熱電廠有限公司

廣東粵電中山熱電廠有限公司 廣東 中山 528445