基于天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的熱量—功率—燃氣容量分析

姜海燕

摘 要：以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產電廠是連接天然氣管道、電網及區(qū)域供熱管網的中心樞紐，因此這種燃氣電廠的供熱量、供電量和燃料消耗能力是協(xié)調城市能源系統(tǒng)的關鍵。本文根據能量守恒定律，建立燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的過程模型，通過仿真設計，得出一組邊界數據。通過這些數據可為燃氣電廠在城市能源系統(tǒng)的協(xié)調上反饋一定的信息。

關鍵詞：熱電聯(lián)產 供熱量 供電量 天然氣消耗量

中圖分類號：TM611.31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0111-02

1 系統(tǒng)配置

（1）系統(tǒng)描述。

汽輪機（ST）中的蒸汽被分為兩部分：一部分帶動汽輪機發(fā)電，經凝汽器冷凝后，

抽回到余熱鍋爐中作為給水；從汽輪機抽取的另一部分蒸汽作為熱交換器的熱源。熱網的回水被加熱后，繼續(xù)循環(huán)到熱網系統(tǒng)中；熱交換器中的水凝結后被抽回到余熱鍋爐中作為給水。因此，我們可以通過調節(jié)蒸汽流量參數和恒負載情況下抽汽流量來操控機組供熱量和功率。

（2）系統(tǒng)分析。

①曲線1：熱量-功率上限。

當流量保持在最大值時，燃氣輪機發(fā)電量也為最大值。隨著蒸汽量損失增加，蒸汽輪機的功率就會下降，從而降低了整個系統(tǒng)發(fā)電能力。

②曲線2：熱量-功率下限。

當燃氣輪機負荷保持在最低值時，損失的蒸汽量會隨著供熱量的增加而增加，從而降低了燃氣輪機發(fā)電量。當低壓蒸汽流量達到它的最低閾值時，整個系統(tǒng)的電量曲線會存在一個轉折點。過了該轉折點，系統(tǒng)的發(fā)電量隨著供熱量、進氣量以及蒸汽量的上升而上升。

③曲線3：熱量-燃氣上限。

天然氣流量的最大值對應燃氣輪機的最大負荷。

④曲線4：熱量-燃氣下限。

天然氣流量的最小值對應燃氣輪機的最小負荷。

⑤曲線5：燃氣-功率上限。

蒸汽出口流量值為0時，發(fā)電量將達到最大值。若將供熱量保持在0，那么燃氣-功率的上限值是一一對應的。

⑥曲線6：燃氣-功率下限。

當燃氣供應量由最小值變?yōu)樽畲笾?，ST蒸汽流量也保持在最小值時，就得到了功率下限值。

（3）過程模擬。

下面采取三套仿真設計來分析系統(tǒng)燃料的供應和消耗能力。

曲線1、曲線3：將燃氣流量保持在最大值，把熱交換器的蒸汽流量由0變?yōu)閰^(qū)間的最大值，通過仿真計算出系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線2、曲線4、曲線6：將燃氣輪機負荷保持在最小值，將熱交換器蒸汽流量從區(qū)間0值逐漸增加到低壓蒸汽流量最小值；然后逐漸增加燃氣輪機負荷，同時保持低壓蒸汽最小值不變，直至熱交換器蒸汽流量達到區(qū)間最大值，然后記錄系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線5：保持電加熱器蒸汽流量為0，將燃氣流量由0逐漸增加到最大值，然后進行仿真并記錄系統(tǒng)發(fā)電量。

2 系統(tǒng)分析

（1）組態(tài)軟件設計。

我們按照滿負荷情況下建立仿真模型。分別采用100%、75%、50%負荷進行仿真結果數據驗證。下面我們通過改變功角來改變燃氣主機負荷（負荷從30%～100%）。

（2）結論與討論。

曲線A表示在無供熱情況下的燃氣-功率之間的關系；曲線B和曲線C分別表示在最大和最小燃氣量情況下的熱量-功率之間的關系；曲線D表示當LP和ST在最小蒸汽流量工況下熱量-功率-燃氣之間的關系。這四條曲線總體可以用來描述熱量-功率-燃氣消耗量的邊界容量。

3 結論

根據能量守恒定律建立的天然氣熱電聯(lián)產電廠，通過三種仿真設計，得到了四條曲線，這四條曲線組成的閉合邊界范圍描述了熱量-電量-燃氣量之間的關系，因此可被作為城市能源系統(tǒng)調度的一種方式。endprint

摘 要：以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產電廠是連接天然氣管道、電網及區(qū)域供熱管網的中心樞紐，因此這種燃氣電廠的供熱量、供電量和燃料消耗能力是協(xié)調城市能源系統(tǒng)的關鍵。本文根據能量守恒定律，建立燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的過程模型，通過仿真設計，得出一組邊界數據。通過這些數據可為燃氣電廠在城市能源系統(tǒng)的協(xié)調上反饋一定的信息。

關鍵詞：熱電聯(lián)產 供熱量 供電量 天然氣消耗量

中圖分類號：TM611.31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0111-02

1 系統(tǒng)配置

（1）系統(tǒng)描述。

汽輪機（ST）中的蒸汽被分為兩部分：一部分帶動汽輪機發(fā)電，經凝汽器冷凝后，

抽回到余熱鍋爐中作為給水；從汽輪機抽取的另一部分蒸汽作為熱交換器的熱源。熱網的回水被加熱后，繼續(xù)循環(huán)到熱網系統(tǒng)中；熱交換器中的水凝結后被抽回到余熱鍋爐中作為給水。因此，我們可以通過調節(jié)蒸汽流量參數和恒負載情況下抽汽流量來操控機組供熱量和功率。

（2）系統(tǒng)分析。

①曲線1：熱量-功率上限。

當流量保持在最大值時，燃氣輪機發(fā)電量也為最大值。隨著蒸汽量損失增加，蒸汽輪機的功率就會下降，從而降低了整個系統(tǒng)發(fā)電能力。

②曲線2：熱量-功率下限。

當燃氣輪機負荷保持在最低值時，損失的蒸汽量會隨著供熱量的增加而增加，從而降低了燃氣輪機發(fā)電量。當低壓蒸汽流量達到它的最低閾值時，整個系統(tǒng)的電量曲線會存在一個轉折點。過了該轉折點，系統(tǒng)的發(fā)電量隨著供熱量、進氣量以及蒸汽量的上升而上升。

③曲線3：熱量-燃氣上限。

天然氣流量的最大值對應燃氣輪機的最大負荷。

④曲線4：熱量-燃氣下限。

天然氣流量的最小值對應燃氣輪機的最小負荷。

⑤曲線5：燃氣-功率上限。

蒸汽出口流量值為0時，發(fā)電量將達到最大值。若將供熱量保持在0，那么燃氣-功率的上限值是一一對應的。

⑥曲線6：燃氣-功率下限。

當燃氣供應量由最小值變?yōu)樽畲笾?，ST蒸汽流量也保持在最小值時，就得到了功率下限值。

（3）過程模擬。

下面采取三套仿真設計來分析系統(tǒng)燃料的供應和消耗能力。

曲線1、曲線3：將燃氣流量保持在最大值，把熱交換器的蒸汽流量由0變?yōu)閰^(qū)間的最大值，通過仿真計算出系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線2、曲線4、曲線6：將燃氣輪機負荷保持在最小值，將熱交換器蒸汽流量從區(qū)間0值逐漸增加到低壓蒸汽流量最小值；然后逐漸增加燃氣輪機負荷，同時保持低壓蒸汽最小值不變，直至熱交換器蒸汽流量達到區(qū)間最大值，然后記錄系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線5：保持電加熱器蒸汽流量為0，將燃氣流量由0逐漸增加到最大值，然后進行仿真并記錄系統(tǒng)發(fā)電量。

2 系統(tǒng)分析

（1）組態(tài)軟件設計。

我們按照滿負荷情況下建立仿真模型。分別采用100%、75%、50%負荷進行仿真結果數據驗證。下面我們通過改變功角來改變燃氣主機負荷（負荷從30%～100%）。

（2）結論與討論。

曲線A表示在無供熱情況下的燃氣-功率之間的關系；曲線B和曲線C分別表示在最大和最小燃氣量情況下的熱量-功率之間的關系；曲線D表示當LP和ST在最小蒸汽流量工況下熱量-功率-燃氣之間的關系。這四條曲線總體可以用來描述熱量-功率-燃氣消耗量的邊界容量。

3 結論

根據能量守恒定律建立的天然氣熱電聯(lián)產電廠，通過三種仿真設計，得到了四條曲線，這四條曲線組成的閉合邊界范圍描述了熱量-電量-燃氣量之間的關系，因此可被作為城市能源系統(tǒng)調度的一種方式。endprint

摘 要：以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產電廠是連接天然氣管道、電網及區(qū)域供熱管網的中心樞紐，因此這種燃氣電廠的供熱量、供電量和燃料消耗能力是協(xié)調城市能源系統(tǒng)的關鍵。本文根據能量守恒定律，建立燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的過程模型，通過仿真設計，得出一組邊界數據。通過這些數據可為燃氣電廠在城市能源系統(tǒng)的協(xié)調上反饋一定的信息。

關鍵詞：熱電聯(lián)產 供熱量 供電量 天然氣消耗量

中圖分類號：TM611.31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0111-02

1 系統(tǒng)配置

（1）系統(tǒng)描述。

汽輪機（ST）中的蒸汽被分為兩部分：一部分帶動汽輪機發(fā)電，經凝汽器冷凝后，

抽回到余熱鍋爐中作為給水；從汽輪機抽取的另一部分蒸汽作為熱交換器的熱源。熱網的回水被加熱后，繼續(xù)循環(huán)到熱網系統(tǒng)中；熱交換器中的水凝結后被抽回到余熱鍋爐中作為給水。因此，我們可以通過調節(jié)蒸汽流量參數和恒負載情況下抽汽流量來操控機組供熱量和功率。

（2）系統(tǒng)分析。

①曲線1：熱量-功率上限。

當流量保持在最大值時，燃氣輪機發(fā)電量也為最大值。隨著蒸汽量損失增加，蒸汽輪機的功率就會下降，從而降低了整個系統(tǒng)發(fā)電能力。

②曲線2：熱量-功率下限。

當燃氣輪機負荷保持在最低值時，損失的蒸汽量會隨著供熱量的增加而增加，從而降低了燃氣輪機發(fā)電量。當低壓蒸汽流量達到它的最低閾值時，整個系統(tǒng)的電量曲線會存在一個轉折點。過了該轉折點，系統(tǒng)的發(fā)電量隨著供熱量、進氣量以及蒸汽量的上升而上升。

③曲線3：熱量-燃氣上限。

天然氣流量的最大值對應燃氣輪機的最大負荷。

④曲線4：熱量-燃氣下限。

天然氣流量的最小值對應燃氣輪機的最小負荷。

⑤曲線5：燃氣-功率上限。

蒸汽出口流量值為0時，發(fā)電量將達到最大值。若將供熱量保持在0，那么燃氣-功率的上限值是一一對應的。

⑥曲線6：燃氣-功率下限。

當燃氣供應量由最小值變?yōu)樽畲笾担琒T蒸汽流量也保持在最小值時，就得到了功率下限值。

（3）過程模擬。

下面采取三套仿真設計來分析系統(tǒng)燃料的供應和消耗能力。

曲線1、曲線3：將燃氣流量保持在最大值，把熱交換器的蒸汽流量由0變?yōu)閰^(qū)間的最大值，通過仿真計算出系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線2、曲線4、曲線6：將燃氣輪機負荷保持在最小值，將熱交換器蒸汽流量從區(qū)間0值逐漸增加到低壓蒸汽流量最小值；然后逐漸增加燃氣輪機負荷，同時保持低壓蒸汽最小值不變，直至熱交換器蒸汽流量達到區(qū)間最大值，然后記錄系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃氣消耗量。

曲線5：保持電加熱器蒸汽流量為0，將燃氣流量由0逐漸增加到最大值，然后進行仿真并記錄系統(tǒng)發(fā)電量。

2 系統(tǒng)分析

（1）組態(tài)軟件設計。

我們按照滿負荷情況下建立仿真模型。分別采用100%、75%、50%負荷進行仿真結果數據驗證。下面我們通過改變功角來改變燃氣主機負荷（負荷從30%～100%）。

（2）結論與討論。

曲線A表示在無供熱情況下的燃氣-功率之間的關系；曲線B和曲線C分別表示在最大和最小燃氣量情況下的熱量-功率之間的關系；曲線D表示當LP和ST在最小蒸汽流量工況下熱量-功率-燃氣之間的關系。這四條曲線總體可以用來描述熱量-功率-燃氣消耗量的邊界容量。

3 結論

根據能量守恒定律建立的天然氣熱電聯(lián)產電廠，通過三種仿真設計，得到了四條曲線，這四條曲線組成的閉合邊界范圍描述了熱量-電量-燃氣量之間的關系，因此可被作為城市能源系統(tǒng)調度的一種方式。endprint