F級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行策略分析

摘要：熱電聯(lián)供作為日前能源布局發(fā)展趨勢(shì)的形式在全國(guó)各地工業(yè)區(qū)推廣，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在啟停速度、調(diào)峰速率、污染排放等各方面展現(xiàn)出其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)分析燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行特性，提出適當(dāng)?shù)臋C(jī)組運(yùn)行策略，以提高熱電聯(lián)供機(jī)組的能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)供、運(yùn)行策略

0 引言

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)具有效率高、環(huán)保低排放、調(diào)節(jié)特性強(qiáng)等特點(diǎn)，在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求下，特別適合在負(fù)荷中心向周邊提供電能、熱能甚至冷量。分布式能源系統(tǒng)促進(jìn)能量梯級(jí)、高效利用，不僅可以減少電能遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中的損失，回收發(fā)電過(guò)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(guò)分析、對(duì)比不同因素下機(jī)組發(fā)電量與供熱量之間的運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行。

1 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的主要研究分為：熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要部件容量的優(yōu)化配置[1]、熱電聯(lián)供系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與能效評(píng)價(jià)及熱電聯(lián)供系統(tǒng)變工況性能等三方面。

國(guó)內(nèi)外對(duì)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]基本以熱力學(xué)第一定律為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合本文建立的模型，可以得到如式（1）所示的效評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中可根據(jù)不同側(cè)重點(diǎn)取不同值，從而得出不同側(cè)重點(diǎn)下的效評(píng)價(jià)指標(biāo)。

式中為輸入燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣低位熱量;為燃機(jī)、汽機(jī)發(fā)電機(jī)對(duì)外輸送的電量;為對(duì)外輸出的中壓抽汽熱值;為對(duì)外輸出的低壓抽汽熱值。

1）當(dāng)時(shí)，式（2）可以定義為熱電聯(lián)供系統(tǒng)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(lián)供電廠的能量利用率，是建立在以能量守恒為基礎(chǔ)的分析方法。

2）當(dāng)

其中為環(huán)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(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)當(dāng)量火用效率，系統(tǒng)當(dāng)量火用效率可以反映可有效使用能量的效率，側(cè)重體現(xiàn)能量“品位”。結(jié)合本文機(jī)組特性，取0.555，取0.494。

3）當(dāng)、分別為中、低壓供熱蒸汽價(jià)格與電價(jià)之比時(shí)，式（2）可以定義為熱電聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)火用效率。經(jīng)濟(jì)火用效率是參考系統(tǒng)當(dāng)量火用效率得出來(lái)的，側(cè)重在從經(jīng)濟(jì)角度展現(xiàn)系統(tǒng)的能量利用效率。

2 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供機(jī)組運(yùn)行特性分析

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

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

3 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供機(jī)組運(yùn)行策略優(yōu)化分析

當(dāng)進(jìn)行熱電聯(lián)供系統(tǒng)的總能量利用效率分析時(shí)，式（2）可簡(jiǎn)化為式（3）所示。

忽略抽汽量導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行效率的影響，由式（3）可以得，機(jī)組對(duì)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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡可能增大供熱抽汽量。

當(dāng)進(jìn)行熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)當(dāng)量火用效率分析時(shí)，式（2）可簡(jiǎn)化為式（4）所示。對(duì)于該機(jī)組現(xiàn)階段的運(yùn)行策略而言

若期望系統(tǒng)當(dāng)量火用效率與系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)火用效率一致時(shí)，為追求機(jī)組能量合理利用性指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對(duì)應(yīng)中、低壓供熱抽汽的定價(jià)應(yīng)與電價(jià)聯(lián)動(dòng)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)搭建熱電聯(lián)供系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型，以某燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供機(jī)組為例，結(jié)合機(jī)組在不同工況下運(yùn)行特性，得出以下主要結(jié)論：

1）從能量守恒的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行分析，若忽略抽汽對(duì)汽輪機(jī)效率的影響，機(jī)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(cè)重點(diǎn)進(jìn)行分析，供熱定價(jià)宜采用熱價(jià)—電價(jià)聯(lián)動(dòng)形式，具體定價(jià)可按經(jīng)濟(jì)火用效率與系統(tǒng)當(dāng)量火用效率相當(dāng)為依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)能量利用率與經(jīng)濟(jì)性協(xié)同的目標(biāo);

3）燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在對(duì)外供熱時(shí)，受機(jī)組安全運(yùn)行邊界限制，存在最小電負(fù)荷和最大電負(fù)荷區(qū)間，隨著抽汽量的增加，運(yùn)行調(diào)整區(qū)間逐漸壓縮。

參考文獻(xiàn)：

[1]燃機(jī)熱電冷聯(lián)供自備電站優(yōu)化配置研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2004， 24（010）：183-188.

[2]廖春暉， 趙加寧， 王磊. 國(guó)內(nèi)外熱電聯(lián)產(chǎn)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)介紹與分析[J]. 煤氣與熱力， 2012， 032（001）：4-9.

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

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