燃气‑蒸汽联合循环机组供热性能计算方法与流程

本发明属于燃气发电技术领域，特别是一种燃气-蒸汽联合循环机组供热性能计算方法。

背景技术：

大量联合循环机组的接入，影响了区域性热网和电网的稳定运行。一方面，有的联合循环机组设置自动同步换挡(synchro-self-shifting,sss)离合器，在热负荷较高时将低压缸退出，汽轮机以背压模式进行供热，而这种设备配置和运行模式在国内没有成熟的经验；另一方面，区域性电网负荷是以居民、商业负荷为主，电网用电负荷越来越呈现出峰谷差大的特征，给电网调峰带来巨大的困难，因此掌握联合循环机组供热对其调峰性能的影响尤为关键。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种燃气-蒸汽联合循环机组供热性能计算方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种燃气-蒸汽联合循环机组供热性能计算方法，包括步骤如下：

(1)通过背压模式下供热性能试验，得到背压模式下联合循环机组的供热量；

①二拖一运行

试验时通过改变燃气轮机负荷调整供热量，每个工况点稳定运行10min～15min，记录高压、中压、低压情况下的蒸汽量(kg/s)，记录燃气轮机、蒸汽轮机的负荷(mw)，并记录3组数据取平均值，数据列表，

将供热蒸汽量和供热量分别拟和为燃气轮机功率的函数，如式(1)和式(2)所示，

gdh＝322.19+0.683pgt+1.909×10^-4(pgt)²(1)

qdh＝931.12+1.973pgt+5.516×10^-4(pgt)²(2)

式中，gdh为供热蒸汽量，t/h；qdh为供热量，gj/h；pgt为机组群中燃气轮机的功率，mw；

根据式(1)、(2)式得到，在确定的环境温度下联合循环机组背压运行时，供热量和机组群负荷存在一一对应的关系，即当供热量一定时，背压运行的联合循环机组不具备调峰能力；

②一拖一运行

一拖一背压模式试验时，首先将一台燃气轮机进行解汽，其余热锅炉产生的高、中、低压蒸汽走旁路，由另一台燃气轮机拖动蒸汽轮机运行，试验过程中按照上述步骤①的方式记录原始数据，数据列表，

将供热蒸汽量和供热量分别拟和为燃气轮机功率的函数，如式(3)和式(4)所示，

gdh＝41.67+2.02pgt-0.00311(pgt)²(3)

qdh＝124.18+6.03pgt-0.00926(pgt)²(4)

同理可知,一拖一机组在确定的环境温度下联合循环机组背压运行时，供热量和机组群负荷存在一一对应的关系，即当供热量一定时，背压运行的联合循环机组也不具备调峰能力；

(2)抽凝模式下供热性能，建立抽凝模式下机组群负荷、供热量的数学模型；

①数学模型

根据厂家提供的各工况机组的热力性能参数，然后将不同工况下联合循环参数列表，通过相同边界条件下的参数比对，得到背压工况和纯凝工况汽轮机功率、供热蒸汽量与燃气轮机负荷率的关系，通过比对纯凝工况和背压工况下蒸汽轮机的功率，计算得到蒸汽在低压缸中的焓降，将蒸汽在低压缸中的焓降拟合成燃气轮机负荷率的函数，即

δhlp＝0.651-0.345xgt+1.360(xgt)²-0.924(xgt)³(5)

式中，xgt为燃气轮机的负荷率；δhlp为蒸汽在低压缸中的焓降，mj/kg。

以背压试验工况下汽轮机的负荷为基础，得到抽凝工况下汽轮机的负荷为:

式中，分别为抽凝模式、背压模式下汽轮机的功率，mw；分别为抽凝模式、背压模式下的供热蒸汽量，t/h；ηm、ηg分别为机械效率和发电机效率，

②抽凝模式下机组群的负荷为:

式中，pgtcc为机组群功率，mw；

(3)模型得到联合循环机组的供热性能和调峰性能

通过上述模型可以计算得到二拖一和一拖一抽凝模式下，机组群负荷与供热量的关系曲线，由关系曲线图可得:当供热量一定时，随着燃气轮机负荷率的下降，机组群负荷也是逐渐降低的，机组群存在最大功率和最小功率，随着供热量的增大，机组群的最大功率与最小功率之差越来越小，说明在较高供热量的情况下，联合循环机组的调峰性能变差。

而且，所述步骤(1)的背压模式下计算供热量时按每公斤供热蒸汽放出2980kw热量计算,供热蒸汽量等于余热锅炉产生的高、中、低压蒸汽之。

而且，在所述步骤(1)得到背压模式下联合循环机组的供热量过程中，不考虑环境温度变化及设备老化情况。

本发明的优点和积极效果是：

本发明以某地区某f级燃气-蒸汽联合循环机组为例，通过运行试验和数学建模等方法得到了联合循环机组在各种运行模式下的供热能力及调峰性能，为电网和热网更好的协调调控提供了数据支撑。

附图说明

图1是二拖一抽凝模式机组群负荷与供热量的关系曲线图；

图2是一拖一抽凝模式机组群负荷与供热量的关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

首先简单介绍燃气-蒸汽联合循环机组的运行模式：如典型的燃气-蒸汽联合循环机组由两台燃气轮机、一台蒸汽轮机和两台余热锅炉组成，燃气轮机燃料采用天然气，余热锅炉为无补燃、卧式、再热、自然循环锅炉，具有高、中、低3个压力系统，余热锅炉不设置旁通烟道。蒸汽轮机高中压转子和低压转子采用sss离合器联接。该蒸汽轮机能以3种模式运行，在背压模式下，通过sss离合器，蒸汽轮机低压缸与燃气-蒸汽联合循环机组脱离，中压缸排汽及低压蒸汽全部送至热网加热器；在纯凝模式下，低压转子通过sss离合器连接到高中压转子，中压缸排汽及低压蒸汽全部送至低压缸做功；在抽凝模式下，供热蒸汽从中低压连通管抽出，通过热网抽汽调节阀控制热电负荷的比例。

一种燃气-蒸汽联合循环机组供热性能计算方法，包括具体步骤如下：

(1)通过背压模式下供热性能试验，得到背压模式下联合循环机组的供热量；

①二拖一运行

试验时通过改变燃气轮机负荷调整供热量，每个工况点稳定运行10min～15min，记录高压、中压、低压情况下的蒸汽量,(kg/s)，记录燃气轮机、蒸汽轮机的负荷(mw)，并记录3组数据取平均值，试验过程中的原始数据如表1所示。

表1二拖一背压模式实验数据

在背压模式下，计算供热量时按每公斤供热蒸汽放出2980kw热量计算,供热蒸汽量等于余热锅炉产生的高、中、低压蒸汽之和(见表1数据)，在不考虑环境温度、设备老化等情况下，余热锅炉的产汽量与燃气轮机负荷存在一定的对应关系，为了确定燃气轮机最大、最小出力对应的最大、最小供热量，将供热蒸汽量和供热量分别拟和为燃气轮机功率的函数，如式(1)和式(2)所示，

gdh＝322.19+0.683pgt+1.909×10^-4(pgt)²(1)

qdh＝931.12+1.973pgt+5.516×10^-4(pgt)²(2)

式中，gdh为供热蒸汽量，t/h；qdh为供热量，gj/h；pgt为机组群中燃气轮机的功率，mw。

根据式(1)、(2)式，燃气轮机最大出力时所对应的最大供热蒸汽量为837t/h，最大供热量为2417gj/h；燃气轮机最小出力(负荷率为30％)时所对应的最小供热蒸汽量为460t/h，最小供热量为1330gj/h，在确定的环境温度下联合循环机组背压运行时，供热量和机组群负荷存在一一对应的关系，即当供热量一定时，背压运行的联合循环机组不具备调峰能力；

②一拖一运行

一拖一背压模式试验时，首先将一台燃气轮机进行解汽，其余热锅炉产生的高、中、低压蒸汽走旁路，由另一台燃气轮机拖动蒸汽轮机运行，试验过程中记录原始数据如下表2

表2一拖一背压模式试验数据

将供热蒸汽量和供热量分别拟和为燃气轮机功率的函数，如式(3)和式(4)所示。

gdh＝41.67+2.02pgt-0.00311(pgt)²(3)

qdh＝124.18+6.03pgt-0.00926(pgt)²(4)

同理可知,一拖一机组在确定的环境温度下联合循环机组背压运行时，供热量和机组群负荷存在一一对应的关系，即当供热量一定时，背压运行的联合循环机组也不具备调峰能力。

(3)抽凝模式下供热性能，建立抽凝模式下机组群负荷、供热量的数学模型；

①数学模型

根据厂家提供的各工况机组的热力性能参数，通过相同边界条件下的参数比对，得到了背压工况和纯凝工况汽轮机功率、供热蒸汽量与燃气轮机负荷率的关系，如表3所示，

表3不同工况下联合循环参数

通过比对纯凝工况和背压工况下蒸汽轮机的功率，计算得到蒸汽在低压缸中的焓降，如表3所示，将蒸汽在低压缸中的焓降拟合成燃气轮机负荷率的函数，即

δhlp＝0.651-0.345xgt+1.360(xgt)²-0.924(xgt)³(5)

式中，xgt为燃气轮机的负荷率；δhlp为蒸汽在低压缸中的焓降，mj/kg。

以背压试验工况下汽轮机的负荷为基础，得到抽凝工况下汽轮机的负荷为:

式中，分别为抽凝模式、背压模式下汽轮机的功率，mw；分别为抽凝模式、背压模式下的供热蒸汽量，t/h；ηm、ηg分别为机械效率和发电机效率。

则，抽凝模式下机组群的负荷为:

式中，pgtcc为机组群功率，mw；

②模型得到联合循环机组的供热性能和调峰性能

通过上述模型可以计算得到二拖一和一拖一抽凝模式下，机组群负荷与供热量的关系曲线，如图1或2所示，由关系曲线图可得:当供热量一定时，随着燃气轮机负荷率的下降，机组群负荷也是逐渐降低的，机组群存在最大功率和最小功率，随着供热量的增大，机组群的最大功率与最小功率之差越来越小，说明在较高供热量的情况下，联合循环机组的调峰性能变差。