燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊方法与流程

本发明涉及一种合理分配燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的方法，属热电联产技术领域。

背景技术

燃气-蒸汽联合循环系统建立在能量梯级利用基础上，具有能量利用率高、环保性好的优点。在燃气-蒸汽联合循环发电过程中，燃气轮机的排烟温度往往较高，需要锅炉回收余热，减少热损失。同时，在蒸汽循环的热电联产机组中，蒸汽首先要进入汽轮机做功保证发电量，然后其中的部分蒸汽才被抽出提供给热用户。因此在燃气-蒸汽联合循环热电联产机组中，电和热两种能量产品在能量品位上是不同的；燃气循环的工质烟气蕴含的热量品位高于蒸汽循环的工质蒸汽蕴含热量的品位；进入汽轮机做功的工质蒸汽蕴含的热量品位高于进入热网供热的载热质蒸汽蕴含热量的品位。

由于热电联产机组生产本身的特殊性，如何合理有效地确定热电联产中的热电分摊比，到目前为止仍是一个有争议和值得探讨的课题。合理的热电分摊比应能够较全面地反映热电联产过程中能量的转换、利用和损耗的实际情况，并尽可能达到对能源的合理利用。

传统的热电分摊比计算方法中，热量法将电能和不同品质热能等价处理，仅仅从能量的数值方面进行考虑，而忽略了品质这一重要因素，在计算热电分摊比时，认为热电厂供热的热化发电部分没有冷源和不可逆损失，这部分损失全部被利用来对外供热。因此该方法将冷源和不可逆损失都归于供热方，不能合理反映能量在机组中的实际转化过程。

做功能力法考虑了供热热化蒸汽在汽轮机中做功不足的影响，注意了不同压力、温度下供热蒸汽在品位方面的差别。采用高质高价、低质低价的热电分摊方法鼓励用户积极改进生产过程，尽可能降低用汽压力、温度，对增加热化发电量，提高热电厂经济性有促进作用。但这种方法将热化发电部分的冷源和不可逆损失都归于发电方，不能合理反映能量在机组中的实际转化过程。

做功能力法仅用来衡量能量在质量方面的差别，完全忽略热用户对的应用。当汽轮机排汽参数与环境参数较为接近时，其计算出来的分摊比与实际焓降法相近。因此，该方法不能合理反映能量在机组中的实际转化过程。

有鉴于此，为了克服上述传统方法的不足，同时考虑：在燃气-蒸汽联合循环热电联产机组中，电和热两种能量产品在能量品位上是不同的；燃气循环的工质烟气蕴含的热量品位高于蒸汽循环的工质蒸汽蕴含热量的品位；进入汽轮机做功的工质蒸汽蕴含的热量品位高于进入热网供热的载热质蒸汽蕴含热量的品位的特点，本发明提出了一种合理分配燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊方法，其特征在于包括如下步骤：

1)根据机组实际运行情况，查阅水蒸气性质参数手册，确定计算所需参数的值，包括环境温度、各段供热抽汽的焓值、熵值和供热量、燃机和汽轮机的发电量等；

2)假设机组共有n段供热抽汽，确定第i段供热抽汽蕴含的热量的能量品位量化系数以及总的供热抽汽能量品位量化系数：

式中，对于第i段供热抽汽，ari为其能量品位量化系数；δei为其能量利用过程中的变化量，kj/kg；δhi为其能量利用过程中的焓值变化量，kj/kg；t0为环境温度，k；δsi为其能量利用过程中的熵值变化量，kj/kg·k；qri为其供热抽汽的供热量，kj；ar为供热抽汽的能量品位量化系数；qr为供热抽汽的供热量，kj；

3)确定燃气-蒸汽联合循环系统中供热和发电的权重比例系数：

xqr＝arqr/afqcogf

xqp＝apqp/afqcogf

式中，xqr为系统中供热消耗能量的权重比例系数；xqp为系统中发电消耗能量的权重比例系数；af为燃料的能量品位量化系数；ap为电能的能量品位量化系数；qcogf为燃料燃烧、化学能转变为热能的数量，kj；qp为发出电能的能量，kj；

4)确定最终的热电分摊比，最终的热电分摊比结果为系统中供热消耗能量的权重比例系数与其和发电消耗能量的权重比例系数之和的比值，表达式如下：

式中，βtp为最终的热电分摊比；δq为总的能量损失，kj；δqr为分配给热方的能量损失，kj。

进一步的，所述的总的能量损失δq包含的损失如下：

δq＝δ(afqcogf)+δ(a3q3)+δ(abqb)+δ(a4q4)+δ(arqr)

式中，δ(afqcogf)为天然气在燃烧过程中的能量损失；δ(a3q3)为烟气在燃气轮机做功过程的能量损失；δ(abqb)为余热锅炉中的能量损失；δ(a4q4)为蒸汽在汽轮机做功过程的能量损失；δ(arqr)为供热抽汽向热用户运输过程的能量损失，单位均为kj。

将总的能量损失δq按照xqr与xqp的比值分配供热方和发电方：

δq＝δqr+δqp

式中，δqp为分配给发电方的能量损失，kj。

进一步的，基于热力循环的角度，机械功的价值最大，因此约定电能的能量品位量化系数ap为1；由于燃料蕴含的是化学能，其值和低位热值相差不大，因此燃料的品位系数af也可认为是最大的，定为1。

本发明从能量品位出发，把能量的质量和数量两个方面结合起来，以确定一种有明确的理论依据，促进能量梯级综合利用，按质用能，计算又相对简单，综合考虑了燃气-蒸汽联合循环的能量梯级利用关系与运行过程中具体工况下的热电负荷组合条件，可合理分配燃料成本到供热和发电两方面，为制定供热和发电价格提供参考依据。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为g100-m50l35条件下热电分摊比变化图；

图2为g100-h55l35条件下热电分摊比变化图；

图3为g100-h55m55条件下热电分摊比变化图；

图4为燃气-蒸汽联合循环热、电联产能量梯级利用过程示意图。

图中各标号：af、燃料的能量品位量化系数；qcogf、燃料燃烧，化学能转变为热能的数量；δ(afqcogf)、天然气在燃烧过程中的能量损失；δ(a3q3)、烟气在燃气轮机做功过程的能量损失；δ(abqb)、余热锅炉中的能量损失；δ(a4q4)、蒸汽在汽轮机做功过程的能量损失；δ(arqr)、供热抽汽向热用户运输过程的能量损失。

文中所用符号：ar、供热抽汽的能量品位量化系数；ap、电能的能量品位量化系数；qr、供热抽汽的热量；qp、发出电能的能量；δq、总的能量损失；δqr、分配给供热方的能量损失；δqp、分配给发电方的能量损失；βtp、热电分摊比。

具体实施方式

本发明用于燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊计算方法，具体步骤如下：

1)根据机组实际运行情况，查阅水蒸气性质参数手册，确定计算所需参数的值，包括环境温度、各段供热抽汽的焓值、熵值和供热量、燃机和汽轮机的发电量等；

2)如图4所示，在燃气-蒸汽联合循环热电联产机组中，天然气在燃烧室燃烧产生烟气，烟气进入燃气轮机带动叶片旋转发电，做完功的烟气进入余热锅炉将热能转移至蒸汽中，蒸汽进入汽轮机做功发电，部分蒸汽被抽出至热用户。

3)假设机组共有n段供热抽汽，确定第i段供热抽汽蕴含的热量的能量品位量化系数以及总的供热抽汽能量品位量化系数：

式中，对于第i段供热抽汽，ari为其能量品位量化系数；δei为其能量利用过程中的变化量，kj/kg；δhi为其能量利用过程中的焓值变化量，kj/kg；t0为环境温度，k；δsi为其能量利用过程中的熵值变化量，kj/kg·k；qri为其供热抽汽的供热量；ar为供热抽汽的能量品位量化系数；qr为供热抽汽的供热量；

4)确定燃气-蒸汽联合循环系统中供热和发电的权重比例系数：

xqr＝arqr/afqcogf

xqp＝apqp/afqcogf

式中，xqr为系统中供热消耗能量的权重比例系数；xqp为系统中发电消耗能量的权重比例系数；af为燃料的能量品位量化系数；ap为电能的能量品位量化系数；qcogf为燃料燃烧、化学能转变为热能的数量，单位为kj；qp为发出电能的能量，单位为kj；

5)确定最终的热电分摊比，最终的热电分摊比结果为系统中供热消耗能量的权重比例系数与其和发电消耗能量的权重比例系数之和的比值，表达式如下：

式中，βtp为最终的热电分摊比，δq为总的能量损失；δqr为分配给热方的能量损失，单位为kj。

为确定本发明的用于燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热和发电燃料成本的分摊方法的合理性，将该方法与传统的热电分摊比计算方法比较。图1～3为某燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，该机组共有三股供热抽汽，当其负荷率为100％，在环境温度为27.85℃时，计算而得的分摊比。图1～3分别为只改变高、中、低压供热抽汽，另外两股抽汽不变的工况。图中的梯级利用法为本发明的分摊方法。

图1～3表明，本发明所提的梯级利用法的计算结果始终处于热量法和实际焓降法之间，且考虑了燃气-蒸汽热电联产机组能量品位变化的特点，即电和热两种能量产品在能量品位上是不同的；燃气循环的工质烟气蕴含的热量品位高于蒸汽循环的工质蒸汽蕴含热量的品位；进入汽轮机做功的工质蒸汽蕴含的热量品位高于进入热网供热的载热质蒸汽蕴含热量的品位。另外，该方法有明确的理论依据，可促进能量梯级综合利用，按质用能，计算又相对简单，综合考虑了燃气-蒸汽联合循环的能量梯级利用关系与运行过程中具体工况下的热电负荷组合条件，可合理分配燃料成本到供热和发电两方面，为制定供热和发电价格提供参考依据。