燃氣‑蒸汽聯合循環機組供熱性能計算方法與流程
2023-08-03 08:28:51 2
本發明屬於燃氣發電技術領域，特別是一種燃氣-蒸汽聯合循環機組供熱性能計算方法。
背景技術：
大量聯合循環機組的接入，影響了區域性熱網和電網的穩定運行。一方面，有的聯合循環機組設置自動同步換擋(synchro-self-shifting,sss)離合器，在熱負荷較高時將低壓缸退出，汽輪機以背壓模式進行供熱，而這種設備配置和運行模式在國內沒有成熟的經驗；另一方面，區域性電網負荷是以居民、商業負荷為主，電網用電負荷越來越呈現出峰谷差大的特徵，給電網調峰帶來巨大的困難，因此掌握聯合循環機組供熱對其調峰性能的影響尤為關鍵。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的不足，而提出一種燃氣-蒸汽聯合循環機組供熱性能計算方法。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的：
一種燃氣-蒸汽聯合循環機組供熱性能計算方法，包括步驟如下：
(1)通過背壓模式下供熱性能試驗，得到背壓模式下聯合循環機組的供熱量；
①二拖一運行
試驗時通過改變燃氣輪機負荷調整供熱量，每個工況點穩定運行10min～15min，記錄高壓、中壓、低壓情況下的蒸汽量(kg/s)，記錄燃氣輪機、蒸汽輪機的負荷(mw)，並記錄3組數據取平均值，數據列表，
將供熱蒸汽量和供熱量分別擬和為燃氣輪機功率的函數，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為供熱蒸汽量，t/h；qdh為供熱量，gj/h；pgt為機組群中燃氣輪機的功率，mw；
根據式(1)、(2)式得到，在確定的環境溫度下聯合循環機組背壓運行時，供熱量和機組群負荷存在一一對應的關係，即當供熱量一定時，背壓運行的聯合循環機組不具備調峰能力；
②一拖一運行
一拖一背壓模式試驗時，首先將一臺燃氣輪機進行解汽，其餘熱鍋爐產生的高、中、低壓蒸汽走旁路，由另一臺燃氣輪機拖動蒸汽輪機運行，試驗過程中按照上述步驟①的方式記錄原始數據，數據列表，
將供熱蒸汽量和供熱量分別擬和為燃氣輪機功率的函數，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,一拖一機組在確定的環境溫度下聯合循環機組背壓運行時，供熱量和機組群負荷存在一一對應的關係，即當供熱量一定時，背壓運行的聯合循環機組也不具備調峰能力；
(2)抽凝模式下供熱性能，建立抽凝模式下機組群負荷、供熱量的數學模型；
①數學模型
根據廠家提供的各工況機組的熱力性能參數，然後將不同工況下聯合循環參數列表，通過相同邊界條件下的參數比對，得到背壓工況和純凝工況汽輪機功率、供熱蒸汽量與燃氣輪機負荷率的關係，通過比對純凝工況和背壓工況下蒸汽輪機的功率，計算得到蒸汽在低壓缸中的焓降，將蒸汽在低壓缸中的焓降擬合成燃氣輪機負荷率的函數，即
δhlp＝0.651-0.345xgt+1.360(xgt)2-0.924(xgt)3(5)
式中，xgt為燃氣輪機的負荷率；δhlp為蒸汽在低壓缸中的焓降，mj/kg。
以背壓試驗工況下汽輪機的負荷為基礎，得到抽凝工況下汽輪機的負荷為:
式中，分別為抽凝模式、背壓模式下汽輪機的功率，mw；分別為抽凝模式、背壓模式下的供熱蒸汽量，t/h；ηm、ηg分別為機械效率和發電機效率，
②抽凝模式下機組群的負荷為:
式中，pgtcc為機組群功率，mw；
(3)模型得到聯合循環機組的供熱性能和調峰性能
通過上述模型可以計算得到二拖一和一拖一抽凝模式下，機組群負荷與供熱量的關係曲線，由關係曲線圖可得:當供熱量一定時，隨著燃氣輪機負荷率的下降，機組群負荷也是逐漸降低的，機組群存在最大功率和最小功率，隨著供熱量的增大，機組群的最大功率與最小功率之差越來越小，說明在較高供熱量的情況下，聯合循環機組的調峰性能變差。
而且，所述步驟(1)的背壓模式下計算供熱量時按每公斤供熱蒸汽放出2980kw熱量計算,供熱蒸汽量等於餘熱鍋爐產生的高、中、低壓蒸汽之。
而且，在所述步驟(1)得到背壓模式下聯合循環機組的供熱量過程中，不考慮環境溫度變化及設備老化情況。
本發明的優點和積極效果是：
本發明以某地區某f級燃氣-蒸汽聯合循環機組為例，通過運行試驗和數學建模等方法得到了聯合循環機組在各種運行模式下的供熱能力及調峰性能，為電網和熱網更好的協調調控提供了數據支撐。
附圖說明
圖1是二拖一抽凝模式機組群負荷與供熱量的關係曲線圖；
圖2是一拖一抽凝模式機組群負荷與供熱量的關係曲線圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述：需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明並不限於具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其它實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
首先簡單介紹燃氣-蒸汽聯合循環機組的運行模式：如典型的燃氣-蒸汽聯合循環機組由兩臺燃氣輪機、一臺蒸汽輪機和兩臺餘熱鍋爐組成，燃氣輪機燃料採用天然氣，餘熱鍋爐為無補燃、臥式、再熱、自然循環鍋爐，具有高、中、低3個壓力系統，餘熱鍋爐不設置旁通煙道。蒸汽輪機高中壓轉子和低壓轉子採用sss離合器聯接。該蒸汽輪機能以3種模式運行，在背壓模式下，通過sss離合器，蒸汽輪機低壓缸與燃氣-蒸汽聯合循環機組脫離，中壓缸排汽及低壓蒸汽全部送至熱網加熱器；在純凝模式下，低壓轉子通過sss離合器連接到高中壓轉子，中壓缸排汽及低壓蒸汽全部送至低壓缸做功；在抽凝模式下，供熱蒸汽從中低壓連通管抽出，通過熱網抽汽調節閥控制熱電負荷的比例。
一種燃氣-蒸汽聯合循環機組供熱性能計算方法，包括具體步驟如下：
(1)通過背壓模式下供熱性能試驗，得到背壓模式下聯合循環機組的供熱量；
①二拖一運行
試驗時通過改變燃氣輪機負荷調整供熱量，每個工況點穩定運行10min～15min，記錄高壓、中壓、低壓情況下的蒸汽量,(kg/s)，記錄燃氣輪機、蒸汽輪機的負荷(mw)，並記錄3組數據取平均值，試驗過程中的原始數據如表1所示。
表1二拖一背壓模式實驗數據
在背壓模式下，計算供熱量時按每公斤供熱蒸汽放出2980kw熱量計算,供熱蒸汽量等於餘熱鍋爐產生的高、中、低壓蒸汽之和(見表1數據)，在不考慮環境溫度、設備老化等情況下，餘熱鍋爐的產汽量與燃氣輪機負荷存在一定的對應關係，為了確定燃氣輪機最大、最小出力對應的最大、最小供熱量，將供熱蒸汽量和供熱量分別擬和為燃氣輪機功率的函數，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為供熱蒸汽量，t/h；qdh為供熱量，gj/h；pgt為機組群中燃氣輪機的功率，mw。
根據式(1)、(2)式，燃氣輪機最大出力時所對應的最大供熱蒸汽量為837t/h，最大供熱量為2417gj/h；燃氣輪機最小出力(負荷率為30％)時所對應的最小供熱蒸汽量為460t/h，最小供熱量為1330gj/h，在確定的環境溫度下聯合循環機組背壓運行時，供熱量和機組群負荷存在一一對應的關係，即當供熱量一定時，背壓運行的聯合循環機組不具備調峰能力；
②一拖一運行
一拖一背壓模式試驗時，首先將一臺燃氣輪機進行解汽，其餘熱鍋爐產生的高、中、低壓蒸汽走旁路，由另一臺燃氣輪機拖動蒸汽輪機運行，試驗過程中記錄原始數據如下表2
表2一拖一背壓模式試驗數據
將供熱蒸汽量和供熱量分別擬和為燃氣輪機功率的函數，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,一拖一機組在確定的環境溫度下聯合循環機組背壓運行時，供熱量和機組群負荷存在一一對應的關係，即當供熱量一定時，背壓運行的聯合循環機組也不具備調峰能力。
(3)抽凝模式下供熱性能，建立抽凝模式下機組群負荷、供熱量的數學模型；
①數學模型
根據廠家提供的各工況機組的熱力性能參數，通過相同邊界條件下的參數比對，得到了背壓工況和純凝工況汽輪機功率、供熱蒸汽量與燃氣輪機負荷率的關係，如表3所示，
表3不同工況下聯合循環參數
通過比對純凝工況和背壓工況下蒸汽輪機的功率，計算得到蒸汽在低壓缸中的焓降，如表3所示，將蒸汽在低壓缸中的焓降擬合成燃氣輪機負荷率的函數，即
δhlp＝0.651-0.345xgt+1.360(xgt)2-0.924(xgt)3(5)
式中，xgt為燃氣輪機的負荷率；δhlp為蒸汽在低壓缸中的焓降，mj/kg。
以背壓試驗工況下汽輪機的負荷為基礎，得到抽凝工況下汽輪機的負荷為:
式中，分別為抽凝模式、背壓模式下汽輪機的功率，mw；分別為抽凝模式、背壓模式下的供熱蒸汽量，t/h；ηm、ηg分別為機械效率和發電機效率。
則，抽凝模式下機組群的負荷為:
式中，pgtcc為機組群功率，mw；
②模型得到聯合循環機組的供熱性能和調峰性能
通過上述模型可以計算得到二拖一和一拖一抽凝模式下，機組群負荷與供熱量的關係曲線，如圖1或2所示，由關係曲線圖可得:當供熱量一定時，隨著燃氣輪機負荷率的下降，機組群負荷也是逐漸降低的，機組群存在最大功率和最小功率，隨著供熱量的增大，機組群的最大功率與最小功率之差越來越小，說明在較高供熱量的情況下，聯合循環機組的調峰性能變差。