基于天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的熱量—功率—燃?xì)馊萘糠治?/h1>
2014-11-10 11:10:41姜海燕
科技資訊 2014年8期
姜海燕
摘 要：以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠是連接天然氣管道、電網(wǎng)及區(qū)域供熱管網(wǎng)的中心樞紐，因此這種燃?xì)怆姀S的供熱量、供電量和燃料消耗能力是協(xié)調(diào)城市能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文根據(jù)能量守恒定律，建立燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的過程模型，通過仿真設(shè)計，得出一組邊界數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)可為燃?xì)怆姀S在城市能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)上反饋一定的信息。
關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn) 供熱量 供電量 天然氣消耗量
中圖分類號：TM611.31 文獻(xiàn)標(biāo)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。
系統(tǒng)主要由燃?xì)廨啓C(jī)（GT）、背壓抽氣式汽輪機(jī)（ST）、余熱鍋爐（HRSG）、熱交換器（EX）組成，如圖1所示。
汽輪機(jī)（ST）中的蒸汽被分為兩部分：一部分帶動汽輪機(jī)發(fā)電，經(jīng)凝汽器冷凝后，
抽回到余熱鍋爐中作為給水；從汽輪機(jī)抽取的另一部分蒸汽作為熱交換器的熱源。熱網(wǎng)的回水被加熱后，繼續(xù)循環(huán)到熱網(wǎng)系統(tǒng)中；熱交換器中的水凝結(jié)后被抽回到余熱鍋爐中作為給水。因此，我們可以通過調(diào)節(jié)蒸汽流量參數(shù)和恒負(fù)載情況下抽汽流量來操控機(jī)組供熱量和功率。
（2）系統(tǒng)分析。
為進(jìn)一步分析燃?xì)怆姀S的原料供給及消耗水平，我們用GateCycle軟件模擬一個燃?xì)怆姀S（圖略），并用6條邊界曲線來分析燃?xì)怆姀S中的熱功率與燃?xì)獾年P(guān)系。
①曲線1：熱量-功率上限。
當(dāng)流量保持在最大值時，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量也為最大值。隨著蒸汽量損失增加，蒸汽輪機(jī)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(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量。當(dāng)?shù)蛪赫羝髁窟_(dá)到它的最低閾值時，整個系統(tǒng)的電量曲線會存在一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。過了該轉(zhuǎn)折點(diǎn)，系統(tǒng)的發(fā)電量隨著供熱量、進(jìn)氣量以及蒸汽量的上升而上升。
③曲線3：熱量-燃?xì)馍舷蕖?/p>
天然氣流量的最大值對應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的最大負(fù)荷。
④曲線4：熱量-燃?xì)庀孪蕖?/p>
天然氣流量的最小值對應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的最小負(fù)荷。
⑤曲線5：燃?xì)?功率上限。
蒸汽出口流量值為0時，發(fā)電量將達(dá)到最大值。若將供熱量保持在0，那么燃?xì)?功率的上限值是一一對應(yīng)的。
⑥曲線6：燃?xì)?功率下限。
當(dāng)燃?xì)夤?yīng)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(shè)計來分析系統(tǒng)燃料的供應(yīng)和消耗能力。
曲線1、曲線3：將燃?xì)饬髁勘３衷谧畲笾?，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?xì)庀牧俊?/p>
曲線2、曲線4、曲線6：將燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)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?xì)廨啓C(jī)負(fù)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(dá)到區(qū)間最大值，然后記錄系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃?xì)庀牧俊?/p>
曲線5：保持電加熱器蒸汽流量為0，將燃?xì)饬髁坑?逐漸增加到最大值，然后進(jìn)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(shè)計。
我們按照滿負(fù)荷情況下建立仿真模型。分別采用100%、75%、50%負(fù)荷進(jìn)行仿真結(jié)果數(shù)據(jù)驗證。下面我們通過改變功角來改變?nèi)細(xì)庵鳈C(jī)負(fù)荷（負(fù)荷從30%～100%）。
（2）結(jié)論與討論。
系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖2至圖4所示。曲線A表示在無供熱情況下的燃?xì)?功率之間的關(guān)系；曲線B和曲線C分別表示在最大和最小燃?xì)饬壳闆r下的熱量-功率之間的關(guān)系；曲線D表示當(dāng)LP和ST在最小蒸汽流量工況下熱量-功率-燃?xì)庵g的關(guān)系。這四條曲線總體可以用來描述熱量-功率-燃?xì)庀牧康倪吔缛萘俊?/p>
3 結(jié)論
根據(jù)能量守恒定律建立的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，通過三種仿真設(shè)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?xì)饬恐g的關(guān)系，因此可被作為城市能源系統(tǒng)調(diào)度的一種方式。endprint
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關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn) 供熱量 供電量 天然氣消耗量
中圖分類號：TM611.31 文獻(xiàn)標(biāo)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。
系統(tǒng)主要由燃?xì)廨啓C(jī)（GT）、背壓抽氣式汽輪機(jī)（ST）、余熱鍋爐（HRSG）、熱交換器（EX）組成，如圖1所示。
汽輪機(jī)（ST）中的蒸汽被分為兩部分：一部分帶動汽輪機(jī)發(fā)電，經(jīng)凝汽器冷凝后，
抽回到余熱鍋爐中作為給水；從汽輪機(jī)抽取的另一部分蒸汽作為熱交換器的熱源。熱網(wǎng)的回水被加熱后，繼續(xù)循環(huán)到熱網(wǎng)系統(tǒng)中；熱交換器中的水凝結(jié)后被抽回到余熱鍋爐中作為給水。因此，我們可以通過調(diào)節(jié)蒸汽流量參數(shù)和恒負(fù)載情況下抽汽流量來操控機(jī)組供熱量和功率。
（2）系統(tǒng)分析。
為進(jìn)一步分析燃?xì)怆姀S的原料供給及消耗水平，我們用GateCycle軟件模擬一個燃?xì)怆姀S（圖略），并用6條邊界曲線來分析燃?xì)怆姀S中的熱功率與燃?xì)獾年P(guān)系。
①曲線1：熱量-功率上限。
當(dāng)流量保持在最大值時，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量也為最大值。隨著蒸汽量損失增加，蒸汽輪機(jī)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(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量。當(dāng)?shù)蛪赫羝髁窟_(dá)到它的最低閾值時，整個系統(tǒng)的電量曲線會存在一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。過了該轉(zhuǎn)折點(diǎn)，系統(tǒng)的發(fā)電量隨著供熱量、進(jìn)氣量以及蒸汽量的上升而上升。
③曲線3：熱量-燃?xì)馍舷蕖?/p>
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⑤曲線5：燃?xì)?功率上限。
蒸汽出口流量值為0時，發(fā)電量將達(dá)到最大值。若將供熱量保持在0，那么燃?xì)?功率的上限值是一一對應(yīng)的。
⑥曲線6：燃?xì)?功率下限。
當(dāng)燃?xì)夤?yīng)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(shè)計來分析系統(tǒng)燃料的供應(yīng)和消耗能力。
曲線1、曲線3：將燃?xì)饬髁勘３衷谧畲笾?，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?xì)庀牧俊?/p>
曲線2、曲線4、曲線6：將燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)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?xì)廨啓C(jī)負(fù)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(dá)到區(qū)間最大值，然后記錄系統(tǒng)發(fā)電量、供熱量及燃?xì)庀牧俊?/p>
曲線5：保持電加熱器蒸汽流量為0，將燃?xì)饬髁坑?逐漸增加到最大值，然后進(jìn)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(shè)計。
我們按照滿負(fù)荷情況下建立仿真模型。分別采用100%、75%、50%負(fù)荷進(jìn)行仿真結(jié)果數(shù)據(jù)驗證。下面我們通過改變功角來改變?nèi)細(xì)庵鳈C(jī)負(fù)荷（負(fù)荷從30%～100%）。
（2）結(jié)論與討論。
系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖2至圖4所示。曲線A表示在無供熱情況下的燃?xì)?功率之間的關(guān)系；曲線B和曲線C分別表示在最大和最小燃?xì)饬壳闆r下的熱量-功率之間的關(guān)系；曲線D表示當(dāng)LP和ST在最小蒸汽流量工況下熱量-功率-燃?xì)庵g的關(guān)系。這四條曲線總體可以用來描述熱量-功率-燃?xì)庀牧康倪吔缛萘俊?/p>
3 結(jié)論
根據(jù)能量守恒定律建立的天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，通過三種仿真設(shè)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?xì)饬恐g的關(guān)系，因此可被作為城市能源系統(tǒng)調(diào)度的一種方式。endprint
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