《燃气蒸汽联合循环发电机理与节能降耗措施研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃气蒸汽联合循环发电机理与节能降耗措施研究.pdf（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、国内图书分类号：T M 6 1 1 3 1国际图书分类号：6 2 1 3学校代码：1 0 0 7 9密级：公开专业硕士学位论文燃气一蒸汽联合循环发电机理与节能降耗措施研究硕士研究生：马传庆导师：高雪莲讲师企业导师张谦高级工程师申请学位：工程硕士专业领域：电气工程所在学院：电气与电子工程学院答辩日期：2 0 1 1 年6 月授予学位单位：华北电力大学C l a s s i f i e dI n d e x：T M 6 1 1 3 lU D C：6 2 1 3C a n d i d a t e：T h e s i sf o r t h eM a s t e rD e g r e e。-一G a s
2、-s t e a mc o mb i n e dc y c l eP O W e rg e n e r a t i o nm e c h a n i s ma n de n e r g ys a v i n gm e a s u r e sS u p e r v i s o r：S c h o o l：D a t eo fD e f e n c e：C h u a n q i n gM aL e c t u r e r G a oX u e l i a nS c h o o lo fE l e c t r i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e
3、 r i n gJ u n e，2 0 1 1D e g r e e-C o n f e r r i n g-I n s t i t u t i o n：N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文燃气一蒸汽联合循环发电机理与节能降耗措施研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确
4、方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：嘛日期：2。，厂年6 月f 斗日华北电力大学硕士学位论文使用授权书燃气蒸汽联合循环发电机理与节能降耗措施研究系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学
5、位论文属于(请在以上相应方框内打“4 一)：保密口，在年解密后适用本授权书不保密口作者签名：锨If-一，导师签名：。缈日期：2 Df 年易月侔日日期：秒ff 年厶I 乒日华北电力大学硕七学位论文摘要随着我国电力能源政策调整和变化，发展绿色能源、减少环境污染成为主导方向。燃气一蒸汽联合循环发电作为一种先进的发电技术，能较大幅度提高火力发电厂的热效率，并使污染问题获得解决，这使得它在电力生产行业中的地位日渐提高，如何开发大容量、高效率的燃气一蒸汽联合循环发电技术成为一种必然的趋势。论文工作首先分析了燃气一蒸汽联合循环启机过程的经济性，提出一个衡量启机过程经济性的通用指标一启机过程因子X。通过分析影
6、响X 的三个因素，对启机过程因子X 建立数学模型并进行求解，最后提出新的启机方式。通过实际启机操作，验证了新设计的启机方式的合理性和经济性。然后论述了高压给水泵运行过程中出现的问题，提出了高压给水变频改造技术，通过实际应用，表明变频技术改造具有明显的经济效益。接下来，论文工作对燃气一蒸汽联合循环机组在天然气使用、锅炉连续排污系统节水、联络变压器节电、各类风机水泵节电方面的潜力进行了研究和分析，并在此基础上提出合理的节能降耗改造方案。最后对燃气一蒸汽联合循环机组运行过程中的压气机水洗工艺、锅炉上水系统、辅助蒸汽系统、循环水系统、辅机启机时机、启机排污操作等方面进行技术创新，优化生产流程。通过实际
7、应用，表明上述优化工作的节能降耗成果显著。关键词：燃气一蒸汽联合循环；节能降耗；运行方式华北电力大学硕士学位论文A bs t r a c tW i t ht h ea d j u s t m e n ta n dc h a n g eo fe l e c t r i c i t yp o l i c yo fc h i n a，t h ed e v e l o p m e n to fg r e e ne n e r g ya n dt h er e d u c t i o no fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a v eb e c o
8、 m et h em a i nd i r e c t i o n A sa na d v a n c e dt e c h n o l o g y,g a s s t e a mc o m b i n e dc y c l ep o w e rg e n e r a t i o nc a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f t h e r m a lp o w e rp l a n ta n dr e s o l v et h ec o n t a m i n a t i o np r o b l e m，w h i c hb o o s tt
9、 h ep o s i t i o no fg a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l ep o w e rg e n e r a t i o ni ne l e c t r i cu t i l i t yi n d u s t r y S oh o wt od e v e l o pt h eg a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l et e c h n o l o g yh a st u r ni n t oat r e n d I no r d e rt oa n a l y s et h ee c o n o m i
10、c a lc h a r a c t e r i s t i co fr e vm a c h i n ep r o c e s s，w er e p r e s e n ta r e vm a c h i n ep r o c e s sf a c t o r,X，t om e a s u r et oe c o n o m i c a le f f i c i e n c yo fr e vm a c h i n ep r o c e s s B yr e s e a r c h i n gt h o s ef a c t o r sw h ow i l le f f e c tX，w e
11、g i v et h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fXa n dp r e s e n tn e wm e t h o df o rr e vm a c h i n ep r o c e s s T h ep r a c t i c a lo p e r a t i o ni m p r o v e st h er e a s o n a b l ea n de c o n o m i c a lf e a t u r e so ft h en e wm e t h o d T h e nw ei n t r o d u c et h ep r o b
12、 l e md u r i n gt h ew o r k i n gp r o c e s so fh i g hp r e s s u r ew a t e rf e e d i n gp u m pa n dp r o p o s et h ef r e q u e n c yc o n v e r s i o nt e c h n o l o g yi nh i g hp r e s sw a t e rf e e d i n gs y s t e m T h ee x p e r i m e n tc a ni m p r o v et h ee c o n o m i cb e n
13、 e f i to ft h en e wm e t h o d A tt h es a m et i m e，w er e s e a r c ht h em e a s u r e so fs a v i n gp o w e ro rw a t e ri ng a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l ep o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m A tl a s t，b ya p p l y i n gt e c h n o l o g yi n n o v a t i o ni ns e v e r a lf i e
14、l d so ft h eo p e r a t i o np r o c e s so fg a s-s t e a mc o m b i n e dc y c l ep o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m，w ec a ng e tg o o de n e r g ys a v i n gr e s u l t K E YW O R D S：G a s S t e a mC o m b i n e dC y c l e：S a v i n gE n e r g yC o n s u m p t i o n；O p e r a t i o nM o d
15、 e华北电力大学硕士学位论文曼曼量量曼曼曼曼曼曼曼曼鼍皇曼舅量寰i na mi!皇曼!舅曼曼皇曼曼曼詈量曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼寡皇曼曩目录摘要IA B S T R A C T I I第一章绪论l1 1 论文研究的背景和选题必要性l1 2 论文研究的发展现状11 3 论文章节安排2第二章燃气蒸汽联合循环发电机组及特点42 1 联合循环系统概述42 1 1 燃气轮机系统42 1 2 蒸气轮机系统52 1 3 余热锅炉62 2 联合循环发电的优点62 3 本章小结7第三章燃气蒸汽联合循环机组发电经济性分析83 1 启机时的经济性分析指标83 2 启机过程的数学模型103 3 模型求解1
16、 23 4 实际应用1 53 5 部分负荷对气耗率的影响1 63 6 环境温度对热耗率的影响1 63 7 机组老化对热耗率的影响。1 73 8 本章小结1 8第四章节能降耗技术改造1 94 1 高压给水系统介绍。：1 94 2 问题的出现及分析1 94 3 变频调速技术2 04 4 方案选择2 04 5 运行方式介绍2 04 6 本章小结2 l第五章节能降耗措施分析。2 25 1 节省天然气的潜力分析。2 25 1 1 燃气发电机组负荷率情况2 25 2 锅炉连续排污系统节能潜力分析2 35 3 节电潜力分析2 35 3 1 联络变压器节电潜力分析2 35 3 2 各类风机水泵节电潜力。2 4
17、5 4 节水潜力分析2 45,4 1 提高浓缩倍数节水潜力分析2 45 4 2 汽轮机凝汽器节水潜力分析2 55 5 本章小结2 5第六章燃气蒸汽联合循环机组节能与运行优化2 66 1 压气机水洗工艺优化2 66 2 锅炉上水系统改进2 66 3 厂用辅助蒸汽系统的运行优化2 76 4 循环水系统的运行优化2 7m华北电力大学硕士学位论文6 5 优化辅机启动时机2 86 6 改善启动排污操作、控制排污水量2 86 7 本章小结2 9第七章总结与展望3 0参考文献。3 2在学期间发表论文和参加科研情况3 5致谢3 6作者简历3 7I V华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1 1 论文研究的背景和选
18、题必要性当前，我国一次能源生产为1 8 4 5 亿5 t 标准煤，能源消费总量为1 9 7 亿t 标准煤，已是世界第二大能源生产国和能源消费国，但是我国能源利用率却大大低于工业发达国家。2 0 0 5 年底，我国能源利用率仅为3 4，发达国家达4 4；每吨能源实现的G D P 仅为世界平均水平的3 0，按此与发达国家相比，要落后2 0 年E l l。1 3 亿人口的大国，要保持国民经济持续稳定发展，急切需要改变能源利用率低的状况。国家加强各项措施，努力向节约型社会发展，要求将“十一五一期间百万元G D P 能耗比“十五一下降2 0。但是目前的有关信息显示，G D P 能耗仍未呈下降趋势，反而还
19、有上升。可以认为，我国能源利用率水平低的原因与以煤炭为主的能源结构有不可分割的关系，我国煤炭消耗大部分用于火力发电及供热其用量约占全国煤炭总产量的5 1。而我国供电煤耗高达到3 7 9 9 k w h，比世界发达国家平均水平高出5 0-6 0g k w h；由于发电煤耗高，因此每年要多消耗掉1 5 亿t 煤2 1 目前，我国采取淘汰耗煤高的小火电，发展大型超临界，超超临界机组等措施来降低能耗，但仍不能达到万元G D P 能耗大幅度下降的目标。发达国家近2 0 多年来新增发电量基本上为高效天然气联合循环发电替代常规燃煤火力发电。2 0 0 4 年，美国新增发电装机容量2 6 0 0 0 M W，
20、其中天然气发电2 4 7 3 3 4 M W，占9 5 3；而燃煤发电仅5 8 4 M W，占2 2 5。另据统计，英国天然气发电已占全国电力供应的4 0，2 0 2 0 年还将到进一步上升到6 0 D 1。天然气燃料主要用于燃气一蒸汽联合循环发电，只有进一步加速发展这一先进技术，才能使我国能耗水平赶上世界水平。用煤炭作为燃料，存在严重的排放污染问题。由煤电产生的灰渣占全国灰渣排放的7 0；煤电烟尘排放占工业排放总量的3 3；排放占工业排放总量的5 6；煤电用水量也占工业用水量的4 0。因此，过分依赖煤炭发电大大加重了我国环保控制的负担。1 2 论文研究的发展现状现代燃气轮机技术是从1 9 3
21、 9 年德国H e i n k e l 工厂研制成功第一台航空涡轮喷气发动机和瑞士B B C 公司研制成功第一台工业发电用燃气轮机开始的。燃气一蒸汽联合循环的应用，在西方已有4 0 多年的历史，6 0 年代初期，随着涡轮风扇发动机的问世，大大加快了民用运输机燃气轮机化的进程“1 同时，各种类型的工业燃气轮机在电力、石华北电力大学硕士学位论文油、化工、交通运输和国防等部门也得到了广泛应用和大力发展。在电力工业中，燃气轮机不但在中、小功率范围内逐渐取代了柴油机，而且在大功率火电厂也打破了由汽轮机做主的一统天下的局面，并步入百万千瓦以上的火电站。我国在燃气轮机的研究、设计、制造方面取得了较大成绩，2
22、 0 世纪9 0 年代初，哈尔滨7 0 3 研究所利用国内技术和设备对部分原属简单循环的机组进行双工质循环技术改造，提高了燃机的出力，改善了排烟对环境的污染；以燃气轮机为主体的整体煤气化燃气一蒸汽联合循环(I G C C)和增压硫化床燃煤的燃气一蒸汽联合循环(P F B C-C C)洁净煤发电技术正在加紧研究，已建立起了试验性电站。近几年，杭州锅炉厂成功研制出了与M S 9 0 0 I E 系列燃气轮机配套的联合循环双压、三压余热锅炉，南京汽轮电机厂引进美国G E 公司燃气轮机生产技术，成功研制出了P G 9 1 7 1 E 型燃气轮机，单机容量达到了1 7 0 姗，为我国大力发展燃气一蒸汽联
23、合循环发电提供了物质基础和技术资源n 1。近几年随着我国电力能源政策调整和变化，发展绿色能源、减少环境污染、实行和使用风能、太阳能、核能、天然气等能源产业的多元化发展已成为主导方向和潮流。以山东、广东、浙江等沿海地区为代表，引进国外先进的燃气一蒸汽联合循环发电机组数量不断增加、单机容量不断增大，成为燃气一蒸汽联合循环发电的领头羊。1 3 论文章节安排第一章首先阐述了论文的选题背景及研究意义，对燃气一蒸汽联合循环发电节能降耗的研究目的和研究意义进行了简要介绍，起到总领下文的作用。随后介绍了燃气蒸汽联合循环发电节能降耗的发展概况，为后续论文工作提供理论和背景支持。第二章介绍了燃气一蒸汽联合循环机组
24、各个系统的构成、特点和工作原理，及燃气一蒸汽联合循环发电的优点第三章对燃气一蒸汽联合循环机组启机过程，提出一个衡量启机过程经济性的通用指标一启机过程因子X。对启机过程因子X 建立数学模型并求解，找到了影响X 的三个因素。通过对这三个因素的定量分析，提出新的启机方式。通过实际启机操作，验证了新设计的启机方式是较为经济的。第四章介绍了高压给水系统及其运行方式，主要论述了高压给水泵运行过程中出现的问题。最后提出了高压给水变频改造技术，实践表明，变频技术改造具有明显的经济效益。第五章主要对燃气一蒸汽联合循环机组在天然气使用、锅炉连续排污系统节水、联络变压器节电、各类风机水泵节电方面的潜力进行了研究和分
25、析，并在此基础上提出合理的节能改造方案。第六章主要对燃气蒸汽联合循环机组的压气机水洗工艺、锅炉上水系统、辅助蒸汽系统、循环水系统、辅机启机时机、启机排污操作等方面进行技术创新，优化生产流程，节能降耗成果显著，2华北电力大学硕士学位论文为企业作出积极贡献。第七章对论文工作进行了总结，并对下一步研究工作进行了展望。3华北电力大学硕士学位论文第二章燃气蒸汽联合循环发电机组及特点2 1 联合循环系统概述联合循环(C o m b i n e dC y c l eP o w e rP l a n t，C C P P)系统是由燃气轮机发电机组热力循环系统(简称燃气轮机系统)和蒸汽轮机发电机组热力循环系统(简
26、称蒸汽轮机系统)联合起来的一套联合循环发电装置。联合循环系统按燃烧的工质分类有燃油、天然气、炼油气、高炉煤气等类型；按功率分有重型、轻型(小型、微型)等。重型燃机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达1 0 万小时以上。轻型燃机的结构较紧凑而轻便，所使用材料一般较好，其中以航空发动机的结果最为紧凑和轻便，但寿命一般较短耶1。一般I O O M W 以下的称为小型燃机，I O M W 以下的称为微型燃机，目前在分布式发电系统中应用广泛。2 1 1 燃气轮机系统燃气轮机系统的工作原理是轴流式压气机从外部吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在受控方式下进行定压燃烧。生成
27、的高温高压烟气进入透平段膨胀做功，推动动叶片高速旋转，从而使得转子旋转做功，转子输出的一部分功率用于驱动自身的压缩机，其余的功可被用来驱动机械设备，如发电机、泵、压缩机等等。燃气轮机由静止起动时，先要使用起动设备来带动，待燃机达到一定转速后点火运行，此时起动设备将及时脱开。从燃气轮机排出来的烟气温度很高(5 0 0 以上)，通常被回收利用(如利用余热锅炉进行联合循环或用作加热炉的热源等)，如图2-1 所示。在燃气勃莱敦热力循环中，燃料燃烧后，产生的高温高压烟气，可以在燃气轮机中直接做功发电。而燃气勃莱敦循环排出的尾气仍有较高的温度(5 5 0 6 0 0 1 2)，还可以用来热交换加热蒸汽至4
28、 5 0-5 0 0 继续进行余热发电u 1。因此，将燃气勃莱敦热力循环和蒸汽朗肯热力循环组合起来，先用高温高压烟气驱动燃气轮机发电；再将排出的尾气用于余热锅炉产生蒸汽，产生的蒸汽驱动汽轮机发电。这就组成了燃气一蒸汽联合循环发电(C C P P)。在这样的循环中，燃料的热能，既参与了燃气轮机的勃莱敦循环，又参与了余热锅炉和蒸汽轮机组成的朗肯循环，既利用了高温烟气的做功能力直接发电，又利用了余热进行蒸汽做功发电，使之达到更高的热电转换效率。从图2-1 中可见，燃气勃莱敦循环和蒸汽朗肯循环分别围成的面积即是两个循环分别做的功，而燃气一蒸汽联合循环所做的功，就是这两块面积之和8 1。可见，它远大于蒸
29、汽朗肯循环(蒸汽发电)所做的功。目前，世界上最高的C C P P 热电转换效率达5 8 以上，而常规燃气锅炉发4华北电力大学硕士学位论文电的热电转换效率一般只有2 0 2 5，最高的可达3 0 9 6 左右。现在，我国已有几十座燃气一蒸汽联合循环电站在运行。由于燃气轮机启停速度快、负荷适应能力强，主要应用于经济快速发展且电力供应不足的地区和调峰电站。T图2 一l 联合循环T-S 图燃气轮机系统由以下部分组成：1)主体构成燃气轮机的主体由压气机、燃烧室和透平段构成。燃烧室和透平段不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化而引起的热冲击，工作条件非常恶劣，故它们是决定燃气轮机
30、寿命的关键部件。为确保有足够长的运行寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和透平叶片等，需用钴基等高温材料外加耐温涂层来实现，同时还必须用空气冷却技术来降低工作部件表面的温度。2)整机系统对于一套燃气轮机来说，除了主要部件外，还必须有完善的调节保安系统，此外还要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气过滤器、消防设备等。2 1 2 蒸气轮机系统蒸汽轮机是联合循环中蒸汽循环部分的主要设备，蒸汽轮机的进气参数有单参数和多参数。设备选用时主要根据余热锅炉的蒸汽参数来决定其选型和参数。在联合循环中使用的蒸汽轮机的特点如下：1)无回热给水加热系统在联合循环中，蒸汽轮机一般
31、无回热给水加热系统，因此由蒸汽轮机低压缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常规的蒸汽轮机多。通常，在常规的蒸汽轮机中，排向凝汽器的蒸汽流量比主蒸汽流量少很多(约3 0 9 6)，可是，在联合循环的双压或三压式蒸汽循环系统5华北电力大学硕士学位论文中排向凝汽器的蒸汽流量却可能比主蒸汽流量大2 0-3 0 左右D 1。这就要求精心设计联合循环中的蒸汽轮机的低压缸和凝汽器，以增大其通流能力和换热面积。2)必须适应快速启动的要求在联合循环中，为适应快速启动的要求，蒸汽轮机，特别是单轴式机组，其结构需采取必要的措施以适应快速启动的要求。3)不能采用蒸汽压力恒常不变的调节方式，而是需改用滑压的运行方式一般来说，当功
32、率由1 0 0 降到4 5 时蒸汽的压力是呈线性下降的。然后，蒸汽压力将保持恒定不变。2 1 3 余热锅炉联合循环用余热锅炉用于利用燃气轮机排出的烟气来生产蒸汽的设备。由于燃气轮机排出烟气的温度一般为5 4 0-5 7 0 (2 左右，故余热锅炉的基本形式为对流换热。余热锅炉有如下特点：1)为了有效利用余热来产生蒸汽，一般均采用空间系数较好的翅片管。2)为适应燃气轮机快速启动的要求，采用比通常锅炉大的汽包。3)由于燃气轮机采用洁净的燃料，含硫量较低，其排气时的低温硫酸腐蚀较轻，可将余热锅炉的排烟温度设计到1 5 0 以下。2 2 联合循环发电的优点与常规蒸汽轮机发电相比，C C P P 有以下
33、特点：1)C C P P 发电效率高，供电成本低，经济效益好C C P P 发电效率高，目前最高可达5 8 以上，并且还可以进一步提高。以钢铁企业5 0 M W 规模的发电机组为例，C C P P 发电效率可达4 0 以上，而同规模锅炉蒸汽发电效率为2 3-3 0 左右，C C P P 的热效率高达8 0 以【l o lL 2)C C P P 发电工程的造价不高对于燃烧低热值高炉煤气的C C P P 发电装置，投资约为8 0 0 美元K W。在国内，以轻油或天然气为燃料的5 0 姗燃气轮机发电厂工程造价为人民币2 0-2 6 亿元人民币，约为4，0 0 0-5，2 0 0 元K W。3)燃气轮
34、机负荷调节范围大燃气轮机负荷调节范围可达3 0 1 0 0，调节灵活，负荷适应能力强。而常规蒸汽发电厂负荷调节范围仅为7 0-1 0 0。4)燃气轮机发电的安全性好，运行可靠性高燃气轮机组运行可靠性高。目前，燃气轮机组的年工作小时可达8，0 0 0 小时以上(设计年作业率9 5，即8，3 2 2 小时)。一般来讲，C C P P 发电设计年运行时间为7，8 0 0 8，0 0 0 小时n。由于燃气轮机燃烧的是洁净燃料，设备工作条件好，因此，故障率较低。维修时间和工作量大大低于纯锅炉6华北电力大学硕士学位论文皇I|一|一I I II 篡鼍皇葛蒸汽发电。5)C C P P 发电冷却水量少一套C C
35、 P P 装置由一台燃气轮机组和一台蒸汽轮机组组成，燃气轮机发电约占C C P P 发电的6 0，蒸汽轮机发电约只占4 0。燃气轮机发电不需要冷却水。因此，C C P P 的冷却水量大约只有相同煤气规模锅炉蒸汽发电机组的5 0 n 幻。6)燃气轮机的发电环保性能好燃气轮机排气污染小。由于燃气和空气均净化至含尘量约l m g m 3 进入燃气轮机，所以燃烧后的排气含尘量仅为0 3 m g m 3，N O,含量为3 0 p p m，远低于常规锅炉的排气含量。此外，C C P P 还具有安装周期短、启动快等特点1 钉。正是因为燃气轮机及其C C P P 具有以上优点，燃气轮机组的高效化必须要建立在联
36、合循环的基础上。2 3 本章小结本章主要介绍了燃气一蒸汽联合循环机组各个系统的构成、特点和工作原理，及燃气一蒸汽联合循环发电的优点。7华北电力大学硕士学位论文第三章燃气蒸汽联合循环机组发电经济性分析3 1 启机时的经济性分析指标联合循环的启动，必须互相协调，使得燃机、余热锅炉、汽机三方都能够兼顾，以实现最小的机组寿命和运行方式的经济性。如果启机的时间较早，两台机组带的负荷较低，气耗高，效率低，不符合节能降耗的要求。如果启机的时间较慢，为满足发电量要求而加快燃机的负荷，必然会造成余热锅炉热应力变化大或者容易造成除氧器超压，引起运行的不稳定。因此，选择恰当的时机启动另外一台调峰机组，对电厂运行的经
37、济性和安全性有着重要的影响。假设：库存燃料总质量为M(k g)；启机过程耗燃料量为M o(k g)；启机过程燃机汽机总上网电量为G o(k w h)：售电价格为e(元k w h)；燃料成本为f(元k g)，在满负荷稳定运行情况下，燃机负荷为P n(k W)；燃料N G 流量为q(k g h)；汽机负荷为P l。(k W)。再引入几个参考变量：启机过程N G 气耗为R(k g k w h)，启机过程毛利润(忽略厂用电和其他损耗)为Y o(元)；耗完M(k g)燃料发电获取的总毛利润(包括启机过程，忽略停机过程)为Y(元)。则有：R M o G oY o=e G o-fM oY=e G o+(M
38、M。)(P 吐+P。)q 一f M用系数k 表示(艮+P t)q，即k=(艮+P I。)q，则(3)式可写成：Y=e(G o kM。)+(e k f)MY=Y。+(e k f)M。+(e k f)MY=eM。(1 R k)+(e k f)M(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)3-6)在以上各式中，e，f，P 吐，P n，q，k，M 为常量，M D，G o，R，Y，Y。为变量。由式(3-5)可知：总利润Y 值的大小与启机过程毛利润Y。和启机过程耗气量M 0 都相关，单独由启机过程毛利润Y。来判定启机过程是否经济是不全面的。同样由式(3 6)可知：单独由启机过程N G 气耗R 来判定
39、启机过程是否经济也是不全面的。显然，衡量一次启机过程是否经济，不能简单看Y。或R 就得出结论，而应看Y 值的大小。在总气量M 确定的前提下，能使得总利润Y 达到最大值的启机过程才是最经济合理的，可以说，指标Y。或R 根本就没有值得参考的价值。对于总气量M 并不一样的几次启机过程，可以假设M 为一个相同值的前提下计算Y 值，这样就可以避开M 的影响而单独比较启机过程的经济性。8华北电力大学硕士学位论文由式(3 4)可知：总利润Y 的大小只与G o kM。相关，命名G r kM。为启机过程因子，并用X 来表示，X=G o kM o，那么Y 是X 的线性函数，启机过程因子X 的值越大，总利润Y 的值
40、越大，有Y=e X+(e k-f)M。需要特别指出的是：由于启机过程的时间因素已经包含在G o 和M o 中，也就是说启机过程因子X 中也包含有了时间因素，因此用启机过程因子X 作为启机经济性分析的指标是较准确的n 们。以下是用启机因子X 对电厂最近几次启机经济性分析的实例；如表3-1 所示。常数取值如下：e=O 7 8 元k w h，f=3 7 元k g，P 酊=1 2 0 0 0 0 K W，q=7 2 3 6 0 0 k g h，R。=6 0 3 0 0 k w，计算k=(艮+P I。)q=6 9 3 6 7。表3 一l几次启机经济性分析比较表注：表3 1 中电量G o 和N G 耗量由
41、表计读书计算得到，根据常数取值和电量G o 以及N G 量蛳计算出气耗R、启机毛利润Y 0、条件因子X 由于Y o 和X 为负数，为了看起来方便，还特别计算了假设总气勤为8 5 t 情况下的总利润Y 作为经济性比较的参考。从表3 1 中还可以的出以下结论：1)缸温低的启机过程耗时长，启机过程因子最小，同时总利润最小。2)缸温差不多的几次启机过程，因人员操作方式不一样，最终导致启机耗费时间不一样，气耗不一样，启机过程毛利润也相差较大，但启机过程因子X 相差较小，总利润Y 也相差不大，而且，气耗R，启机毛利润Y。，条件因子X 的变化规律不一样，甚至出现了互相矛盾的情况，这进一步证明了：不能用气耗R
42、、启机毛利润Y。作为启机过程经济性分析的指标。3)缸温差不多的几次启机过程，计算出来启机过程因子X 虽然相差较小，但是只要有差别，就说明不同的启机操作方式就会导致不一样的经济性。这也说明很有必要设计出最优化的启机过程控制方案，以获取最大的经济利益。9华北电力大学硕士学位论文M Vt 2 0 M Vp q 七燃机并网汽机冲转并网满负荷图3-1 厂家提供的启机过程示意图3 2 启机过程的数学模型根据以上的分析，当启机过程因子X 最大时，总的发电毛利润Y 才是最大。那么什么样的启机过程才能使X 最大呢?以下建立一个数学模型来解答这个问题。先进性几个辅助计算：设燃机从点火到并网时耗费的N G 质量为M
43、(k g)，耗时为t n l(h)；设燃机从并网升到满负荷P n。(k W)这个过程耗费的N G 质量为M 2(k g)，发电量为G：(k w h)，耗时为t 时2(h)，这些都是定值，通过简单计算，这里直接给出结果：M。=8 0 0 k g，M 2=4 0 3 2 k g，G 2=1 4 0 0 0 k w h，t|t 1=1 8 6 0 h，t n 2=1 4 6 0 h当缸温在3 0 0 以下时，一般在主汽阀前温度上升至3 0 0 是冲转汽机，设从燃机并网到主汽阀前气温上升至3 0 0 C 所需时间为t。l(h)，t,t l 与燃机并网后负荷设定有关系，燃机负荷设定越高，t，。1 就越小
44、。例如：当燃机负荷设定为3 0 M W 时，时间t，。I=2 8 6 0 h；当燃机负荷设定为4 0 M W 时，时间t。1=2 3 6 0 h。设从汽机冲转到汽机调阀1 0 0 开度，所用的时间为t。2(h)，根据运行经验，当转子温度升至3 8 0。C 时汽机调阀就可以开至1 0 0，汽机同时带满负荷，假设启机过程转子升温率为毛h，那么t。2 可以表示为t。2=(3 8 0-t)毛(3 7)式(3-7)中t 是冲着前转子温度。转子温升率毛与启机过程转子热应力1 l r 有关系，当转子热应力1 l r 保持高，那么转子升温率毛就大。转子升温率毛一般取值在1 6 6 0 Ch 1-9 x 6 0
45、 h 之间。根据经验：如果热应力1 l r 一直保持在7 5 以上，毛可以取值为1 81 0华北电力大学硕士学位论文6 0 h。假设启机过程中燃机在负荷点P。，P。，P。P n(k w)分别停留时间t。，t：，t。t。(h)，对应负荷点的N G 流量分别为：q。，q。，q。q。(k g h)。燃机在各负荷点停留的总时间和t=t+t 2+t。+t。可以用关系式表示为：t=t。l+t。2 一t I t 2=t。l+(3 8 0 一t)毛一1 4 6 0 h(3 8)由于t。1 与燃机并网后设定负荷大小有关，t n 2 是定值，所以t 的值与燃机并网后设定负荷、冲转前转子温度t、转子温升率毛三者有关
46、系。由于t n 2，t，t t 1，t。2 的关系参见图2。启机过程耗气质量地由燃机在各个负荷点停留耗气质量累加计算得到。M 0=M l+M 2+q l t l+q 2 t 2+q 3 t 3+q t。(3 9)启机过程上网电量G o 由两部分组成：燃机发电量G 咖和汽机发电量G 砌(忽略厂用电)，燃机发电量G 砌由燃机在各个负荷点停留发电量累加计算得到。汽机发电量G 砌由汽机在各个负荷点停留发电量累加计算得到。G o=G 2+P l t l+P 2 t 2+P 3 t 3+P t+G。(3-1 0)已知燃机负荷P(k W)和N G 流量q(k g h)之间存在线性关系：q=8 5 6 8+0
47、 1 4 6 3 4 X P用字母代替常数把上式表示成如下关系式：q=a+b p(3 1 1)其中a=8 5 6 8，b=0 1 4 6 3 4现在根据式(3 9)、(3-1 0)、(3-1 1)展开启机过程因子XX=G o k M o=G 2+P l t l+P 2 t 2+P 3 t s+P t。+G。t o k(M l+M 2+q,t t+q z t 2+q 3 t 3+q t。)经展开计算，最后得出：X=G 2-k(M。+M 2)一k a t+(1 一k b)(P l，P 2，P 3 P I)(t l，t 2，t 3 t。)+G 枷(3-1 2)式(3-1 2)中，G。、k(M。+M
48、2)是常量，-k a E t、(1-k b)(P，P 2，P 3 R)(t l，t 2，t。t。)和G。是变量。需要指出的是：燃机稳定运行负荷点P n 的设定值大小会对系数k 产生影响，进而决定系数1-k b 的正负以及大小。具体见表3-2。表3 2燃机稳定运行设定负荷P。对系数k 的影响根据电厂实际情况燃机稳定运行负荷设定在1 2 0 1 k 椰取k=6 9 3 6 7，1-k b=-0 0 1 5华北电力大学硕士学位论文将各常数代入式(3-1 1)中可简化为：X=-2 1 6 2 6 8 9-5 9 4 3 3 6 t 一0 0 1 5(P I，P 2，P 3 P。)(t l，t 2，t
49、3 t。)G。(3 1 3)由式(3-1 3)可知：启机过程因子X 是t，(P，P。，P 3 P n)(t，t：，t s t。)和G 砌的函数，并且：t 越小，X 越大；(P。，P。，P 3 P n)(t。，t。，t。t。)越小，X 越大；G。加越大，X 越大。也就是说：燃机在各负荷点停留的总时间t 越短，X 越大。启机过程中，燃机在低负荷点停留时间越长，在高负荷点停留时间越短，X 越大1 1 4 1 3 启机过程汽机发电量G 砌越多，X 越大。理论上X 取最大值的重要条件是：t 取最小值，且(P。，P 2，P。P n)(t，t。，t。t)取最小值，且G l 取最大值。但是这三个条件显然是不能
50、同时成立的。那么5 9 4 3 3 6 1 2t，0 0 1 5(P。，P 2，P 3 P n)(t。，t：，t。t。)和G 砌这三项对启机过程因子X 值的大小有着什么样的影响呢?以下进行详细探讨。3 3 模型求解定量分析启机过程因子X 的表达式如(3-1 3)所示。先分析-5 9 4 3 3 6 t 项。根据式(3 8)，t=t t l+(3 8 0-t)毛-1 4 6 0 h，可以两方面采取措施让t M 小：一是减小t。l，即并网后燃机设定负荷高一些；而是提高转子温升率(安全的前提下)。例如：燃机负荷设定为4 0 M W 与燃机负荷设定为3 0 M W 相比，前者的t n l 比后者减少了