關(guān)于9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)冷熱電三聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析

張宗毅

摘 要：基于當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用逐漸引起了人們關(guān)注，尤其是采用冷熱電三聯(lián)產(chǎn)方式的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，通過對(duì)三聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性分析，來不斷完善運(yùn)行方式，達(dá)到高效運(yùn)行的目的。本文從冷熱電三聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算入手，闡述了9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的具體優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)；聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)性

在國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整的推動(dòng)下，越來越多的9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)得到應(yīng)用。通過研究其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，可不斷改善聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案。以下是對(duì)冷熱電三聯(lián)產(chǎn)方式的9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析。

一、冷熱電三聯(lián)產(chǎn)熱經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算

（一）主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

某廠在設(shè)計(jì)、籌建期間，為了順應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整趨勢(shì)，于2014年引進(jìn)了2套9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，總裝機(jī)容量為370MW，對(duì)外供熱能力為320t/h。每套聯(lián)合循環(huán)由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐組成。其中，燃?xì)廨啓C(jī)在ISO工況下滿負(fù)荷運(yùn)行出力為125MW，選用燃料為天然氣。正常運(yùn)行時(shí)，一級(jí)燃?xì)馔钙饺肟跓煖馗哌_(dá)1124℃，排氣溫度為538℃，燃?xì)廨啓C(jī)氣耗率控制在0.2538Nm3/kWh，即單循環(huán)熱效率約為33%。所配套的汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力5.55MPa，主蒸汽溫度為513℃，進(jìn)氣流量約為194t/h。余熱鍋爐采用三壓無補(bǔ)燃方式，高、低壓系統(tǒng)運(yùn)行中的過熱蒸汽壓力分別為5.73MPa、0.853MPa，高、低壓過熱蒸汽溫度分別為515℃、253℃，蒸汽流量分別為195t/h、39t/h。

（二）能源利用情況

9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)工作原理，即壓氣機(jī)從外界大氣環(huán)境吸入空氣，并經(jīng)過軸流式壓氣機(jī)逐級(jí)壓縮使之增壓，同時(shí)空氣溫度也相應(yīng)提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的天然氣混合燃燒生成高溫高壓的燃?xì)?；然后再進(jìn)入到透平中膨脹做功，推動(dòng)透平帶動(dòng)壓氣機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣體燃料的化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，并輸出電能。通常燃?xì)馔钙桨l(fā)出的機(jī)械功有1/2到2/3左右用來帶動(dòng)壓氣機(jī)，其余的1/3左右的機(jī)械功用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。另外從燃?xì)馔钙街信懦龅膹U氣送到余熱鍋爐換熱，將水加熱成高溫高壓過熱蒸汽輸送到汽輪機(jī)膨脹做功，最終達(dá)到再次發(fā)電的目的。

此外，在燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以很好的采用能源梯級(jí)利用，從汽輪機(jī)中抽取品質(zhì)較低的蒸汽，用于供熱或者制冷，達(dá)到能源高效利用，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電的熱效率與單循環(huán)發(fā)電熱效率相比，將呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢(shì)。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)發(fā)電，其發(fā)電熱效率為33%-40%，而聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電熱效率為52%-60%，相比之下，其發(fā)電熱效率提高約19%-20%[ 2 ]。

除此之外，若采取以燃?xì)廨啓C(jī)為核心的聯(lián)合循環(huán)冷熱電三聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式，將使總熱效率提升至70%-80%，甚至達(dá)到90%。因此，為了滿足當(dāng)前發(fā)電、綜合供熱、制冷的需求，需針對(duì)9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面分析。

（三）熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

對(duì)于冷熱電三聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式的9E燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其熱經(jīng)濟(jì)性分析，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：

首先，為了更好的評(píng)估冷熱電三聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，需計(jì)算純發(fā)電的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱效率，即其發(fā)電效率表達(dá)式如下：

ηOC=ηGT+（1-ηGT）ηHRST°ηST（%）

其中，ηGT為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率，是33.8%，而ηHRST為余熱鍋爐效率，是82%，ηST為汽輪機(jī)發(fā)電組發(fā)電效率，為33%，從中可知ηOC聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電效率為51.8%，即發(fā)電效率明顯高于燃煤機(jī)組[ 3 ]。

其次，對(duì)于采用冷熱電三聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式的9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，由于一部分能量用于發(fā)電的同時(shí)，又抽取低品質(zhì)的蒸汽用于供熱或者制冷，因此，將不會(huì)產(chǎn)生冷源損失，那么在蒸汽輪機(jī)的發(fā)電功率Nn，可用如下公式表示：

Nn=（kW）

將蒸汽輪機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)，即i0：3462kJ/kg，in：2910kJ/kg等帶入到公式中，同時(shí)，代入系統(tǒng)實(shí)際機(jī)械效率im和汽輪發(fā)電機(jī)效率ie，可得出汽機(jī)在不同供熱量情況下的發(fā)電效率。即當(dāng)供熱量Dn分別為20×103kg·h-1、40×103kg·h-1、60×103kg·h-1、80×103kg·h-1時(shí)，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組熱效率對(duì)應(yīng)值為34.1%、35.23%、36.5%、37.81%。

再次，若在運(yùn)行方式中采取冷熱電三聯(lián)產(chǎn)，那么聯(lián)合循環(huán)總效率可用如下公式對(duì)其進(jìn)行修正，即：

ηOC′=ηGT +（1-η）ηHRST°ηcn（%）

從中可知不同供熱量狀態(tài)下三聯(lián)產(chǎn)熱效率。即當(dāng)供熱量Dn分別為20×103kg·h-1、40×103kg·h-1、60×103kg·h-1、80×103kg·h-1時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的熱效率分別為52.31%、52.92%、53.6%、54.71%，與燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)相比，冷熱電三聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)性更為明顯。因此，在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)優(yōu)先采用冷熱電三聯(lián)產(chǎn)的運(yùn)行方式，由此達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果。

二、計(jì)算結(jié)果分析

從冷熱電三聯(lián)產(chǎn)分析結(jié)果可知，當(dāng)9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)處在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，采取三聯(lián)供方式，其節(jié)能效果非常明顯，尤其在冬季供熱時(shí)，聯(lián)合循環(huán)三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行將優(yōu)于分產(chǎn)系統(tǒng)，即由于分產(chǎn)系統(tǒng)需消耗一次能源，而聯(lián)合循環(huán)三聯(lián)供系統(tǒng)則消耗低品質(zhì)的蒸汽，從而達(dá)到較為節(jié)能的供熱效果，因此，在注重經(jīng)濟(jì)效益的今天，合理運(yùn)用三聯(lián)供方式是大勢(shì)所趨。

此外，當(dāng)前采用三聯(lián)供方式也涉及到供熱設(shè)備效率、制冷機(jī)效率、投資等多種因素，因而，在系統(tǒng)規(guī)劃期間，應(yīng)從環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能角度出發(fā)，科學(xué)設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行方案。

三、結(jié)論

綜上可知，基于當(dāng)前社會(huì)可持續(xù)發(fā)展背景下，經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等問題逐漸引起了人們關(guān)注。9E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的引進(jìn)，尤其是采用三聯(lián)供方式，在滿足供電需求的同時(shí)，發(fā)展供熱、供冷，明顯改善了以往耗能高的問題，符合當(dāng)前社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需求，因地制宜，科學(xué)發(fā)電。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋泓明，王明友，楊智勇，等.燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)發(fā)電裝置的選擇[J].建筑電氣，2011，14（07）：29-32.

[2] 劉小軍，李進(jìn)，曲勇，等.冷熱電三聯(lián)供（CCHP）分布式能源系統(tǒng)建模綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，13（07）：63-68.