燃氣—蒸汽聯合循環機組能耗分攤方法研究

王加勇，李仁杰，陳文和

(1．蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州　215004；2．鄭州電力高等專科，鄭州　450000；3．華潤電力(漣源)有限公司，湖南 漣源　417100)

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燃氣—蒸汽聯合循環機組能耗分攤方法研究

王加勇1，李仁杰2，陳文和3

(1．蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州215004；2．鄭州電力高等專科，鄭州450000；3．華潤電力(漣源)有限公司，湖南 漣源417100)

燃料成本分攤是熱電聯產項目熱、電定價的重要依據，但原有的計算方法已不能滿足要求，有必要對其進行適當改進。提出了一種基于能量梯級利用的“誰利用，誰分攤”能耗分攤方式，并以某2×200 MW級(E級)燃機熱電聯產機組為例，通過試驗對熱電聯產的節能效益進行計算及分攤，證明了該方法的合理性和實用性。

聯合循環機組；能耗分攤；節能效益

聯合循環機組(CCPP)是由燃氣輪機發電機組和蒸汽輪機發電機組聯合起來的一套循環發電裝置。與燃煤火力發電機組相比，聯合循環機組具有發電效率和熱效率高、工程造價低、負荷調節范圍大(30%～100%)、機組運行可靠性高、發電環保性能好、調峰性能好、建設周期短、耗水少、占地少等優點，發展迅速[1]。歐美國家近25年來，新增發電量基本上為高效天然氣聯合循環發電替代常規燃煤火力發電。2004年，美國新增發電裝機容量中，95.3%的份額是天然氣聯合循環發電；另據統計，2011年英國天然氣聯合循環發電占全國電力供應的40%，預計到2020年將上升至60%。

自2013年7月以來，由于天然氣大幅漲價，燃料成本相對較高且不穩定、固定成本逐步降低、供熱參數不統一等，采用行業法進行成本分攤已不能滿足要求，而國家尚未頒布燃氣-蒸汽聯合循環熱電廠的成本分攤方法[2]。在《熱電聯產項目可行性研究技術規定》中，對燃煤機組進行了明確的規定和計算方法，但對于燃氣—蒸汽聯合循環供熱機組能耗分攤尚未有明確的計算方法，目前燃氣—蒸汽聯合循環供熱機組熱、電分攤計算不盡相同，市場經濟下，合理地分攤發電和供熱的燃料成本就顯得尤為重要。

燃料成本分攤是熱電聯產項目熱、電定價的重要依據，對原有計算方法進行適當改進，以適應市場經濟。既然熱電聯產的節能是由發電和供熱共同作用產生的，兩者缺一不可，并且當燃料在送入燃氣輪機時，又不能區分哪些用來發電，哪些用來供熱，對于整個熱電聯產機組，消耗的每千克燃料就應獲得相同的節能收益，即分攤應按兩者的能耗比例進行[3]。但是這種方法沒有考慮到能量品質的差異。

表1　試驗結果匯總表

針對目前分攤方法的不足，本文提出一種基于能量梯級利用的“誰利用，誰分攤”的能耗分攤方式，對熱電聯產的節能效益進行科學合理分攤，并以試驗數據驗證，證明了本文提出分攤方法的實用性。

1　考慮能量梯級利用的分攤方法

文獻[4]認為對于燃氣—蒸汽聯合循環機組，蒸汽系統通過回收利用燃氣系統相對低品位的排氣熱量(約占總輸入熱量的55%～65%)，可提高聯合循環機組的效率，因此在分攤蒸汽系統的燃料消耗時，不能用熱量法按排氣熱量比例進行分攤。而應通過引入汽輪機供熱抽汽率β和抽汽焓降不足系數λ來實現對節能效益的合理分配。

(1)

(2)

式中D0——汽機進汽流量，t/h；Dh——供熱抽汽流量，t/h；h0——汽機進汽焓值，kJ/kg；hc——汽機排汽焓值，kJ/kg；hh為汽機供熱抽汽焓值，kJ/kg。

這種分攤方法使熱電雙方均能從熱電聯產中受益，并且供熱量越高，雙方受益越多，對能耗分攤有一定的促進作用。但是，燃氣輪機作為耗能大戶，燃機需要壓氣機耗功以增加空氣的壓力，壓力升高后和燃料混合燃燒成高溫高壓燃氣，再流入燃氣輪機中做功，產生高品位的電能，燃機在輸出軸功率的同時已經有一部分被壓縮機所消耗，這部分被消耗的能量應該考慮進來。

2　考慮壓縮機耗功的分攤方法

聯合循環的發電功率主要由燃氣輪機承擔，燃氣輪機、汽輪機間最佳功率比約為2：1。空氣在壓氣機中被壓縮，壓力升高后和燃料混合燃燒成高溫高壓燃氣，再流入燃氣輪機中做功，產生高品位的電能[5]。燃氣透平的功能是把高溫、高壓燃氣中的能量轉變為機械功，在此過程中60.0%～66.7%的機械功帶動壓氣機，其余則作為燃氣輪機的輸出功率以帶動負載。因此，燃機的輸出軸功率應該加上壓縮機消耗的功率。

文獻[6]考慮了壓縮機耗功，并對供熱成本分攤公式進行了優化：

(3)

(4)

式中Q——供熱帶走的熱量，MW；Pre——燃機輸出軸功率，MW；Pte——汽機輸出軸功率，MW；W——壓縮機耗功，MW；θ1——沒考慮壓縮機耗功的供熱分攤系數；θ2——考慮壓縮機耗功的供熱分攤系數。

式(4)考慮了只有壓縮機耗功燃氣輪機才能發電，但是沒有考慮供熱參數對能耗分攤的影響，不利于熱用戶降低參數，有一定的片面性。

3　基于能量梯級利用的能耗分攤方法

對燃氣—蒸汽聯合循環而言，有效功包括燃機輸出軸功率、汽機輸出軸功率、汽機抽汽供熱、燃機輸出軸功率前消耗的壓縮機耗功，其余的以余熱鍋爐排煙熱損失、汽機的冷源損失、機組散熱等形式排向環境。

能量梯級利用的“誰利用，誰分攤”能耗分攤方法，考慮所有能量有效利用部分，考慮供熱蒸汽品質差異，鼓勵熱用戶降低參數，對供熱分攤進行優化。該分攤方法的數學表達式為

(5)

式中θ3——考慮能量梯級利用及其壓縮機耗功的供熱分攤系數。

以某2×200 MW級(E級)燃機熱電聯產機組為例。燃機為GE公司的PG9171E型燃氣輪機，機組的額定出力126.2MW；鍋爐型號為Q1175.4/547.3-190.5(35.9)-6.0(0.515)/521(253)的三壓無補燃、雙汽包、帶一體化除氧器、臥式煙道、立式螺旋翅片管自然循環水管鍋爐；汽機為LCZ60-5.82/1.37/0.58型雙壓(帶補汽)、可調抽汽凝汽式聯合循環汽輪機。在燃機100%負荷、75%負荷下進行20t/h、4t/h、70/h抽汽下的能耗分攤。試驗結果如表1所示。

由表1可知，在75%、100%負荷下隨著機組供熱量的增加，供熱氣耗、發電氣耗明顯降低，該供熱方法使熱電雙方都從熱電聯產中受益。

4　結語

(1)針對目前燃氣—蒸汽聯合循環能耗分攤方法的不足，提出了基于考慮能量梯級利用的“誰利用，誰分攤”能耗分攤方式。

(2)以某2×200 MW級(E級)燃機熱電聯產機組為例，通過試驗，對熱電聯產的節能效益進行計算及分攤，證明了該方法的科學合理性和實用性。

(3)基于考慮能量梯級利用的“誰利用，誰分攤”能耗分攤方式兼顧發電、供熱對節能效益進行分攤，建議同行參考。

[1]李桂云，屠進. 燃氣—蒸汽聯合循環發電效率的分析與計算[J]. 科技通報，2001，17(5)：53-57.

LI Gui-yun, TU Jin. Efficiency analysis and calculations for gas-steam combined cycle power plant[J]. Bulletin of Science and Technology,2001,17(5):53-57

[2]于彥顯，梁輝. 燃氣—蒸汽聯合循環機組熱電成本分攤方法探討[J]. 熱力發電，2013，42(11)：6-9.

YU Yan-xian, LIANG Hui. Discussion on thermoelectric cost calculation methods of gas-steam combined cycle units[J]．Thermal Power Generation，2013，42(11)：6-9．

[3]郭家寶. 熱電聯產機組燃料成本分攤和節能效益評價方法探討[J]. 中國電力，2003，36(3)：78-80.

GUO Jia-bao. Discussions on the fuel cost apportionment and energy-saving benefit evaluation methods for cogeneration units[J]. Electric Power,2003,36(3):78-80

[4]熊昌全，汪正剛. 燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組熱電分攤方法[J]. 行業信息報道，2003，41(4)：88-90.

[5]劉巖，葛斌，王培紅. 聯合循環熱電冷三聯供系統的熱經濟性分析[J]. 燃氣輪機技術，2007，20(2)：6-9.

LIU Yan, GE Bin, WANG Pei-hong. Thermal economic analysis on CCHP system based on gas- steam combined cycle[J].Gas Turbine Technology,2007,20(2):6-9。

[6]劉巖，葛斌，王培紅. 聯合循環熱電冷三聯供系統的熱經濟性分析[J]. 燃氣輪機技術，2007，20(2)：6-8.

(本文編輯：趙艷粉)

Energy Consumption Allocation Method for Gas-Steam Combined Cycle Unit

WANG Jia-yong1, LI Ren-jie2, CHEN Wen-he3

(1. Suzhou Thermal Research Institute Co., Ltd., Suzhou 215004, China;2. Zhengzhou Electric Power College, Zhengzhou 450000. China;3. China Resources Power (Lianyuan) Co., Ltd., Lianyuan 417100, China)

Fuel cost allocation is the important basis of heat and electricity pricing in heat/power co-generation project, but the original calculation method can not meet the requirements and needs some improvement. This paper puts forward an energy consumption allocation method "whoever uses will share" based on the energy cascade utilization. Taking the 2x200 MW E class gas turbine cogeneration unit as an example, it made tests to calculate and allocate the energy-saving benefit of cogeneration, and prove the rationality and practicability of the proposed method.

combined cycle unit; energy consumption allocation；energy-saving benefit

10.11973/dlyny201604017

王加勇(1985)，碩士，工程師，主要從事電站經濟性能研究工作。

TM611.3

A

2095-1256(2016)04-0486-03

2016-03-26