燃气机组热调峰性能及经济性分析

　　摘要：通常，许多燃气热电机组采用低压缸空载供热改造以保障冬季供热。为分析在有限天然气量、不同背压下低压缸空载的供热性能，以某燃气-蒸汽联合循环直接空冷机组为例，通过计算不同背压下低压缸的最小进汽量，确定空载供热的安全调节范围;并建立包含供热量、低压缸功量、冷源损失及辅助设备耗电量的能量系统㶲分析模型，评价低压缸空载工况的供热经济性。结果表明，降低背压有利于增加燃气机组的最大供热出力、低电负荷下的热调峰能力及低压缸能量系统的㶲效率。

　　关键词:燃气热电机组;低压缸空载;最小进汽量;热调峰;供热经济性;㶲效率;直接空冷

　　0引言

　　冬季供暖是民生保障工程。近年来，随着环保要求日益严苛，工业供热锅炉被逐步取缔，热电厂承担了主要供热任务。由于新能源电力的迅猛发展以及国家对“弃风、弃光”的限制，使得热电厂电负荷减小，限制了机组的供热能力。这种热电耦合现象给冬季供暖带来了极大的困扰[1]。燃气热电机组凭借联合循环效率高、污染排放低、电热负荷响应快等优点，得到较快发展[2]。但同时，由于天然气用量的爆发式增长，大范围的“气荒”问题频繁发生[3]，也使燃气热电厂尖峰供热能力不足。所以，如何在有限天然气供应条件下最大程度地提升适应性调峰供热能力是燃气热电机组急需解决的技术难题。

　　燃气论文范例：城市燃气安全隐患分析与防范措施探究

　　综合现有热电厂供热改造技术[4-6]，低压缸零出力技术凭借改造成本低和供热经济性好等优点[7]，拥有广泛的工程应用前景。低压缸零出力改造技术采用完全密封的蝶阀切断低压缸原进汽管道，新增旁路管道通入少量冷却蒸汽以带走低压缸内的鼓风热量，并防止末级叶片发生颤振[4-8]。但目前，对于最小冷却蒸汽量的确定方法鲜有文献提及。而且，关于供热经济性的研究大多集中在以热效率来评价供热系统的能量利用程度，并未考虑能量品质和辅助设备能耗等因素。本文以某燃气-蒸汽联合循环热电联产的直接空冷机组为例，分析低压缸空载供热性能，利用末级动叶出口相对容积流量确定出不同背压下低压缸的最小进汽流量，并通过计算供热安全区分析了低压缸空载供热的适应性调峰能力。最后，采用㶲分析方法全面地评价了低压缸空载供热的运行经济性。

　　1机组概况

　　该机组为国内首座燃气-蒸汽联合循环热电联产直接空冷机组。该机组为2台燃气轮机、2台余热锅炉配1台蒸汽轮机，即“二拖一”模式，总装机容量约为860MW。余热锅炉为三压、再热型式，设置有高、中、低压主蒸汽及再热蒸汽系统。蒸汽轮机为双缸、一次中间再热、抽凝式直接空冷汽轮机。冬季供热期间，两台余热锅炉的低压蒸汽与中压缸排汽混合，一部分进入低压缸做功后流入空冷岛，另一部分前往热网加热器加热一次网回水。低压缸空载供热方案通过加大空冷岛的抽真空能力，降低机组运行背压以减小低压缸进汽量，最大化供热蒸汽量，提升机组的最大供热能力。

　　2低压缸空载供热

　　2.1小容积流量工况

　　低压缸空载供热时低压缸处于小容积流量工况，级内流动将发生很大的变化，出现脱流和涡流，甚至引发颤振。一般将动叶根部开始出现脱流的工况称为小容积流量工况[9]。长时间处于小容积流量工况时叶片甚至机组的安全将受到以下严重威胁：(1)末级处于鼓风工况，消耗机械功导致效率降低，并产生鼓风热量，可能引起低压缸过热甚至变形;(2)末级叶片动应力增加，可能导致叶片颤振甚至断裂。

　　2.2不同背压下的最小进汽流量

　　采用阻尼结构的空冷机组末级叶片在设计时通常在

　　2.3热电联产机组的热调峰性能

　　当电负荷受电网调控而降低时，机组应具备较强的应急热调峰能力，且该应急热调峰能力与供热安全区直接相关[15]。计算燃气-蒸汽联合循环机组的供热安全区，需要考虑燃气轮机的最大燃气量、燃烧器最小稳燃气量，以及蒸汽轮机的低压缸最小进汽量。本机组的最大燃气量为60.95t/h，燃烧器稳燃气量为26.38t/h。

　　3空载供热工况下的运行经济性

　　空载供热模式下，低压缸进汽流量降低，使冷源损失减少，运行经济性提高。但热效率评价方法没有考虑电、热的品质差别，而且降低背压是以增加空冷风机和真空泵能耗为代价。所以，本文采用㶲方法分析空载工况下供热系统的经济性。

　　4结论

　　(1)降低空冷机组运行背压有利于低压缸进汽量减少，供热蒸汽量增大，实现供热能力的提升。在燃气热电厂上应用低压缸空载供热方案，可使机组的最大供热出力增加约68MW。(2)低压缸空载供热可以有效提升燃气热电机组在低负荷下的应急热调峰能力。在相同电负荷下，供热调节范围约增加120.4MW。(3)低压缸空载工况下，燃气机组的供热系统㶲效率随背压和环境温度的降低而升高，供热经济性提高。

　　参考文献：

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　　[3]戴宝华，罗佐县，宫昊“气荒”背景下北方地热供暖产业发展战略思考[J].当代石油石化，2018，26(5)：1-7.DAIBaohua,LUOZuoxian,GONGHao.Someconsiderationsaboutnortherngeothermalheatingindustrialdevelopmentstrategyamidgasshortage[J].Petroleum&PetrochemicalToday,2018,26(5):1-7.

　　[4]居文平，吕凯，马汀山，等.供热机组热电解耦技术对比[J].热力发电，2018，47(9)：115-121.

　　作者：刘嘉乐，马素霞，马红和，张立芳