燃气蒸汽联合循环技术经济指标计算.docx

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燃气蒸汽联合循环技术经济指标计算

燃气—蒸汽联合循环技术经济指标计算

1概述

本文根据电力行业标准《火力发电厂技术经济指标计算方法DL/T904-2004》编写而成，提供了燃气—蒸汽联合循环的技术经济指标计算方法，以指导燃气—蒸汽联合循环机组的性能计算使用。

2燃气—蒸汽联合循环基本理论

所谓燃气－蒸汽联合循环，实质上是把在高温区工作的燃气轮机布雷登（Brayton）循环和在中低温区工作的蒸汽轮机朗肯（Rankine）循环叠置，组成总能利用系统。

它利用燃气轮机和蒸汽轮机这两种早已成熟的动力机械装置，通过余热锅炉耦合在一起，实现了热能的梯级利用，简称为“联合循环”。

图1燃气—蒸汽联合循环机组示意图

如图1所示，燃气—蒸汽联合循环机组的主要设备有：

燃气透平（燃气轮机有两种语义，一种是仅指涡轮机，另一种语义是包括涡轮机、燃烧室、压气机的一个整体，注意区分，本文提到的燃气轮机指后一种语义，用燃气透平指前一种语义），压气机，燃烧室，余热锅炉，汽轮机，发电机，凝汽器，给水加热器等。

当燃气轮机工作时，压气机从外界大气中吸入空气，并把它压缩到某一压力，同时空气温度也相应提高，然后将空气送入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气，进入燃气透平中膨胀做功，直接带动发电机发电。

燃气轮机的排气导入余热锅炉，用以产生高温高压蒸汽驱动汽轮机带动发动机发电。

汽轮机排汽再进入凝汽器中放热，凝结水又送入余热锅炉，形成蒸汽动力循环。

这样既增加了总输出功率，又利用了燃气轮机和汽轮机各自的优点，使整个循环的热效率提高。

3燃气—蒸汽联合循环技术经济指标计算

3.1燃气轮机技术经济指标

3.1.1压气机进气温度

压气机进口处（压气机进口法兰处或进气喇叭口处）空气温度（℃）。

3.1.2压气机进气压力

压气机进口处（压气机进口法兰处或进气喇叭口处）空气的总压（绝对压力，kPa）。

若无总压测点，则总压是大气压、压力表静压和动压的代数和。

动压的计算公式如下：

式中，

pd——动压，Pa，要注意单位换算

ρ——测点处的空气密度，kg/m3

v——测点处的空气流速，m/s，根据空气流量及截面积确定

qV——测点处的空气容积流量，m3/s

A——测点处的管道截面积，m2

qm——空气的质量流量，kg/s

p——测点处的绝对压力，等于表压与环境中空气压力的和，Pa

t——测点处的温度，℃

Rw——湿空气的气体常数，J/（kgK），若仅考虑干空气，则取值为287

pa——环境中的空气压力，Pa

pv——空气中水蒸气的分压力，Pa

hu——相对湿度，无量纲

ps——对应温度t时的饱和水蒸气压力，由水蒸气表查得，Pa

3.1.3压气机排气温度

压气机出口扩压器的出口平面处工质温度（℃）。

3.1.4压气机排气压力

压气机出口扩压器的出口平面处工质总压（绝对压力，kPa）。

3.1.5燃气轮机排气温度

燃气透平出口法兰处平面工质的温度（℃）。

3.1.6燃气轮机排气压力

燃气透平出口法兰处平面工质的总压（kPa）。

3.1.7压气机压缩比

压气机排气压力与进气压力的比值，代表工质被压缩的程度，计算公式如下：

式中，

π——压气机压缩比，无量纲

pyp——压气机排气压力，kPa

pyj——压气机进气压力，kPa

3.1.8燃料流量

实际供给燃气轮机的燃料流量，（液体）kg/h或（气体）m3/h。

3.1.9燃料温度

进入燃气轮机燃烧室的燃料温度，℃。

3.1.10燃气轮发电机组热耗率

燃气轮发电热耗量与其输出电功率的比值，计算公式如下：

式中，

qrj——燃气轮机发电机组热耗率，kJ/（kWh）

Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h

Qar_net——燃料的低位发热量，kJ/kg或kJ/m3

Prj——燃气轮发电机的输出功率，kW

3.1.11燃气轮发电机组热效率

燃气轮发电机组发电量的相当热量与供给燃料热耗量的百分比，根据下式计算：

式中，

ηrj——燃气轮发电机组的热效率，%

qrj——燃气轮机发电机组热耗率，kJ/（kWh）

Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h

Qar_net——燃料的低位发热量，kJ/kg或kJ/m3

Prj——燃气轮发电机的输出功率，kW

3.2余热锅炉技术经济指标

3.2.1余热锅炉主蒸汽流量

余热锅炉高压主蒸汽流量，是指余热锅炉末级高压过热器出口蒸汽流量（kg/h），若是双压/三压余热锅炉，还存在中压/低压主蒸汽流量。

3.2.2余热锅炉主蒸汽压力

余热锅炉高压主蒸汽压力，是指余热锅炉末级高压过热器出口蒸汽压力（MPa），若是双压/三压余热锅炉，还存在中压/低压主蒸汽压力。

3.2.3余热锅炉主蒸汽温度

余热锅炉高压主蒸汽温度，是指余热锅炉末级高压过热器出口蒸汽温度（℃），若是双压/三压余热锅炉，还存在中压/低压主蒸汽温度。

3.2.4余热锅炉再热蒸汽流量

余热锅炉再热蒸汽流量，是指再热式余热锅炉末级再热器出口蒸汽流量（kg/h）。

3.2.5余热锅炉再热蒸汽压力

余热锅炉再热蒸汽压力，是指再热式余热锅炉末级再热器出口蒸汽压力（MPa）。

3.2.6余热锅炉再热蒸汽温度

余热锅炉再热蒸汽温度，是指再热式余热锅炉末级再热器出口蒸汽温度（℃）。

3.2.7余热锅炉排烟温度

指余热锅炉末级受热面后的烟气温度（℃）。

3.2.8余热锅炉热端温差

指余热锅炉换热过程中，高压过热器烟气入口的烟气温度与高压过热器主蒸汽出口的主蒸汽温度的差值，即高压过热器主蒸汽出口处的烟气与主蒸汽的温度差值，根据下式计算：

式中，

Δtrd——余热锅炉热段温差，℃

tyr——余热锅炉高压过热器烟气入口的烟气温度，℃

tzz——余热锅炉高压过热器主蒸汽出口的主蒸汽温度，℃

3.2.9余热锅炉节点温差

也称窄点温差，指余热锅炉换热过程中，蒸发器出口的烟气温度与蒸发器内汽水混合物温度的最小温差，对于多压余热锅炉，应计算各压力等级的节点温差。

根据下式计算：

式中，

Δtjd——余热锅炉节点温差，℃

tyz——余热锅炉蒸发器出口的烟气温度，℃

tlbh——余热锅炉蒸发器内的饱和温度，℃

3.2.10余热锅炉接近点温差

指余热锅炉蒸发器内的饱和温度与省煤器出口水温的差值，对于多压余热锅炉，应计算各压力等级的接近点温差。

根据下式计算：

式中，

Δtjj——余热锅炉接近点温差，℃

tsc——余热锅炉省煤器出口水温，℃

tlbh——余热锅炉蒸发器内的饱和温度，℃

3.2.11余热锅炉烟气侧压损

指燃气轮机排气流经锅炉时产生的压力降（kPa）。

3.2.12余热锅炉热效率

指余热锅炉的有效输出热量占输入热量的百分数，根据下式计算：

式中，

ηyg——余热锅炉热效率，%

cp_yr——余热锅炉烟气入口定压比热容，kJ/（kgK）

tyr——余热锅炉烟气入口温度，℃

cp_yc——余热锅炉烟气出口定压比热容，kJ/（kgK）

tyc——余热锅炉烟气出口温度，℃

cp_a——环境空气定压比热容，kJ/（kgK）

ta——环境温度，℃

φ——考虑余热锅炉散热损失的保热系数，无量纲

由于烟气的比热容需要测定烟气成分，一般计算中难以确定，因此一般采用近似计算余热锅炉效率，如下式所示：

3.3联合循环汽轮机技术经济指标

3.3.1联合循环汽轮机主蒸汽流量

指主蒸汽进入汽轮机的流量值（kg/h），对于多压余热锅炉，还有中压、低压蒸汽流量值。

3.3.2联合循环汽轮机主蒸汽压力

指汽轮机进口的主蒸汽压力值（MPa），对于多压余热锅炉，还有中压、低压蒸汽压力值。

一般取电动主汽门后、自动主汽门前的蒸汽压力。

3.3.3联合循环汽轮机主蒸汽温度

指汽轮机进口的主蒸汽温度值（℃），对于多压余热锅炉，还有中压、低压蒸汽温度值。

一般取电动主汽门后、自动主汽门前的蒸汽温度。

3.3.4联合循环汽轮机再热蒸汽压力

指汽轮机中压缸进口的再热蒸汽压力值（MPa），一般取再热主汽门前的蒸汽压力值。

3.3.5联合循环汽轮机再热蒸汽温度

指汽轮机中压缸进口的再热蒸汽温度值（℃），一般取再热主汽门前的蒸汽温度值。

联合循环汽轮机其他技术经济指标可参考凝汽式汽轮机的技术经济指标，此处不再重复。

3.3.6联合循环汽轮机其他技术经济指标

联合循环汽轮机其他技术经济指标同燃煤机组的汽轮机，如汽耗率、端差等，此处暂略。

3.4联合循环技术经济指标

3.4.1联合循环功率

指联合循环中燃气轮机、汽轮机两部分输出功率的和（kW），如下式所示：

式中，

Plh——联合循环功率，kW

Prj——燃气轮机出线端电功率，kW

Pqj——汽轮机出线端电功率，kW

3.4.2联合循环蒸燃功比

指联合循环中，蒸汽轮机输出功率占燃气轮机输出功率的百分比，如下式：

式中，

rzr——联合循环蒸燃功比，%

Prj——燃气轮机出线端电功率，kW

Pqj——汽轮机出线端电功率，kW

3.4.3联合循环蒸功百分率

指联合循环中，蒸汽轮机输出功率占联合循环输出功率的百分比，如下式：

式中，

rzg——联合循环蒸功百分率，%

Plh——联合循环功率，kW

Pqj——汽轮机出线端电功率，kW

3.4.4联合循环投入率

指多轴联合循环中，当燃气轮机运行时，余热锅炉累计运行时间与燃气轮机累计运行时间的百分比（%），即：

3.4.5联合循环热耗率

指联合循环机组发电热耗量与其输出功率的比值，即：

式中，

qlh——联合循环热耗率，kJ/（kWh）

Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h

Qar_net——燃料的低位发热量，kJ/kg或kJ/m3

Plh——联合循环功率，kW

3.4.6联合循环热效率

指联合循环发电机组发电量的相当热量与供给燃料热耗量的百分比，即：

式中，

ηlh——联合循环的热效率，%

qlh——联合循环热耗率，kJ/（kWh）

Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h

Qar_net——燃料的低位发热量，kJ/kg或kJ/m3

Plh——联合循环的输出功率，kW

由于联合循环将燃气轮机循环和汽轮机循环联合在一起，故其热效率还可表示为：

式中，

ηrj——燃气轮发电机组热效率，%

ηqj——汽轮发电机组热效率，%

3.4.7联合循环厂用电功率

公式：

其中：

Pcyd——联合循环机组厂用电功率，MW

Psw——联合循环机组上网功率，MW

Plh——联合循环机组发电功率，MW

联合循环机组上网功率测点一般是采不到的，一般算法是不考虑母线功率损失，在计算中采用主变压器功率近似表示：

其中：

Psw——联合循环机组上网功率，MW

Pzb——联合循环机组主变压器功率，MW

实际使用公式：

3.4.8联合循环厂用电率

公式：

其中：

ηcyd——联合循环机组厂用电率，%

Pcyd——联合循环机组厂用电功率，MW

Plh——联合循环机组发电功率，MW

3.4.9联合循环等效发电煤耗率

公式：

其中：

b1_dx——等效发电煤耗率，g/（kWh）

qlh——联合循环热耗率，kJ/（kWh）

Qbmdw——标准煤的低位发热量，kJ/kg，一般取值29307.6

3.4.10联合循环等效供电煤耗率

公式：

其中：

b2_dx——联合循环等效供电煤耗率，g/（kWh）

b1_dx——联合循环等效发电煤耗率，g/（kWh）

ηcyd——联合循环机组厂用电率，%

3.4.11联合循环机组等效标煤耗量

公式：

其中：

Bdxbm——机组等效标煤耗量，kg/h

Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h

Qar_net——燃料的低位发热量，kJ/kg或kJ/m3

Qbmdw——标准煤的低位发热量，kJ/kg，取定值29307.6