蘭江 郭柯

1滇西科技師范學(xué)院數(shù)理學(xué)院

2山東華科規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限公司

1 項(xiàng)目熱負(fù)荷

本項(xiàng)目為濟(jì)南市某片區(qū)供熱發(fā)電項(xiàng)目， 該片區(qū)現(xiàn)有居住面積230萬m2。

隨著住宅、公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施， 片區(qū)作為城市新區(qū)， 必須大力推廣建筑節(jié)能技術(shù)， 建筑采暖熱指標(biāo)相應(yīng)呈下降趨勢。依據(jù)建設(shè)部頒發(fā)的中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) （采暖居住部分）》 [1] ， 建筑本體采暖綜合平均熱指標(biāo)為20.2 W/m2， 設(shè)計(jì)采暖綜合熱指標(biāo)為29 W/m2。按照 《山東省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/5026-2014）， 普通住宅的供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)為 25 W/m2。根據(jù)片區(qū)供熱規(guī)劃調(diào)研， 居住建筑設(shè)計(jì)采暖綜合熱指標(biāo)取值29 W/m2。考慮管網(wǎng)損失后， 居住建筑熱源設(shè)計(jì)采暖綜合熱指標(biāo)取值35 W/m2。

濟(jì)南地區(qū)氣象條件： 室外采暖計(jì)算溫度tw為-5.3℃。采暖期室外平均溫度tp為1.4 ℃。采暖延續(xù)時(shí)間為3120 h （130天）。平均采暖熱負(fù)荷與設(shè)計(jì)采暖熱負(fù)荷之比=(18-1.4)/[18-(-5.3)]=0.7124。平均空調(diào)冷負(fù)荷與設(shè)計(jì)空調(diào)冷負(fù)荷之比 =(31.3-26)/[34.7-26]=0.6092。

表1為熱負(fù)荷分析表。

表1 為熱負(fù)荷分析表

2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組介紹

2.1 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行原理

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組主要設(shè)備由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、 蒸汽輪機(jī)、 發(fā)電機(jī)組成 （圖 1）。燃?xì)廨啓C(jī)是髙由壓氣機(jī)， 燃燒室和燃?xì)馔钙降戎饕K組成的。速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)通過從環(huán)境中吸入大量空氣并進(jìn)行加壓， 產(chǎn)生具有一定溫度及壓力的壓縮空氣， 將其噴入燃燒室中與燃料進(jìn)行混合燃燒成為高溫、 高壓的燃?xì)猓?再經(jīng)過透平膨脹做功。由于壓氣機(jī)耗功約占透平膨脹做功的1/2～2/3，故燃?xì)廨啓C(jī)能輸出一部分凈功。做功后的燃?xì)馊跃哂休^高的溫度， 且流量較大， 這部分能量如果直接排入大氣，將引起較大的能量損失，故可將燃?xì)廨啓C(jī)排氣引入余熱鍋爐， 通過在余熱鍋爐中布置的換熱器將煙氣的余熱傳遞給蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水， 產(chǎn)生具有一定溫度及壓力的水蒸汽， 送到汽輪機(jī)中去膨脹做功 [2] 。因此， 燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組實(shí)質(zhì)上是把燃?xì)廨啓C(jī)的 Brayton 循環(huán)與蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的Rankine疊置在一起， 實(shí)現(xiàn)了能量的梯級利用， 從而提高了機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性。

圖1 燃機(jī)機(jī)組原理圖

2.2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組選型

對于分布式能源站， 選擇機(jī)組型式及容量時(shí)必須最大限度地考慮滿足熱負(fù)荷的需求。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中， 燃?xì)廨啓C(jī)、 余熱鍋爐、 汽輪機(jī)的匹配原則一般是， 余熱鍋爐的蒸發(fā)量與燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣余熱相匹配， 汽輪機(jī)的進(jìn)汽量與余熱鍋爐的蒸發(fā)量相匹配， 以使能源的利用效率最大化。

根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會， 國家能源局， 財(cái)政部， 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部， 環(huán)境保護(hù)部等部分發(fā)布的 《熱電聯(lián)產(chǎn)管理辦法》（發(fā)改能源 [2016]617 號）的通知要求：采暖型聯(lián)合循環(huán)項(xiàng)目供熱期熱電比不低于 60%。供工業(yè)用汽型聯(lián)合循環(huán)項(xiàng)目全年熱電比不低于40%。鼓勵(lì)規(guī)劃建設(shè)天然氣分布式能源項(xiàng)目， 采用熱電冷三聯(lián)供技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源梯級利用， 能源綜合利用效率不低于70%[3]。

SGT-800型燃機(jī)機(jī)組的高排氣溫度使其特別適于熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)應(yīng)用。全球已有近300臺的銷售業(yè)績， 累積運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過300萬小時(shí)。 目前在國內(nèi)有9臺機(jī)組正在進(jìn)行投標(biāo)。 在聯(lián)合循環(huán)中，SGT-800型機(jī)組的性能是同級別產(chǎn)品中最佳的。鑒于大修間隔高達(dá)60000等效運(yùn)行小時(shí)，較低的維護(hù)成本及出色的熱耗率，其壽命周期成本極具競爭力。其單位功率占用空間比很低， 因而安裝時(shí)間短， 施工成本低， 并且方便在惡劣環(huán)境或偏遠(yuǎn)地區(qū)以及占地有限的工業(yè)區(qū)進(jìn)行安裝。所有SGT-800型機(jī)組均配備干式低排放燃燒系統(tǒng)， 以盡量減少氮氧化物和一氧化碳的排放， 確保燃?xì)廨啓C(jī)符合全球及地區(qū)規(guī)定?？刹捎萌?xì)庾鳛槿剂希?并可進(jìn)行有載燃料切換。SGT-800型機(jī)組的干式低排放系統(tǒng)以其耐用的設(shè)計(jì)、 無復(fù)雜的燃燒器分級或控制裝置而聞名 [4] 。為保證可靠運(yùn)行， 燃燒器具有被動阻尼設(shè)計(jì)。連同單軸工業(yè)設(shè)計(jì)一起，干式低排放系統(tǒng)在處理不同的負(fù)載瞬變時(shí)具有較高的穩(wěn)定性和性能。

3 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組方案介紹

本項(xiàng)目兩種方案都遵循以熱定電的原則， 滿足片區(qū)供熱負(fù)荷的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)電。

3.1 方案一系統(tǒng)組成及介紹

方案一 1×75 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組 +1×35 MW燃?xì)忮仩t的模式為片區(qū)供熱供電，即 燃機(jī)機(jī)組采用抽凝的供熱方式，根 據(jù)換熱汽水首站要求，供 熱蒸汽參數(shù)暫定 0.8 MPa，200 ℃，凝 結(jié)回水參數(shù)0.8 MPa，70 ℃。首站一次網(wǎng)熱水參數(shù)要求為 95 ℃/55 ℃，機(jī) 組主要供熱參數(shù)如表2：

表2 技術(shù)性能參數(shù)表（冬季供熱期）

3.2 方案二系統(tǒng)組成及介紹

方案二中采用 1×75 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組 + 直燃型吸收式熱泵（ 含燃?xì)舛壖訜幔┑?模式為片區(qū)供熱，凝 汽器的循環(huán)冷卻水作為吸收式熱泵低溫?zé)嵩?，即燃機(jī)機(jī)組采用純凝方式。本項(xiàng)目要求一次網(wǎng)熱水參數(shù)為95 ℃/50 ℃，熱 泵出口水溫受到限制，不 能達(dá)到本工程所需要的95 ℃， 一般熱泵出口溫度不高于80 ℃， 所以使用吸收式熱泵需要兩級加熱系統(tǒng)。

表3 技術(shù)性能參數(shù)表（純凝發(fā)電工況）

4 方案對比分析

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為 80 MW，平均熱負(fù)荷為56.99 MW，最 小熱負(fù)荷為 48.7 MW，根 據(jù)這三項(xiàng)負(fù)荷數(shù)值，考 慮到計(jì)算方便，分 別計(jì)算兩種方案在供熱負(fù)荷為80 MW、55 MW、50 MW時(shí)的技術(shù)運(yùn)行參數(shù)。

4.1 方案一運(yùn)行分析

表4為方案一的計(jì)算結(jié)果。

表4 方案一不同負(fù)荷下的技術(shù)參數(shù)

4.2 方案二運(yùn)行分析

方案二 （圖 2） 用戶側(cè)負(fù)荷已定， 設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為80 MW， 一次網(wǎng)溫差已定為 45 ℃， 可計(jì)算出一次網(wǎng)熱水流量為 1529 t/h，吸收式熱泵供回水溫度 80 ℃/50℃， 溫差 30 ℃， 可計(jì)算出熱水從吸收式熱泵提熱量為53.34 MW，則二級加熱供熱量為80-53.34=26.66 MW（表5）。 供熱負(fù)荷為55MW和50MW時(shí)的計(jì)算過程相類似。

圖2 方案二系統(tǒng)原理圖

表5 方案二不同負(fù)荷下的技術(shù)參數(shù)

4.3 兩種方案對比分析

由以上計(jì)算結(jié)果可知， 兩種方案的供熱量是相同的， 只有供電量和耗氣量不同， 整理結(jié)果如表6：

表6 供熱量80MW時(shí)對比

由表 6 可見，方 案二比方案一多發(fā)電量為13.663 MW，多 耗氣量為 0.963m3/ s，當(dāng) 兩部分費(fèi)用相等時(shí)，即 13.663 MW×1000×上 網(wǎng)電價(jià)（元 /kWh）=0.963m3/ s×3600×氣 價(jià)（ 元 /m3） 時(shí) ，兩 種方案運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)，即

因此，當(dāng) 氣電價(jià)格比大于 3.94 時(shí)，方 案一運(yùn)行費(fèi)用較低。當(dāng)氣電價(jià)格比等于 3.94時(shí)，兩 種方案運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)。當(dāng)氣電比小于3.94時(shí)，方 案二運(yùn)行費(fèi)用較低。

5 結(jié)論

1）燃 氣- 蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱方式選取抽凝方案配置簡單，運(yùn) 行維護(hù)方便。純凝方案配置相對復(fù)雜，運(yùn) 行方面較為繁瑣。

2）供 熱量相同的前提下，燃 氣 - 蒸汽聯(lián)合循環(huán)純凝方案比抽凝方案發(fā)電量增加，且 耗氣量增加。

3）當(dāng) 氣電價(jià)格比（ 氣價(jià) /上網(wǎng)電價(jià)）大 于 3.94 時(shí)，方案一運(yùn)行費(fèi)用較低。當(dāng)氣電價(jià)格比等于 3.94 時(shí)，兩種方案運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)。當(dāng)氣電比小于 3.94 時(shí)，方 案二運(yùn)行費(fèi)用較低。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓朝兵. 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的能效監(jiān)測及經(jīng)濟(jì)性診斷[D].南京:東南大學(xué),2015.

[2] 陳杰.基于某燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)建模仿真[D].上海: 上海交通大學(xué),2010.

[3] 常靜華. 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組變工況建模及其特性分析[D].昆明:昆明理工大學(xué),2008.

[4] 忻祎 . 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)化配置[D]. 上海:上海交通大學(xué),2007.