CN107035537B - 一种联合循环暖机负荷动态匹配方法 - Google Patents

一种联合循环暖机负荷动态匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种联合循环暖机负荷动态匹配方法，包括以下步骤：步骤S1、建立以燃料价格和上网电价为输入量、以燃气轮机的燃料消耗和发电出力为中间变量、以燃气轮机的IGV开度设定值和排烟温度设定值为输出量的燃气轮机动态特性模型；步骤S2、在联合循环机组启动暖机阶段，通过燃气轮机控制回路对燃气轮机的IGV开度及排烟温度进行调节，使燃气轮机的IGV开度值及排烟温度值与燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值及排烟温度设定值相匹配，实现燃气轮机暖机负荷的调节。可调节汽轮机暖机期间燃气轮机的暖机负荷，达到提高联合循环机组启动阶段经济性的目的。

Description

一种联合循环暖机负荷动态匹配方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其涉及一种联合循环暖机负荷动态匹配方法。
背景技术
燃气-蒸汽联合循环是指将燃气轮机作为前置透平，用余热锅炉来回收燃气轮机的排气余热，产出若干档新蒸汽注入汽轮机，蒸汽在汽轮机中膨胀做功输出电能。燃气-蒸汽联合循环电站以其高效、环保、灵活的特性，成为目前世界上最重要的发电形式之一。在国内，联合循环机组大多被定位为调峰机组，昼开夜停、启停频繁，启停阶段的运行小时数在总运行时间中占比大。燃气轮机启动阶段，负荷低、效率低，其气耗水平远高于正常负荷情况。因而，提高机组启动过程的经济性，对于燃气轮机电厂的经济运行很重要。
目前，单轴联合循环机组在汽轮机并网前，即在汽轮机暖机阶段，燃气轮机的暖机负荷匹配策略是：通过将燃气轮机压气机的可调进气导叶(Inlet Guide Vane，简称IGV)关至零位，再限制燃气轮机的排烟温度(Outlet Temperature Calculated，简称OTC)在一相对固定值，从而将暖机期间的燃气轮机负荷限制在一相对固定值。待汽轮机冲转和升负荷完成后，燃气轮机再根据汽轮机的应力情况，放开上述排烟温度限制，继续升负荷，IGV也随之逐步开大。
按上述方式暖机时，做法虽简单易行，但由于暖机期间燃气轮机效率较差，随着天然气等燃料价格的逐步上升，而电价尚未形成相应联动机制，导致机组经济性将变得更差。同时，不论机组启动状态为冷态启动、温态启动还是热态启动均采用上述方式暖机时，还带来一个问题：当机组冷态或温态启动时，由于汽轮机暖机所要求的主蒸汽温度处于较低值，因而在暖机阶段将耗费大量减温水，又将增加辅机的功耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种联合循环暖机负荷动态匹配方法，能够对燃气轮机的暖机负荷进行动态调整、提高联合循环机组启动阶段的经济性，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种联合循环暖机负荷动态匹配方法，包括以下步骤：步骤S1、建立以燃料价格和上网电价为输入量、以燃气轮机的燃料消耗和发电出力为中间变量、以燃气轮机的IGV开度设定值和排烟温度设定值为输出量的燃气轮机动态特性模型；步骤S2、在联合循环机组启动暖机阶段，通过燃气轮机控制回路对燃气轮机的IGV开度及排烟温度进行调节，使燃气轮机的IGV开度值及排烟温度值与燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值及排烟温度设定值相匹配，实现燃气轮机暖机负荷的调节。
优选地，在步骤S2中，根据汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值对燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值进行修正，得到排烟温度修正设定值，燃气轮机控制回路调节燃气轮机的排烟温度值与排烟温度修正设定值相匹配。
优选地，在步骤S2中，当燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值大于汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和时，排烟温度修正设定值取排烟温度设定值；当燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值小于汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和时，排烟温度修正设定值取汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和。
优选地，步骤S1包括：在联合循环机组单循环运行时，通过试验调整燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，得到相应的燃气轮机发电出力和燃料消耗数据，获得数据样本；基于数据样本，结合燃料价格和上网电价数据建立燃气轮机动态特性模型。
优选地，燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值和排烟温度设定值为使下式中F取得最大值时对应的IGV开度值和排烟温度值：F＝发电出力×上网电价-燃料消耗×燃料价格。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
通过建立一个将燃气轮机的IGV开度设定值及排烟温度设定值与燃料价格及上网电价相关联的燃气轮机动态特性模型，由该燃气轮机动态特性模型计算出使联合循环机组在当前燃料价格和上网电价下具有最佳经济性的燃气轮机的IGV开度设定值和排烟温度设定值，并由燃气轮机控制回路根据燃气轮机动态特性模型的计算结果调节燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，从而调节汽轮机暖机期间燃气轮机的暖机负荷，能够达到提高联合循环机组启动阶段经济性的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的联合循环暖机负荷动态匹配方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明的联合循环暖机负荷动态匹配方法的一种实施例，本实施例的联合循环暖机负荷动态匹配方法用于在联合循环机组启动阶段、汽轮机暖机期间，对燃气轮机的暖机负荷进行动态调整。
具体地，本实施例的联合循环暖机负荷动态匹配方法包括以下步骤：
步骤S1、建立燃气轮机动态特性模型，该燃气轮机动态特性模型以燃料价格P1和上网电价P2为输入量、以燃气轮机的燃料消耗和发电出力为中间变量、以燃气轮机的IGV开度设定值K和燃气轮机的排烟温度设定值T为输出量。
优选地，在本实施例中，步骤S1中燃气轮机动态特性模型的建立包括：在联合循环机组单循环运行时，即在燃气轮机单独运行时，通过试验调整燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，得到相应的燃气轮机发电出力和燃料消耗数据，获得数据样本；基于该数据样本，结合燃料价格和上网电价数据建立燃气轮机动态特性模型。进一步，该燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值K和排烟温度设定值T为使下式中F取得最大值时对应的IGV开度值和排烟温度值：F＝发电出力×上网电价P2-燃料消耗×燃料价格P1。
通过该燃气轮机动态特性模型，将燃气轮机的IGV开度设定值K及排烟温度设定值T与燃料价格P1及上网电价P2相关联，在燃料价格P1和上网电价P2发生变化时，由该燃气轮机动态特性模型可以计算出使联合循环机组在当前燃料价格P1和上网电价P2下具有最佳经济性的燃气轮机的IGV开度设定值K和排烟温度设定值T。
步骤S2、在联合循环机组启动暖机阶段，通过燃气轮机控制回路对燃气轮机的IGV开度和排烟温度进行调节，使燃气轮机的IGV开度值及排烟温度值与燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值K及排烟温度设定值T相匹配，实现燃气轮机暖机负荷的调节。即在当前燃料价格P1和上网电价P2下，燃气轮机控制回路根据燃气轮机动态特性模型的计算结果调节燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，从而调节汽轮机暖机期间燃气轮机的暖机负荷，达到提高联合循环机组启动阶段经济性的目的。具体地，当燃气轮机的IGV开度增加时，燃气轮机的暖机负荷增加，反之则减小；当燃气轮机的排烟温度增加时，燃气轮机的暖机负荷增加，反之则减小。
进一步，由于联合循环机组在不同的状态(冷态、温态或热态)下启动时，汽轮机暖机阶段所要求的较佳的主蒸汽温度不同，在冷态或温态启动时，汽轮机暖机阶段所要求的主蒸汽温度较热态启动更低，为适应不同启动状态下汽轮机暖机阶段对主蒸汽温度的不同要求，本实施例在步骤S2中，根据汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0对燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T进行修正，得到排烟温度修正设定值T′，燃气轮机控制回路调节燃气轮机的排烟温度值与排烟温度修正设定值T′相匹配。
由于联合循环机组是用余热锅炉回收燃气轮机排出的烟气余热产生蒸汽注入汽轮机中，而余热锅炉中存在烟汽换热端差值ΔT，因此燃气轮机的排烟温度值应不小于汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0与该烟汽换热端差值ΔT之和，才能满足汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0的要求。因此，在本实施例的步骤S2中，根据汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0对燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T的修正为：将燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T与汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0与烟汽换热端差值ΔT之和(T0+ΔT)进行比较，取两者之中的较大值为排烟温度修正设定值T′。即当燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T大于汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0与烟汽换热端差值ΔT之和(T0+ΔT)时，排烟温度修正设定值T′取排烟温度设定值T；当燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T小于汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0与烟汽换热端差值ΔT之和(T0+ΔT)时，排烟温度修正设定值T′取汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0与烟汽换热端差值ΔT之和(T0+ΔT)。以保证燃气轮机控制回路根据排烟温度修正设定值T′调节的燃气轮机的排烟温度能够满足汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求。
综上所述，本实施例的联合循环暖机负荷动态匹配方法，通过建立一个将燃气轮机的IGV开度设定值K及排烟温度设定值T与燃料价格P1及上网电价P2相关联的燃气轮机动态特性模型，由该燃气轮机动态特性模型计算出使联合循环机组在当前燃料价格P1和上网电价P2下具有最佳经济性的燃气轮机的IGV开度设定值K和排烟温度设定值T，并由燃气轮机控制回路根据燃气轮机动态特性模型的计算结果调节燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，从而调节汽轮机暖机期间燃气轮机的暖机负荷，达到提高联合循环机组启动阶段经济性的目的。并进一步根据汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值T0对燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值T进行修正，能够适应不同启动状态下汽轮机暖机阶段对主蒸汽温度的不同要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种联合循环暖机负荷动态匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、建立以燃料价格和上网电价为输入量、以燃气轮机的燃料消耗和发电出力为中间变量、以燃气轮机的IGV开度设定值和排烟温度设定值为输出量的燃气轮机动态特性模型，所述燃气轮机动态特性模型的建立包括：在联合循环机组单循环运行时，即在燃气轮机单独运行时，通过试验调整燃气轮机的IGV开度值和排烟温度值，得到相应的燃气轮机发电出力和燃料消耗数据，获得数据样本；基于该数据样本，结合燃料价格和上网电价数据建立所述燃气轮机动态特性模型；
步骤S2、在联合循环机组启动暖机阶段，通过燃气轮机控制回路对燃气轮机的IGV开度及排烟温度进行调节，使燃气轮机的IGV开度值及排烟温度值与所述燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值及排烟温度设定值相匹配，实现燃气轮机暖机负荷的调节。
2.根据权利要求1所述的联合循环暖机负荷动态匹配方法，其特征在于，在所述步骤S2中，根据汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值对所述燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值进行修正，得到排烟温度修正设定值，所述燃气轮机控制回路调节所述燃气轮机的排烟温度值与所述排烟温度修正设定值相匹配。
3.根据权利要求2所述的联合循环暖机负荷动态匹配方法，其特征在于，在所述步骤S2中，当所述燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值大于所述汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和时，所述排烟温度修正设定值取所述排烟温度设定值；当所述燃气轮机动态特性模型输出的排烟温度设定值小于所述汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和时，所述排烟温度修正设定值取所述汽轮机暖机阶段的主蒸汽温度需求值与烟汽换热端差值之和。
4.根据权利要求1所述的联合循环暖机负荷动态匹配方法，其特征在于，所述燃气轮机动态特性模型输出的IGV开度设定值和排烟温度设定值为使下式中F取得最大值时对应的IGV开度值和排烟温度值：F＝发电出力×上网电价-燃料消耗×燃料价格。
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