CN109185084B - 一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，本发明根据太阳能联合循环系统三压再热余热锅炉中蒸汽(给水)热力循环特点，将余热锅炉按照不同压力等级进行拆分，再计算太阳能在三个蒸汽透平中的净输出功率，进一步求出太阳能在底循环的贡献度。本发明提出的新的太阳能贡献度计算方法，考虑了余热锅炉三股不同压力给水(蒸汽)的品位差异以及太阳能引入前后烟气‑蒸汽(给水)换热效率的改变，并将余热锅炉按照不同压力等级进行拆分，细化至各个换热面进行
分析，其计算过程已经包括各换热面换热效率、给水(蒸汽)流量以及节点温度等因素的改变情况。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能联合循环发电技术领域，特别是涉及太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法。
背景技术
太阳能热互补燃气蒸汽联合循环，简称ISCC(Integrated Solar Combined CycleSystem),是把太阳能热集成到先进高效的燃气轮机联合循环系统中。该系统将太阳能聚光集热系统引入联合循环中蒸汽底循环，太阳能集热场聚集到的热量起到加热给水或蒸汽的作用，以此提高朗肯循环(底循环)的做功量，从而增大能源发电效率。太阳能热互补燃气蒸汽联合循环作为一种太阳能热与天然气互补联合循环发电系统的新形式，在提高太阳能发电出力的同时还实现了清洁能源的可持续协调发展，已越来越多的受到世界各地的关注及认可。
太阳能热互补燃气联合循环发电是通过太阳能加热蒸汽的形式将太阳能的热量耦合引入联合循环机组，兼具了太阳能热发电的环保性和联合循环机组容量大、效率高、运行稳定的优点。
然而，在此系统中，太阳能和燃气均以热量的形式输入系统，太阳能所带来的额外发电量中的份额，即太阳能的贡献度，难以准确区分，目前尚无普遍接受的太阳能贡献度评价方法。
传统太阳能贡献度计算方法是将余热锅炉看作一个整体(换热器)，燃机排烟和太阳能热分别作为两个输入热源，无论是利用热量输入法还是
输入法计算，均没有考虑余热锅炉内部各个受热面换热情况的改变。传统的“参考电站法”和“按热量比例分配法”就是基于“量”的角度来计算太阳能贡献度，忽略了太阳能的热量与化石燃料的热量“质”上的区别。“参考电站法”中忽视了太阳能的集成加入改变了原系统的热力特性，简单的认为耦合太阳能后消耗的燃料量乘以耦合前燃气-蒸汽联合循环系统(GTCC)的热效率(ηGTCC)便是耦合后化石燃料所发的电量。“按热量比例分配法”主观的认为太阳能和化石燃料在发电能力上并无差异,简单的认为输入的太阳能热量和化石燃料热量的比例与各自所发的电的比例相同。
因此希望有一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，以解决现有技术中的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，考虑了余热锅炉三股不同压力给水(蒸汽)的品位差异以及太阳能引入前后烟气-蒸汽(给水)换热效率的改变，以基准GTCC模型中余热锅炉的换热情况和烟气的做功能力为基准条件，在此条件下分析太阳能引入后对余热锅炉内部换热情况以及做功的影响。
本发明公开了一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，所述太阳能贡献度的计算方法包括以下步骤：
步骤1：根据太阳能联合循环系统中的三压再热余热锅炉中蒸汽给水热力循环，以不同给水的蒸汽压力为界点，将三压再热余热锅炉分为高压区、中压区和低压区；
步骤2：计算高压区的高压缸实际输出功率，再计算高压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在高压缸所做的实际功率，太阳能在高压缸的净输出功率为高压缸的实际输出功率减去烟气产生的蒸汽在高压缸所做的实际功率；
步骤3：计算中压区的中压缸实际输出功率，再计算中压区每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在中压缸中所做的实际功率，太阳能在中压缸的净输出功率为中压缸实际输出功率减去烟气产生的蒸汽在中压缸中所做的实际功率；
步骤4：计算低压区的低压缸实际输出功率，再计算低压区每个换热面在引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率，太阳能在低压缸的净输出功率为低压缸实际功率减去烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率；
步骤5：太阳能在底循环中的净输出功率为太阳能在高压透平、中压透平和低压透平中的净输出功率之和，所述太阳能在底循环中的净输出功率与总输出功率的比值为太阳能在底循环的贡献度。
优选地,所述中压区存在再热过程为所述高压缸的排气与中压饱和蒸汽混合后又经历品位提升的过程。
优选地,进入所述中压区的中压缸之前的蒸汽热量包括3部分，分别为：所述高压缸的排汽热量、所述中压区的烟气再热热量和中压给水再热器之前吸收的热量。
优选地,所述步骤2中计算高压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在高压缸所做实际功率的步骤包括：
①计算所述高压区中每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
②所述高压区的烟气实际输出给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气-蒸汽联合循环系统(GTCC)对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述高压缸所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在高压缸所做功率,MW；
优选地,所述步骤3中计算中压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在中压缸所做实际功率的步骤包括：
①计算所述中压区每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
②所述中压区的烟气实际输给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气-蒸汽联合循环系统(GTCC)对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述中压缸实际所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在中压缸所做功率,MW；
优选地,所述步骤4中计算低压区每个换热面在引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率的步骤包括：
①计算所述低压区每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
②所述低压区的烟气实际输给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气-蒸汽联合循环系统(GTCC)比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述低压缸实际所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸所做功率,MW；
本发明公开了一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，所述计算方法将余热锅炉按照不同压力等级进行拆分，细化至各个换热面进行
分析，计算过程包括各换热面换热效率、给水(蒸汽)流量以及节点温度等因素的改变情况，本发明将太阳能热至功转换过程细化，按照实际蒸汽(给水)吸热做功的流程并考虑太阳能引入前后换热效率的改变，计算太阳能在不同压力段的实际功率，以此求得太阳能的贡献度。
附图说明
图1是搭配三压再热余热锅炉的燃气蒸汽联合循环系统示意图。
图2是本发明的太阳能热互补燃气蒸汽联合循环系统底循环太阳能贡献度计算方法流程示意图。
图3是本发明实施例中的太阳能热互补燃气蒸汽联合循环系统太阳能集成位置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，ISCC系统中的三压再热余热锅炉包括：汽轮机高压缸1；汽轮机中压缸2；汽轮机低压缸3；低压省煤器4；低压蒸发器5；低压过热器6；中压省煤器7；中压蒸发器8；中压过热器9；第一级高压省煤器10；第二级高压省煤器11；高压蒸发器12；高压过热器13；再热器14。
步骤1：本文采用的ISCC系统中的三压再热余热锅炉中蒸汽(给水)热力循环特点，以不同给水蒸汽压力为界点，分为高压区、中压区、低压区。
如图2所示，高压换热区包括第一级高压省煤器10、第二级高压省煤器11、高压蒸发器12和高压过热器13；中压换热区包括中压省煤器7、中压蒸发器8、中压过热器9和再热器14；低压换热区包括低压省煤器4、低压蒸发器5和低压过热器6。
步骤2：把整个ISCC系统的底循环分为三个做功区域后，按照图2的计算流程依次进行计算。首先是高压区，计算高压区每个换热面蒸汽(给水)从烟气中获取的收益
将结果求和即为高压区烟气实际输给蒸汽的
将求和结果与基准GTCC系统对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在高压缸实际所作功率：
再用实际高压缸功率减去烟气产生的蒸汽实际所作功率即为太阳能在高压缸净输出功率:
进一步,根据实际高压缸输出功率求得太阳能热在高压缸中的贡献度:
步骤3：中压区存在再热过程，高压缸的排气与中压饱和蒸汽混合后又经历一个品位提升的过程。可以认为蒸汽从初始品位提升至高品位，然后进入中压缸做功，蒸汽降低至低品位(低于初始品位值)。所以中压缸的功率并不全是中压区烟气提供的，还有一部分来自于高压缸排汽(初始品位)。中压区的计算方法是将中压缸之前蒸汽的热量来源分为三部分，分别是高压缸排汽、中压区烟气再热和中压给水再热器之前吸收的热量。其中除去太阳能外的其他热量在中压缸的做功为：
再用实际中压缸功率减去实际烟气产生的蒸汽所作功率即为太阳能在中压缸净输出功率:
进一步,根据实际中压缸输出功率求得太阳能热在中压缸中的贡献度:
步骤4：进一步，低压区没有再热过程，与中压区计算思路相同，其中，计算低压区每个换热面蒸汽(给水)从烟气中获取的收益
将结果求和即为低压区烟气实际输给蒸汽的
将求和结果与基准GTCC系统对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸中实际做的功率：
再用实际低压缸功率减去实际烟气所做功率即为太阳能在低压缸净输出功率:
进一步,根据实际低压缸输出功率求得太阳能热在低压缸中的贡献度:
步骤5：更进一步的将太阳能在三个蒸汽透平中的净输出功率P’s求和即为
太阳能在底循环中的净输出功率Ps：
与总输出功率的比值为太阳能在底循环的贡献度：α＝Ps×(PHRSG)-1。
如图3所示，其中，在图1GTCC的基础上引入了太阳能集热场，把太阳能集成到了高压蒸发器(HPB)，下面结合算例，对太阳能输入到系统中的功率为30MW，集成位置为高压蒸发器HPB条件下，运用本发明的ISCC系统底循环太阳能贡献度新型计算方法进行太阳能贡献度的计算。
表1太阳能贡献度计算数据
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法， 包括以下步骤：
步骤1：根据太阳能联合循环系统中的三压再热余热锅炉中蒸汽给水热力循环，以不同给水的蒸汽压力为界点，将三压再热余热锅炉分为高压区、中压区和低压区；
其特征在于，所述计算方法还包括：
步骤2：计算高压区的高压缸实际输出功率，再计算高压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在高压缸所做的实际功率，太阳能在高压缸的净输出功率为高压缸的实际输出功率减去烟气产生的蒸汽在高压缸所做的实际功率；
步骤3：计算中压区的中压缸实际输出功率，再计算中压区每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在中压缸中所做的实际功率，太阳能在中压缸的净输出功率为中压缸实际输出功率减去烟气产生的蒸汽在中压缸中所做的实际功率；
步骤4：计算低压区的低压缸实际输出功率，再计算低压区每个换热面在引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率，太阳能在低压缸的净输出功率为低压缸实际功率减去烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率；
步骤5：太阳能在底循环中的净输出功率为太阳能在高压透平、中压透平和低压透平中的净输出功率之和，所述太阳能在底循环中的净输出功率与总输出功率的比值为太阳能在底循环的贡献度。
2.根据权利要求1所述的太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，其特征在于：所述中压区存在再热过程为所述高压缸的排气与中压饱和蒸汽混合后又经历品位提升的过程。
3.根据权利要求2所述的太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，其特征在于：进入所述中压区的中压缸之前的蒸汽热量包括3部分，分别为：所述高压缸的排汽热量、所述中压区的烟气再热热量和中压给水再热器之前吸收的热量。
4.根据权利要求1所述的太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，其特征在于：所述步骤2中计算高压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在高压缸所做实际功率的步骤包括：
①计算所述高压区中每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
；
②所述高压区的烟气实际输出给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气蒸汽联合循环系统对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述高压缸所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在高压缸所做功率；
为引入太阳能之前的燃气蒸汽联合循环系统中烟气产生的蒸汽在高压缸所做功率；
为太阳能热互补燃气蒸汽联合循环系统中高压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量；
为基准燃气-蒸汽联合循环系统中高压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量。
5.根据权利要求1所述的太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，其特征在于：所述步骤3中计算中压区的每个换热面在引入太阳能后由烟气产生的蒸汽在中压缸所做实际功率的步骤包括：
①计算所述中压区每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
；
②所述中压区的烟气实际输给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气蒸汽联合循环系统对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述中压缸实际所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在中压缸所做功率；
为引入太阳能之前的燃气-蒸汽联合循环系统中烟气产生的蒸汽在中压缸所做功率；
为太阳能热互补燃气蒸汽联合循环系统中中压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量；
为基准燃气-蒸汽联合循环系统中中压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量。
6.根据权利要求1所述的太阳能联合循环发电底循环太阳能贡献度的计算方法，其特征在于：所述步骤4中计算低压区每个换热面在引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸中所做的实际功率的步骤包括：
①计算所述低压区每个换热面蒸汽给水从烟气中获取的收益
；
②所述低压区的烟气实际输给蒸汽的
为步骤①的求和；
③将步骤②求和结果与基准燃气蒸汽联合循环系统对比，根据二者的比例则可得到引入太阳能后烟气产生的蒸汽在所述低压缸实际所做功率：
其中，
为引入太阳能后烟气产生的蒸汽在低压缸所做功率；
为引入太阳能之前的燃气-蒸汽联合循环系统中烟气产生的蒸汽在低压缸所做功率；
为太阳能热互补燃气蒸汽联合循环系统中低压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量；
为基准燃气-蒸汽联合循环系统中低压区的烟气实际输出给蒸汽的
的总量。
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| CN109185084A (zh) | 2019-01-11 |
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Legal Events
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