CN110309523A - 一种燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气‑蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，属于燃气‑蒸汽联合循环发电技术领域，尤其在E级联合循环系统经济指标管理方面。燃气‑蒸汽联合循环发电机组对标管理体系的建立包括两个方面：一方面确定对标的指标包括哪些，即建立对标的指标体系；另一个方面，鉴于行业对标通常采用供电气耗、厂用电率等指标，为消除边界条件（机组负荷率、环境因素、供热因素、增压机、脱硝系统等）的影响，需要确定各边界条件对供电气耗和厂用电率的修正系数（量）。本发明能实现燃气‑蒸汽联合循环发电机组能耗指标的对标，提高燃气‑蒸汽联合循环发电机组能耗指标管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理，属于燃气-蒸汽联合循环发电技术领域，尤其在E级联合循环系统经济指标管理方面。
背景技术
自2003年国家首次打捆招标引进重型燃机开始，我国燃气-蒸汽联合循环发电机组装机容量得到快速发展，截至2016年底，全国燃气-蒸汽联合循环发电机组装机容量达到7008万kW，占火力发电机组总装机容量的6.65％，(全口径火力发电机组装机容量为105388万kW)，近五年年均增长14.5％，天然气发电量为1881亿kWh，占火力发电机组发电量的4.39％(全国火力发电机组总发电量42886亿kWh)，近五年年均增长17.7％。
能耗指标对标管理理念已经提出多年，常规燃煤发电机组已经形成较为完整的生产指标对标管理体系，各发电企业之间的指标对标工作有序开展，为燃煤机组的节能监督、能效提升提供有力的保障，如申请号为201610546953.7的中国专利。但是以天然气为燃料的燃气-蒸汽联合循环发电机组，因受制于多方面的原因，指标对标管理发展比较缓慢，主要表现在：(1)行业标准不健全。由于国内燃气发电技术发展时间较短，相关标准体系尚不完善，各发电集团和发电企业自主性较强，缺乏行业的统一性；(2)行业对标沟通不顺畅。各大发电集团(包括五大发电集团和地方发电集团)燃机结构不平衡，对燃机的管理需求也不尽相同，因此需要从行业层面加强沟通，完善燃机对标机制。(3)企业内部对标管理体系不完善。由于行业、各集团缺乏燃气-蒸汽联合循环发电机组对标管理相关标准、导则或制度，导致燃气发电企业内部对标管理体系建设缺乏合理的依据。
鉴于我国燃气-蒸汽联合循环发电机组装机容量在火力发电机组装机容量的比重逐步增加，燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标的管理水平对能源利用水平的影响增大，迫切需要完善燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系及相关标准，规范燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标管理，提高燃气发电能耗指标管理水平，保证我国燃气发电行业快速、健康地发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而建立燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，以实现燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标的对标，提高燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标管理水平。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：燃气-蒸汽联合循环发电机组对标管理体系的建立包括两个方面：一方面确定对标的指标包括哪些，即建立对标的指标体系；另一个方面，鉴于行业对标通常采用供电气耗、厂用电率等指标，为消除边界条件(机组负荷率、环境因素、供热因素、增压机、脱硝系统等)的影响，需要确定各边界条件对供电气耗和厂用电率的修正系数(量)。
对标指标体系是燃气发电企业生产技术主要工作的综合反映，是开展对标分析和评价的基础，能够为企业分析原因、查找管理差距、明确改进方向提供依据。发电企业所选取的对标指标应满足以下条件：①所选择的指标能够反映企业整体能耗水平；②所选取的指标能够反映主要工艺流程、环节的能耗水平，这类指标是在①的基础上进行的细化，与①具有直接的影响关系；③所选取的指标还包括关键系统和设备的重要参数指标，这类指标是影响系统和设备能耗水平的重要因素，是能耗水平产生差异的具体原因和直观表现。
供电气耗的统计考虑当地气温条件、燃料成分、出力系数(负荷率)、启动次数、供热、冷却方式、入厂天然气增压系统及脱硝系统这些边界条件，各边界条件对供电气耗的影响是通过对发电气耗和发电厂用电率计算的。
当地气温对燃气-蒸汽联合循环发电机组的影响分为三个方面：①气温变化对燃气轮机的出力和效率产生影响；②气温变化对燃气轮机排烟温度产生影响，进而影响余热锅炉蒸汽参数，最终对汽轮机出力和效率产生影响；③气温变化对冷却水温产生影响，导致凝汽器真空变化，进而影响汽轮机出力和效率。
燃料成分的影响依据不同设备厂家提供的燃气-蒸汽联合循环发电机组性能修正曲线，获得不同机型不同碳氢质量比下，燃料低位热值与联合循环热耗修正系数的数据，并进行数据汇总、制图、图表分析、曲线拟合。
出力系数和启动次数的修正系数确定是通过对一定时间范围内，16台400MW级和12台200MW级机组的一千多组实际生产运行数据的统计分析得出。
供热对机组供电标准气耗的修正系数计算公式为：
供热机组修正量＝0.878×Cpi×Rpi×(统计期供热气耗/31.88)；
其中，Rpi为机组统计期内供热量与发电量数据比值，
0.878为供电标准煤耗修正量折算为标准供电标准气耗的系数，计算方法：标煤热值(29270)/标准天然气热值(33350)＝0.878；
Cpi为不同抽汽压力供热时的供电煤耗调整系数，用下列公式计算，
确定修正系数的前提条件是假设在各种冷却方式下，机组真空相同；以H≤10m的直流冷却方式(开式冷却)为基准，修正系数取1.0；H＞10m时，考虑循环水泵由于扬程增加导致的耗功增加对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+(H－10)÷H×循环水泵耗电率)；对于配置机械通风冷却塔的循环冷却方式，考虑机械通风冷却塔风机耗电率对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+机力塔耗电率)；对于配置自然通风冷却塔的循环冷却方式，考虑其与直流冷却方式的厂用电不同对供电标准气耗的影响，通过对各机组生产数据统计分析，修正系数取1.002。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明建立了完善的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标体系，对标指标层级分明，便于不同岗位人员针对性地选择对标指标。通过对大数据的统计分析、机组热力性能的仿真计算，明确了各边界因素的修正系数获取方法，便于工作人员快速计算边界因素对综合指标的影响大小，并作出修正，保证对标结果的公平、合理。
附图说明
图1是本发明实施例中E级分轴燃气-蒸汽联合循环热系统示意图。
图2是本发明实施例中出力系数对供电标准气耗修正系数图。
图3是本发明实施例中启动次数对供电标准气耗修正系数(f0取1.8％)图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
燃气-蒸汽联合循环发电机组对标管理体系的建立包括两个方面：一方面确定对标的指标包括哪些，即建立对标的指标体系；另一个方面，鉴于行业对标通常采用供电气耗、厂用电率等指标，为消除边界条件(机组负荷率、环境因素、供热因素、增压机、脱硝系统等)的影响，需要确定各边界条件对供电气耗和厂用电率的修正系数(量)。
1、建立对标指标体系
对标指标体系是燃气发电企业生产技术主要工作的综合反映，是开展对标分析和评价的基础，能够为企业分析原因、查找管理差距、明确改进方向提供依据。发电企业所选取的对标指标应满足以下三点要求：①所选择的指标应能够反映企业整体能耗水平；②所选取的指标应能够反映主要工艺流程、环节的能耗水平，这类指标是在第一类指标的基础上进行的细化，与第一类指标具有直接的影响关系；③所选取的指标还应包括关键系统和设备的重要参数指标，如压力、温度和背压等，这类指标是影响系统和设备能耗水平的重要因素，是能耗水平产生差异的具体原因和直观表现。根据以上三点要求，可建立起层级分明的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标体系，不仅可以用于分析运行因素对核心指标的影响程度与规律，还便于掌握、分析机组各系统、设备的技术性能。根据以上要求，建立燃气-蒸汽联合循环对标指标体系，参见附图1。
2、燃气-蒸汽联合循环发电机组容量等级的划分
我国燃气-蒸汽联合循环发电机组机组以GE公司的PG6111FA、PG9171E、PG93511FA，西门子的SGT-2000E、SGT-4000F和三菱M701F等机型为主，机组型式各有不同。
3、边界条件对供电气耗修正系数(量)的确定
供电气耗的统计考虑当地气温条件、燃料成分、出力系数(负荷率)、启动次数、供热、冷却方式、入厂天然气增压系统及脱硝系统等边界条件，各边界条件对供电气耗的影响是通过对发电气耗和发电厂用电率计算的。
3.1、当地气温条件修正系数S1
当地气温对燃气-蒸汽联合循环发电机组的影响可分为三个方面：①气温变化对燃气轮机的出力和效率产生影响；②气温变化对燃气轮机排烟温度产生影响，进而影响余热锅炉蒸汽参数，最终对汽轮机出力和效率产生影响；③气温变化对冷却水温产生影响，导致凝汽器真空变化，进而影响汽轮机出力和效率。由于这三个方面的影响存在很强的耦合关系，传统的热力计算方法难以确定气温对燃气-蒸汽联合循环发电机组发电气耗的综合影响，本实施例中的标准采用热力学仿真软件进行变工况计算分析。
利用Thermoflow分别建立GE 6111F、GE PG7171E、PG9351FA、西门子SGT-2000E、SGT-4000F、三菱M701F4等机型的热力学仿真计算模型，以ISO工况(大气温度＝15℃、大气压力101.3kPa、相对湿度＝60％)为基准进行不同气温条件的变工况计算，可得到供电气耗修正系数如下。
从中可以看出，当大气温度在-4℃～8℃，10℃～22℃、22℃～40℃范围内修正系数相差较小，因此将大气温度对各容量等级燃气-蒸汽联合循环发电机组供电标准气耗的修正系数如下表所示。
3.2、燃料成分修正系数S2
依据不同设备厂家提供的燃气-蒸汽联合循环发电机组性能修正曲线(包括GE、三菱、西门子公司的E级、F级燃气-蒸汽联合循环发电机组)，获得不同机型不同碳氢质量比下，燃料低位热值与联合循环热耗修正系数的数据，并进行数据汇总、制图、图表分析、曲线拟合。鉴于各碳氢质量比下拟合得到的多条曲线皆为直线，故求取曲线均值，即相交直线的角平分线作为燃料低位热值与燃气-蒸汽联合循环发电机组热耗修正系数的关系曲线，由此获得400MW等级、200MW及以下等级函数关系式，由于当前国内100MW机组装机容量较小，相关的设计资料、运行数据不够充分，因此100MW等级机组相关指标修正系数暂时参考200MW等级机组，以下各修正系数相同。
因为供电标准气耗与燃气-蒸汽联合循环发电机组热耗成正比关系，所以获得拟合曲线函数关系式即能表达各个碳氢质量比下的燃料低位热值与供电标准气耗修正系数，如下表所示。
3.3、出力系数(负荷率)修正系数S3
出力系数修正系数的确定是通过对2015年至2017年时间范围内，16台400MW级和12台200MW级机组的一千多组实际生产运行数据的统计分析。对数据统计分析发现燃气-蒸汽联合循环发电机组负荷率基本上集中在50％-90％范围内。分别将数据拟合成线性函数、多项式函数、指数函数和幂函数，且根据机组负荷特性，分段幂函数修正更为合理。
当负荷率小于等于75％时，由统计趋势线分析得出：①400MW级修正系数的函数为：x-0.17；②200MW级修正系数的函数为：x-0.18；当负荷率大于75％时，由统计趋势线分析得出：①400MW级修正系数的函数为：x-0.05；②200MW级修正系数的函数为：x-0.07。机组出力系数与供电气耗的拟合函数关系如图2所示。
出力系数对供电气耗修正系数汇总如下表所示
3.4、启动次数修正系数S4
启动次数主要通过影响机组发电厂用电率来影响供电标准气耗，因此首先应确定启动次数对厂用电率的影响，其修正系数同样是通过对收集到的一千多组数据进行统计分析确定。通过对启动次数与发电厂用电率的数据拟合(如图3)，得出如下函数：
①400MW级：y＝0.0057x+f0，
其中x为1千等效利用小时内的启动次数，f0为机组设计发电厂用电率。
最终可得出修正偏差为0.0057×N÷EOH×1000/100，简化为5.7×N÷EOH/100。
②200MW级：y＝0.0062x+f0
可得出修正偏差6.2×N÷EOH/100。
(N为统计期启动次数，EOH为统计期等效利用小时数)；
根据机组耗差特性，厂用电率每增加1％，机组供电标准气耗增加1％，从而可以得出启动次数对供电标准气耗的修正系数为：
①400MW等级：
1+0.0057％×N÷EOH×1000，简化为1+5.7％×N÷EOH；
②200MW及以下等级：
1+0.0062％×N÷EOH×1000，简化为1+6.2％×N÷EOH。
启动次数对供电气耗修正系数汇总如下表所示：
3.5、供热修正系数S5
供热对机组供电标准气耗的修正系数参照华电集团公司燃煤机组供热修正系数计算方法，计算公式为：
供热机组修正量＝0.878×Cpi×Rpi×(统计期供热气耗/31.88)
其中，Rpi为机组统计期内供热量与发电量数据比值，
0.878为供电标准煤耗修正量折算为标准供电标准气耗的系数，计算方法：标煤热值(29270)/标准天然气热值(33350)＝0.878。
Cpi为不同抽汽压力供热时的供电煤耗调整系数，用下列公式计算，
3.6、冷却方式修正系数S6
确定本修正系数的前提条件是假设在各种冷却方式下，机组真空相同。以H≤10m的直流冷却方式(开式冷却)为基准，修正系数取1.0；H＞10m时，考虑循环水泵由于扬程增加导致的耗功增加对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+(H－10)÷H×循环水泵耗电率)；对于配置机械通风冷却塔的循环冷却方式，应考虑机械通风冷却塔风机耗电率对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+机力塔耗电率)；对于配置自然通风冷却塔的循环冷却方式，应考虑其与直流冷却方式的厂用电不同对供电标准气耗的影响，通过对华电集团公司机组生产数据统计分析，修正系数取1.002。
冷却方式修正系数汇总如下表
3.7、入厂天然气增压系统修正系数S7
入场天然气增压系统主要因为增压机影响厂用电率进而影响机组供电标准气耗，影响系数为1+增压机耗电率。
3.8、脱硝系统修正系数S8
脱硝系统主要因为脱硝相关辅机耗电进而影响机组供电标准气耗，影响系数为1+脱硝系统耗电率。
3.9、供电标准气耗折算值计算
供电标准气耗折算值＝供电标准气耗完成值/(S1×S2×S3×S4×S6×S7×S8)+S5
4、边界条件对厂用电率修正系数
发电厂用电率的折算考虑机组出力系数(负荷率)、启动次数、冷却方式、入场天然气增压系统、脱硝系统等边界条件。
4.1、机组出力系数(负荷率)修正值L1
通过机组出力系数与发电厂用电率的数据统计分析得出如下函数：
①400MW级幂函数：y＝f0·F-0.47
其中f0为机组设计发电厂用电率
②200MW级幂函数：y＝f0·F-0.43
因发电厂用电率修正为偏差加减关系，同时考虑统计数据的样本量较少和电厂变频泵等因素的影响，此选折损系数0.7，得出负荷率对发电厂用电率的修正偏差为：
400MW等级：0.7×(F-0.47-1)·f0
200MW等级：0.7×(F-0.43-1)·f0
4.2、启动次数修正值L2
计算过程参见3.4中启动次数修正系数部分。
4.3、冷却方式修正值L3
确定本修正系数的前提条件是假设在各种冷却方式下，机组真空相同。以H≤10m的直流冷却方式为基准，修正系数取0；H＞10m时，考虑循环水泵由于扬程增加导致的耗功增加对发电厂用电率的影响，修正系数取((H-10)÷H×循环水泵用电率)；对于配置机械通风冷却塔的循环冷却方式，应考虑机械通风冷却塔风机耗电率对发电厂用电率的影响，修正系数取(机力塔耗电率)；对于配置自然通风冷却塔的循环冷却方式，应考虑其与直流冷却方式的循泵耗电不同对发电厂用电率的影响，修正系数取0.2％，根据燃气-蒸汽联合循环发电机组的报表数据统计得出。
4.4、入厂天然气增压系统修正值L4
入场天然气增压系统的修正值为增压机的耗电率。
4.5、脱硝系统修正值L5
脱硝系统的修正值为脱硝系统的耗电率。
4.6、厂用电率折算值计算
发电厂用电率折算值＝发电厂用电率完成值-L1-L2-L3-L4-L5
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，建立过程包括：(1)确定对标的指标，即建立对标的指标体系；(2)鉴于行业对标通常采用供电气耗和厂用电率两个指标，为消除边界条件的影响，确定各边界条件对供电气耗和厂用电率的修正系数。
2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，所述边界条件的影响分为机组负荷率、环境因素、供热因素、增压机和脱硝系统的影响。
3.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，发电企业所选取的对标指标满足以下条件：①所选择的指标能够反映企业整体能耗水平；②所选取的指标能够反映主要工艺流程、环节的能耗水平，这类指标是在①的基础上进行的细化，与①具有直接的影响关系；③所选取的指标还包括关键系统和设备的重要参数指标，这类指标是影响系统和设备能耗水平的重要因素，是能耗水平产生差异的具体原因和直观表现。
4.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，供电气耗的统计考虑当地气温条件、燃料成分、出力系数、启动次数、供热、冷却方式、入厂天然气增压系统及脱硝系统这些边界条件，各边界条件对供电气耗的影响是通过对发电气耗和发电厂用电率计算的。
5.根据权利要求4所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，当地气温对燃气-蒸汽联合循环发电机组的影响分为三个方面：①气温变化对燃气轮机的出力和效率产生影响；②气温变化对燃气轮机排烟温度产生影响，进而影响余热锅炉蒸汽参数，最终对汽轮机出力和效率产生影响；③气温变化对冷却水温产生影响，导致凝汽器真空变化，进而影响汽轮机出力和效率。
6.根据权利要求4所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，燃料成分的影响依据不同设备厂家提供的燃气-蒸汽联合循环发电机组性能修正曲线，获得不同机型不同碳氢质量比下，燃料低位热值与联合循环热耗修正系数的数据，并进行数据汇总、制图、图表分析、曲线拟合。
7.根据权利要求4所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，出力系数和启动次数的修正系数确定是通过对一定时间范围内，16台400MW级和12台200MW级机组的一千多组实际生产运行数据的统计分析得出。
8.根据权利要求4所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，供热对机组供电标准气耗的修正系数计算公式为：
供热机组修正量＝0.878×Cpi×Rpi×(统计期供热气耗/31.88)；
其中，Rpi为机组统计期内供热量与发电量数据比值，
0.878为供电标准煤耗修正量折算为标准供电标准气耗的系数，计算方法：标煤热值(29270)/标准天然气热值(33350)＝0.878；
Cpi为不同抽汽压力供热时的供电煤耗调整系数，用下列公式计算，
9.根据权利要求4所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组能耗指标对标管理体系，其特征在于，确定修正系数的前提条件是假设在各种冷却方式下，机组真空相同；以H≤10m的直流冷却方式为基准，修正系数取1.0；H＞10m时，考虑循环水泵由于扬程增加导致的耗功增加对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+(H－10)÷H×循环水泵耗电率)；对于配置机械通风冷却塔的循环冷却方式，考虑机械通风冷却塔风机耗电率对供电标准气耗的影响，修正系数取(1+机力塔耗电率)；对于配置自然通风冷却塔的循环冷却方式，考虑其与直流冷却方式的厂用电不同对供电标准气耗的影响，通过对各机组生产数据统计分析，修正系数取1.002。
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|---|---|---|---|---|
| CN112627921A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-09 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种燃气-蒸汽联合循环机组运行优化决策方法 |
| CN114280385A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-05 | 北京京能高安屯燃气热电有限责任公司 | 一种基于实时监测的厂用电三相电压平衡判断方法 |
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