燃气-蒸汽联合循环机组供热期调峰能力研究进展

王 坤张 利张应田王梓越李国豪屈 斌

（1国网天津市电力公司电力科学研究院 天津 300384 2天津市电力科技发展有限公司 天津 300384）

燃气-蒸汽联合循环机组供热期调峰能力研究进展

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（1国网天津市电力公司电力科学研究院 天津 300384 2天津市电力科技发展有限公司 天津 300384）

近年来，受到节能减排、空气污染控制等环保要求的影响，燃气-蒸汽联合循环机组在我国电力装机中所占的比例逐年增加。燃气-蒸汽联合循环机组具有热效率高、三废排放少、占地面积小、水资源消耗少、运行维护方便和启动快等优点。本文首先总结了燃气-蒸汽联合循环机组调峰能力的研究现状，针对机组供热运行模式多样和启动速度快两方面进行了详细的介绍。然后，基于国内燃气-蒸汽联合循环机组的应用现状，提出联合循环机组在供热期电网调峰的研究方向，对联合循环机组的供热调峰性能进行优化。

燃气-蒸汽联合循环机组；供热；运行模式；调峰

1 前言

随着经济和社会的发展，热负荷需求不断增长，大力发展热电联产是满足热负荷需求，提高能源综合利用效率和环保水平的重要举措。近年来，受到节能减排、空气污染控制等环保要求的影响，燃气-蒸汽联合循环供热机组在我国电力装机中所占的比例逐年增加。燃气-蒸汽联合循环机组具有热效率高、三废排放少、占地面积小、水资源消耗少、运行维护方便和启动快等优点。特别是在北方地区，采暖需求量大且集中、空气质量要求严格，燃气-蒸汽联合循环供热机组的这些优势表现的更为显著。

以往为保证联合循环机组供热和稳定运行，一定比例的燃机联合循环供热机组按“以热定电”方式运行，无法参与系统调峰。在电网峰谷差日益加大、供热装机容量所占比重日益提高的情况下，整个电网的调峰能力受到越来越大的制约。以天津电网为例，2014年天津电网平均峰谷差率达到29.04%，受恶劣天气的影响造成日负荷剧烈变化、冬季供热对机组出力调节范围明显限制、日益凸显的风电反调峰问题等诸多因素对电网的调峰运行造成极大困难。因此，通过对供热机组不同供热工况下调峰能力进行研究，对电网和热网更好的协调调控有着重要的意义。

2 燃气-蒸汽联合循环机组及热电联产简介

燃气轮机是一种以气体作为工质、内燃、连续回转的、叶轮式热能动力机械，它主要由压气机、燃烧室和燃气透平三大部件和其他辅助系统设备组成，常用的燃气轮机的发电效率为45-52%之间。然后，采用高温燃机循环与发电系统常用的郎肯循环联合的方式，将燃气轮机高温排气引入余热锅炉，产生过热蒸汽驱动汽轮发电机组对外发电，形成燃气-蒸汽联合循环机组，提高了机组的热效率，目前最大容量的燃气-蒸汽联合循环机组的热效率可以达到60%[1]。

根据燃气轮机的出力划分：B级燃气轮机出力小于等于100MW；E级燃气轮机出力介于100MW-200MW之间；F级燃气轮机出力介于200MW-300MW之间；而更高等级的G级和H级则在300MW-400MW之间。目前，国内应用较多的为E级和F级燃气轮机组，例如在天津地区，天津陈塘热电有限公司配置M701F4型F级燃气轮机、华能临港（天津）燃气热电有限公司配置PG9371FB03型F级燃气轮机和天津华电福源热电有限公司配置PG9171E型E级燃气轮机。通常，E级机组运行方式多为“一拖一”运行，即一台燃气轮机带动一台蒸汽轮机运行，而F级机组的运行有“一拖一”和“二拖一”两种模式，如果机组配有SSS离合器的话，每种模式又有背压和冷凝两种运行方式，可见联合循环机组的运行方式灵活多变，适用于不同的需求。

燃气-蒸汽联合循环热电联产机组就是在原有机组的基础上，在汽机侧设有抽汽口，抽取适当的蒸汽品质相对较低的蒸汽，用于对外供应蒸汽或者供应热水，从而实现燃气机组热电联产运行方式，使热效率进一步提高。

3 燃气-蒸汽联合循环机组供热调峰研究现状

由于燃气-蒸汽联合循环机组的总装机容量占总发电容量的比例逐年增加，大量联合循环机组的接入直接影响了电网调峰的运行安全。因此，研究并网运行的燃气-蒸汽联合循环机组的运行特性，了解机组并网运行时的供热、调峰特性，分析影响燃气-蒸汽联合循环机组最大、最小技术出力的主要因素，研究联合循环机组供热对调峰性能影响的规律，对确保电网的安全稳定运行具有重要的意义。近年来，许多学者就联合循环机组的供热调峰特性展开了广泛的研究。

不同于传统的燃煤机组，从联合循环机组的运行特点可知，它具有灵活多变的运行方式，以装有SSS离合器F级联合循环机组为例，由于F级机组的运行通常有“一拖一”和“二拖一”两种模式，并且SSS离合器可以使汽轮机在背压和冷凝两种运行方式下运行，这样就可以得到联合循环机组具有四种供热运行模式，这对供热期的电网调峰也提供了更多的选择。吴华[1]以北京太阳宫燃气热电厂的燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象，基于现场实际运行参数，通过比例法和焓值法计算了联合循环机组在抽凝工况“一拖一”和“二拖一”运行模式下的供热调峰热电曲线，为北京市未来联合循环机组的供热调峰提供了参考。刘慧珍等[2]同样以北京电网某F级联合循环机组为例，先通过试验确定了背压工况下联合循环机组在“一拖一”和“二拖一”运行模式下的热电曲线，并以此为基础通过建立抽凝工况下的机组群负荷和供热量的数学模型，得到了联合循环机组的供热性能和调峰性能。结果表明，在抽凝模式下，随着供热量的增大，机组群的最大负荷与最小负荷只差越来越小，联合循环机组的调峰能力变差。

联合循环机组除了在运行方式多样方面对供热期调峰有较大的影响外，它的启停性能也对电网调峰有一定的影响。赵冬雯等[3]研究了京津唐电网一套F级现役联合循环机组参与电网调峰的可行性，首先分析了该机组启动时间和机组深度调峰特性，然后根据机组启停调峰的实际情况，探讨了联合循环机组参与电网调峰的方式。赵杨等[4]针对北京电网峰谷差日益增大的现状，研究了联合循环机组的实际启动时间以及烟气旁路对机组快速启动性能的影响，结果表明，联合循环机组启停时间段，增大了处理调节范围，在极端条件下，无烟气旁路的联合循环机组可按简单循环启动应对调峰紧急需求。

4 燃气-蒸汽联合循环机组供热调峰研究方向

通过以上的总结，可以发现由于联合循环机组在在我国电力装机中所占的比例日益增加，关于其供热调峰可能性的研究越来越多，主要集中在北方地区。然而，这些研究基本处于初步研究的阶段，研究内容多为基础性的内容，还没有形成系统的研究方法和行业标准。因此，本文基于国内燃气-蒸汽联合循环机组的应用现状，提出以下几点关于联合循环机组在供热期电网调峰的研究方向，对联合循环机组的供热期调峰性能进行优化。

（1）研究燃气-蒸汽联合循环机组在多种供热运行模式下的调峰能力特性及模型。联合循环机组由于运行模式多样，对供热期的调峰也提供了更多的选择，总结每种运行模式下的供热期调峰能力特性，利用设计参数、历史数据和数学模型得到每种运行模式下的供热期调峰能力模型是十分必要的。

（2）研究单套机组和厂级机组多种供热运行模式下的调峰能力综合分析方法。在供热期电厂实际运行过程中，一般有两个条件的限制：热网调度限制热负荷和电网调度限制电负荷。结合这两个限制和得到的每种运行模式下的供热调峰模型，讨论单套机组和厂级机组在多种供热运行模式下的调峰能力综合分析方法，可以适用于电厂的各种运行情况，为电网调度提供更大的负荷调控空间。

（3）结合电厂的效益，优化建立的调峰能力综合分析方法，得到经济效益最优的供热调峰能力模型。在调峰过程中，在固定供热量的不同模式下，机组具有不同的负荷，如果考虑机组的效率和发电负荷的限制，使电厂在满足供热和供电负荷的前提下得到最高的机组效率，即得到最高的效益。

[1]吴华.燃气热电厂供热调峰的运行优化研究 [D].华北电力大学,2012.

[2]刘慧珍,李明忆,周作春等.F级燃气－蒸汽联合循环机组供热性能分析[J].汽轮机技术,2013,55(6):423-426.

[3]赵冬雯,栗向鑫,张硕等.燃气-蒸汽联合循环机组参与电网调峰可行性研究[J].发电技术.2014,17(6):60-64.

[4]赵杨,沙立成,雷一鸣等.北京电网燃气-蒸汽联合循环机组调峰运行特性[J].华北电力技术.2015,2:60-65.

王坤（1990-），男，汉族，硕士研究生，工程师，研究方向热经济计算与节能。