基于thermoflow软件的联合循环机组变工况经济性分析
摘要：我国近几十年来，能源产业稳步发展，能源需求量年年增加。可供开采的煤炭资源越来越少，燃煤过程产生大量污染物，严重影响生态环境。因此我国积极调整能源结构，天然气作为一种清洁能源具有CO2排放量低、燃烧效率高、资源丰富的巨大优势，推进了燃煤锅炉向燃气—蒸汽联合循环机组的转变。热经济学可以通过成本分析等方式帮助企业节能的同时利益最大化，由于实际生产中，机组长期处于变工况下运行，因此对变工况的经济性分析具有实际意义。当今世界，西方国家仍然掌握着重型燃气轮机的核心制造技术，我国还有很长的路要走。热经济学方面，在众多先辈的摸索探究下，我国也是硕果累累。国内外对于机组变工况仍采用模块化建模方式，对部分工况特性定向计算。
Abstract:In recent decades, Chinese energy industry has been developing steadily, and the demand for energy has increased annuelly. The coal resources available for mining are decreasing, and a large amount of pollutants are produced in the process of coal combustion, which seriously affect the ecological environment. Therefore, China is actively adjusting the energy structure. Natural gas as a clean energy has huge advantages of low CO2 emissions, high combustion efficiency and abundant resources, and has promoted the transformation of coal-combustion boilers to gas-steam combined cycle units. Thermal economics can help enterprises to save energy and maximize profits through cost analysis. Because of the long-term operation of generators in variable conditions, the economic analysis of variable conditions is of practical significance. In the world today, the western countries still grasp the core manufacturing technology of the heavy gas turbine, and we still have a long way to go. In the field of thermal economics, our country is also fruitful in the exploration of many ancestors. The modular modeling method is still used for the variable conditions of the unit at home and abroad, and the directional calculation of some working conditions is directed.
- 研究背景和意义
随着十二五计划的完成，工业生产能力以及人民生活水平的提高，人类对能源的需求量与日俱增。我国凭借煤炭资源的优势高速发展，以煤为主的能源结构也使得环境污染愈演愈烈，如今我国可供开采的能源越来越少，而可再生能源与新能源的开发和利用仍然处于探索和测试阶段，传统能源的利用率的提升成为我国能源界迫在眉睫的事情，也是科研主攻的大方向之一。
我国煤炭资源相对丰富，传统的燃煤发电机组一直处于我国的主导地位。据预测，到2030年燃煤机组占中国发电装机容量的比例仍将高达58.5%，发电量则占65.7%[1]。煤炭资源开釆利用对环境造成了严重的影响和破坏。煤炭的开采会是的地下水资源和居民饮用水受到污染，在燃烧过程中产生的氮氧化物、二氧化硫、粉尘等空气污染物会导致严重的环境污染，而长期过度开采破坏，地面塌陷的隐患增加，随之而来的就是水土流失，各种自然灾害。除此之外，矿难频发也会引发一定的社会问题[2]。
为了保证环境指标达标，我国积极调整能源结构。天然气作为一种替代性清洁能源，相比较煤炭具有明显的优势：一方面，天然气的利用效率远远高于煤炭；另一方面，其燃烧产物几乎不含粉尘、SO2等有害物质，CO2排放量仅为相同热值煤炭的56％[3]，比其他化石燃料少，造成的温室效应低。而且随着我国天然气勘探不断取得突破和进展，天然气年新增探明储量持续大幅增长，煤层气、致密气、页岩气等非常规天然气勘探实现历史性突破，勘探结果表明我国常规和非常规天然气资源丰富[4]。国家大力发展天然气市场，随着“西气东输”等项目的实施，已经建成的、在建的燃气—蒸汽联合循环机组一批又一批投入生产生活，因为其热媒的清洁与高利用率等特点，将为未来我国的发电行业注入新的活力。
热经济学科学的结合了热力学与经济学，以热力学第一、第二定律为主要核心，分析并研究机组的发电成本、能源的利用效率，从而确定机组优化的方向，提高整体的生产效率。考虑到我国市场化需求，我国电力企业不仅关心节能环保，还希望达到最佳的经济效益，这就要求机组的经济性不断提升。当前形势是，我国对于燃煤机组的经济性研究已经非常繁多和全面，而对于燃气—蒸汽联合循环机组的经济性研究相对贫乏、深度不够。这一块的空白随着联合循环机组越来越广泛的使用，而变得越发紧迫。
今天，联合循环机组被认为是最受欢迎的发电设备，其底部蒸汽循环提供了总发电量的30-40%左右[5]。燃气一蒸汽联合循环系统的运行分为额定工况下和变工况下，若其进出口的压力、温度等参数、机组部件内的工质流量、燃气（蒸汽）轮机转速和功率等都与热力设计参数相同时，就称之为额定工况。只有当保证机组负荷、燃气轮机使用燃料和机组所在大气环境均为设计参数条件时，实际运行所得到的参数值才会等于额定工况下的值[6]。当燃气轮机处于变工况状态下运行时，出口压力、温等参数就会与额定值不匹配 ，此时，蒸汽轮机也会受影响而处于变工况条件下运行。额定工况毕竟是一个理想运行情况，实际生产中，有太多影响因素会使得机组不得不处于变工况下运行，而为了满足生产、功率，联合循环机组也被要求处于变工况下运行。联合循环可与各种设备共同运行（例如喷雾冷却器）来提高能源使用效率和经济性能[7]。为了达到机组运行的最高效率，同时保证生产安全，对燃气一蒸汽联合循环机组变工况下经济性的研究具有十分重大的现实意义。
- 国内外发展现状
（一）燃气—蒸汽联合循环机组
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