1、第8卷第3/4期燃气轮机发电技术2006年10月利用Gatecyc I e软件进行燃气一蒸汽联合循环热平衡计算周凡贞，王江洪，朱安君(哈尔滨动力设备股份有限公司，黑龙江哈尔滨150040)1背景及意义燃气一蒸汽联合循环电厂具有对环境污染小、整体循环效率高、调峰性能好、占地少、建设周期短等优点。由于燃气一蒸汽联合循环电厂的独特优势使其在发电行业中异军突起。因此我国政府于2003年开始大力发展燃气一蒸汽联合循环，通过打捆招标以市场换技术引进重型燃机制造技术。电厂热平衡是汽水工质在电厂各个设备之间的质量分配、能量分配及损失情况的反映。电厂热平衡计算及优化是热力工程的一项重要的技术工作，对电厂的设计、
2、优化及技术改造都有着重要的意义。通过对电厂热平衡计算可以确定电厂某一运行方式时的各项汽水流量及其参数，该工况的发电量、供热量及其全厂热经济指标，以分析其安全性和经济性。根据最大负荷工况计算的结果，作为选择锅炉、热力辅助设备和管道及其附件的依据。所以如何进行准确、可靠的电厂热平衡计算一直是一个值得研究的问题。目前所采用的基于高级语言的热力计算方法由于没有或缺少友好的人机界面，在热力系统配置发生变化或内部连接方式有所调整时，往往不得不重新或大幅度调整计算，因此限制了热力计算的速度和方便程度。鉴于我国燃气一蒸汽联合循环的发展大好形势及全厂平衡计算的重要性，哈尔滨动力设备股份公司从GE公司购买了用于全
3、厂热平衡计算的Gatecycle软件，并用该软件对全厂热平衡进行了初步的模拟和计算。2软件简介Gatecycle是GE公司开发的进行全厂热平衡计算的软件。该软件基于Windows操作系统，其操作界面和微软发布的一些常用软件界面相似。其所涉及的热力计算范围很广，包括以下几个方面:对电厂的整个热力系统进行设计、验证电厂是否达到合同中所规定的热力性能要求、模拟电厂热力系统在非设计条件下运行的性能、预测在热力系统某一部分作了改进后系统性能的提高情况。Gatecycle有很强的模拟计算功能，它具有组成热力系统各部件的模型，如汽轮机模型，凝汽器模型等。使用这些模型时，可以对其直接进行调用，在被调用的模型中
4、输人设计数据，Gatecycle会自动根据输人的数据进行计算，可以得到换热元件的换热面积、汽轮机的功率、泵的出口压力等物理特性和热力参数。在利用Gatecycle进行热平衡计算和模拟时，首先根据热力系统的构成调用组成该热力系统的基本部件的模型。然后根据燃气和汽水工质在热力系统中的流动顺序情况依次将各个部件模型连接起来。然后在各个部件模型中输人设计要求数据。Gatecycle能够根据模型的布置连接情况和设计要求计算出燃气、燃机排气、蒸汽和水等工质的质量和能量在热力系统各部件之间的分配情况和各个部件的物理特性和热力参数。Gatecycle可以方便地进行变工况计算。Gatecycle提供了用于变工况
5、计算的应用程序:Cyclelinko Cyclelink是基于Excel的计算功能，经过二次开发得到的关于热平衡计算的应用程序。Gatecycle程序可以将设计条件下的模型数据链接到348燃气轮机发电技术第8卷Cyclelink中，Cyclelink可以分为输人和输出两个区域。在输人区域中可以输人变工况条件下的基本数据，如环境条件等。经计算可以在输出区域中得到相应的变工况计算结果。3联合循环热平衡模拟计算下面以某电厂GE 9FA单轴燃气一蒸汽联合循环为例进行热平衡模拟计算。电厂的热力系统示意图如图1所示。该热力系统为三压再热循环。在联合循环热力系统中，首先燃气在燃气轮机内做功，其排气在余图1联
6、合循环热力系统示意图热锅炉中加热汽水工质后排向大气。余热锅炉中的高压过热器向高压汽轮机提供蒸汽，高压缸排汽和中压过热器产生的蒸汽混合后在锅炉再热器内加热后进人中压缸，中压缸排汽和低压过热器混合后进入低压缸。低压缸排汽排向凝汽器，凝结后由凝结水泵送到余热锅炉。3.1系统设计条件和用户要求该系统为单轴布置，依次为燃机一汽机一电机，余热锅炉为三压再热自然循环，汽轮机末级叶片长度762 mm，排气面积为5.1654 ml。汽轮机采用滑压运行方式。为提高联合循环的性能采用性能加热器。性能保证的设计条件:环境温度:29环境压力:1005.4 hPa相对湿度:83%循环冷却水温度:29.5，循环冷却水温升8
7、-10用户对于热力系统的要求:在性能保证条件下冷却水的循环倍率为65,在确定余热锅炉的关键参数时，凝汽器背压为8.27 kPa，高压/中压/低压蒸发器的节点温差约为10，省煤器的接近点温差不低于5。余热锅炉高压过热器出口的高压蒸汽压力为汽轮机高压主汽门前的压力的103%，高压蒸汽温降为2。再热系统总阻力(从汽轮机高压缸排气经余热锅炉再热器至汽轮机再热主汽门止)为高压缸排汽压力的10%,其中再热器的阻力为6%，余热锅炉出口的热再热蒸汽温降为2，汽轮机高压缸排气的冷再热蒸汽温降为1.5 C。余热锅炉低压过热器出口的低压蒸汽压力为汽轮机低压主汽门前的压力的106%，低压蒸汽温降为2。低压省煤器的进水
8、温度(经再循环回水混合后的温度)不大于60。3.2建立模型根据图1所示的热力系统图建立热平衡模型。首先建立热力系统部件模型:燃气轮机模型是建立联合循环热平衡模型的逻辑起点，因为燃气轮机不仅能够产生联合循环电厂中的大部分电能而且它能够提供给余热锅炉高温排气用以加热锅炉给水产生高温高压蒸汽。然后建立三压再热余热锅炉模型，分别建立高、中、低压省煤器，高、中、低压蒸发器，高、中、低压过热器，再热器。最后分别建立高、中、低压汽轮机，冷凝器、凝结水泵、锅炉给水泵等热力系统部件模型。连接热力系统部件模型:在完成各个部件的模型建立后，从燃气轮机模型开始，依次将余热锅炉中的高压过热器，高压蒸发器等部件模型用气体
9、线连接起来。用汽水线分别顺次将冷凝器、凝结水泵、余热锅炉、高中压汽轮机等连接起来。数据输人:在各个部件模型中输人相应的设计数据。在燃气轮机模型中应输入环境条件。在换热设备中输人过冷度、温差等，换热面积由软件本身进行计算。在汽轮机中输人等嫡膨胀效率，末级叶片长度和排气面积。在冷凝器中输人对背压的要求。在性能加热器中规定燃气出口温度。输人对阀、泵出口压力等设计要求。完成以上步骤后即可得到热力系统模型图。热平衡计算:在建立好模型的基础上，执行运行命令进行计算。当计算达到收敛标准时，计算停止，认为联合循环全厂热平衡成功(下转第369页)第3/4期曾阂:在探讨和比较中加深认识V943A燃气轮机369燃气
10、轮机精华所在。参考文献:1焦树建.燃气一蒸汽联合循环M.机械工业出版社，2000年21吴仲华.燃气的热力性质表M.北京科学出版社，19593曾阂，李惠中，姚尔艇.推测计算V94.3A的热力循环J.电站工作研究，2002,(5)4曾阂.用小偏差法分析300 MW, 125 MW机组各参数对功率和热耗的影响J.上海汽轮机，1985,(1)5 Siemens Sealank Advances Combined-cycle Technology J.Modem Power Systems, 1998, (5)6 Siemens Gas Turbines Orders区l7 L.balling, M.F
11、rankle, E.Wolf, Dr.a.Feldmnller. Operating Experience With the Latest Combined Cycle Technology UsingAdvanced Gas Turbines, 1997, Z8l焦树建.燃气一蒸汽联合循环的理论基础M，清华大学出版社，2003年9曾阂，李惠中.西门子V943A燃机参数偏离对机组功率和效率的影响J.热力透平，2003.1,作者简介:曾闲(1934一)，男，工学博士，教授级高级工程师，长期从事燃气轮机和蒸汽轮机的设计研究工作，现在上海电气电站集团技术部工作。ex乃吕!AZ书J叼粉形U心粉学J吃书
12、群户U登苏J吃乃称:关1冷狱户U粉群J叼塔沙J气渭攫气粉狱J吃月翻J吸n aziLz(上接第348页)建立。Gatecycle可以输出联合循环的效率、热效率和热耗以及各个点的热力参数等。本例的部分计算结果如下:联合循环总功率:356.19 MW热效率:56.26热耗率:1528.21 kcal/kWh高压过热器换热面积:5368.8 m2根据计算结果可绘制热力系统热平衡图。验证是否满足用户对热力系的要求:高压蒸发器节点温差中压蒸发器节点温差低压蒸发器节点温差高压过热器出口压力/汽轮机高压主汽门压力高压蒸汽温降再热系统总阻力/高压排气压力再热器阻力=高压排气压力x 6%余热锅炉出口热再热蒸汽温降
13、汽轮机高压缸排气的冷再热蒸汽温降低压过热器出口蒸汽压力/汽轮机低压主汽门压力低压蒸汽温降低压省煤气进水温度循环冷却水温升满足用户对于热力系统的要求用户要求值101010103%210%6%21.5106%2608-10设计值345-335=10250.98-240.98=10164.52-154.52=1013.048/12.659=103%567.56-565.06=2.50.366 / 3.448=10%0.195/3.448 =5.6%a565.55-563.43=2.12374.56-373.06=1.55.2883/4.9927=106%01.05-298.88=2.176037.81-29.5=8.314结论利用Gatecycle可以准确方便进行全厂热平衡的模拟计算，不仅可以计算出热力系统的功率、热效率及各个点的热力参数，而且还可以计算出各个部件的物理特性，如省煤器和冷凝器的换热面积等。从本文所举的例子来看，Gatecycle的计算结果可以很好的满足用户对热力系统的要求。也可以很好的满足工程设计计算的需要。作者简介:周凡贞，燃气轮机(联气循环)事业部总工程师。
