(高清版)GBT 40370-2021 燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗指标计算方法

燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗指标计算方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I 1 13能耗分摊计算方法 23.1通则 2 33.3烟热联合法 43.4实际焓降法 54其他指标计算 6附录A(资料性附录)烟热联合法说明 9附录B(资料性附录)典型工业抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗分摊计算示例 附录C(资料性附录)典型采暖抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗分摊计算示例 附录D(资料性附录)符号汇总 ⅢGB/T40370—2021本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国燃气轮机标准化技术委员会(SAC/TC259)归口。本标准起草单位：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司、杭州华电下沙热电有限公司、中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司、中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司、南京燃气轮机研究所、浙江国华余姚燃气发电有限责任1GB/T40370—2021燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗指标计算方法1范围本标准确立了燃气-蒸汽联合循环热电联产进行合理电热分摊的一般原则，规定了能耗指标的计算方法。本标准适用于无补燃燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热工况的能耗指标计算，纯凝发电期间不适用。2术语和定义2.9下列术语和定义适用于本文件。总输入热耗量combinedcycleheatconsumption统计期内燃气-蒸汽联合循环通过燃料燃烧输入的总热量。统计期内向外供热消耗的热量。供热成本分摊比costallocationforheatsupply统计期内供热消耗的成本占总成本比例。统计期内燃烧室输出的烟气有效能量。压气机消耗烟aircompressorexergyconsumption统计期内用于驱动压气机所消耗的有效能量。余热锅炉接收烟exergyacquiredbyHRSG统计期内进入余热锅炉向下游循环提供的有效能量。上游烟gasturbineexergyconsumption统计期内联合循环上游侧(燃机排烟口前、除压气机外)的有效能量。统计期内联合循环下游侧(燃机排烟口后)的有效能量占整个循环的比例。供热占比heatconsumptionfraction统计期内供热消耗的热量与余热锅炉总热产量之比。2GB/T40370—20212.102.11统计期内发电消耗的有效能量。2.12发电成本分摊比costfractionforpo统计期内发电消耗的成本占总成本比例。2.13统计期内燃机排烟口后循环部分的热消耗总量。2.14供热量heatingload统计期内对外的供热量。2.15统计期内供热量和供电量的当量热量之和与总燃料消耗量对应热量的百分比。2.16统计期内供热量与发电量的当量热量的百分比。2.17统计期内电厂厂用电量与发电量的百分比。2.18供热燃料耗率fuelconsumptionofpowersupply统计期内机组输出单位供热量的燃料消耗量。2.19统计期内机组输出单位发电量的燃料消耗量。2.202.213能耗分摊计算方法本标准针对燃气-蒸汽联合循环热电联产与燃煤热电联产循环方式的不同，并考虑工业能耗分摊计算方法，可根据项目适用场合选择其中一种能耗分摊计算方法，全年采用加权平均进行计GB/T40370—2021算，其中，烟热联合法参见附录A。为反映机组实际运行时的能耗指标，标准中的计算量为实际消耗值，并取统计期内加权平均。若需要评估考核项目投产前的能耗指标，可采用性能保证工况中的值。典型工业抽汽和采暖抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗分摊计算示例分别参见附录B和附录C。本标准中的符号汇总参见附录D。3.2热量法3.2.1总输入热耗量总输入热耗量计算如下：Qp=DngLHVng (1)式中：Qp——燃气-蒸汽联合循环总输入热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h);LHVng——燃料低位发热值，单位为千焦每千克(kJ/kg)。3.2.2供热热耗量供热热耗量计算如下，抽汽位置在汽轮机抽汽口，回水点位置在机组补水点：Qp(h)={ZDb×[hb一Yh×h¹-(1-Yh)×hb]+ZDw (2)式中：Qp(h)——供热热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h);Dh———供热抽汽量，单位为千克每小时(kg/h);Dw——供热水量，单位为千克每小时(kg/h);hb——供热抽汽比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);hh—供热抽汽回水比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);hw———供热水比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);h'供热水回水比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);Yh—-—机组供热抽汽回水比例；yh——换热效率，为余热锅炉入口热量与排烟能量之差除以入口热量。3.2.3供热成本分摊比供热成本分摊比计算如下：式中：βh——供热成本分摊比。……3.2.4发电成本分摊比发电成本分摊比计算如下：βa=1—βh (4)3GB/T40370—2021式中：3.3烟热联合法3.3.1燃烧室出口烟燃烧室出口烟计算如下：e₁=[h₁—Tamb×s₁—(hamb—Tamb×samb)]×Dy (5)式中：h₁-燃烧室出口焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);hamb——环境温度下空气焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);s1——燃烧室出口熵，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg·K)];D,———燃烧室出口流量，单位为千克每小时(kg/h)。3.3.2压气机消耗烟压气机消耗烟计算如下：e₂=[h₂—Tamb×s₂—(hamb—Tamb×samb)]×Dk (6)式中：52——压气机出口空气熵，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg·K)];Dk——压气机空气流量，单位为千克每小时(kg/h)。3.3.3余热锅炉接收烟余热锅炉接收烟计算如下：e₃=[h₃—Tamb×s₃—(hamb—Tamb×samb)]×Dy (7)式中：h₃———燃机出口烟气焓(余热锅炉入口烟气焓),单位为千焦每千克(kJ/kg);联合循环上游(除压气机)消耗烟计算如下：式中：下游烟占比计算如下：45GB/T40370—2021式中：3.3.6供热占比供热占比计算如下：……………….(10)式中：βh——供热占比；Dgs-—燃机出口烟气量(余热锅炉烟气量),单位为千克每小时(kg/h);hex——余热锅炉出口烟气焓，单位为千焦每千克(kJ/kg)。3.3.7供热消耗烟供热消耗烟计算如下： (11)式中：en——供热消耗烟，单位为千焦每小时(kJ/h)。3.3.8发电消耗烟发电消耗烟计算如下： (12)式中：ea——发电消耗烟，单位为千焦每小时(kJ/h)。3.3.9供热成本分摊比供热成本分摊比计算如下：式中：βh——供热成本分摊比。3.4实际焓降法3.4.1下游总热耗量联合循环燃气轮机排烟口下游侧总热耗量计算如下：对于未采用尾部烟气利用供热水机组：Q.=Dgas×(h₃—hex) (14)对于采用尾部烟气利用供热水机组：Q.=Dgas×(h₃—hexb) (15)式中：Q,———下游总热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h)。heb——余热锅炉尾部新增换热器前烟气焓，单位为千焦每千克(kJ/kg)。6GB/T40370—20213.4.2供热热耗量供热热耗量计算如下：非再热机组：再热机组：……(17)式中：D₀—--—汽轮机阀前蒸汽总流量，单位为千克每小时(kg/h);ho——新蒸汽比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);h。——汽轮机出口蒸汽比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);Dzr-——再热蒸汽流量，单位为千克每小时(kg/h);hjzr——冷再热蒸汽比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg);hz——再热蒸汽比焓，单位为千焦每千克(kJ/kg)。注：若机组为背压机组，h。选用相邻或同条件下凝汽机组汽轮机出口蒸汽比焓。3.4.3供热成本分摊比供热成本分摊比计算如下：式中：βh——供热成本分摊比。4其他指标计算4.1供热量供热量计算如下：Qg={ΣD₆×[hh-Yh×hh-(1-Yh)×hb]+ΣDw×[hw-Yw×h'w-(1-Yw)×hb]}式中：4.2综合热效率综合热效率计算如下：式中：η0——综合热效率；E——供电量，单位为千瓦时每小时[(kW·h)/h]。4.3供热比供热比计算如下：式中：θ——供热比，%;Qsr——汽轮机组总热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h)。GB/T40370—20214.4供热发电比供热发电比计算如下：式中：……………I——供热发电比，单位为千焦每千瓦时[kJ/(kW·h)];E---—发电量，单位为千瓦时每小时[(kW·h)/h]。4.5热电比热电比计算如下：式中：……4.6厂用电率厂用电率计算如下：式中：L——厂用电率，%;…(24)4.7供热厂用电率供热厂用电率计算如下： (25)Egr=α×(E,—Ecr)十Ec (26)式中：L,———供热厂用电率，%;Eg——供热用电量，单位为千瓦时每小时[(kW·h)/h];Ec——热网循环泵等只与供热有关的设备用电量，单位为千瓦时每小时[(kW·h)/h]。4.8发电厂用电率发电厂用电率计算如下：Ld=1—L…(27)78GB/T40370—2021L。——发电厂用电率。4.9供热燃料耗率供热燃料耗率计算如下：ggr=βh×Dng/Q式中：ggr——供热燃料耗率，单位为千克每千焦(kg/kJ)。4.10发电燃料耗率发电燃料耗率计算如下：gia=βa×Dng/E式中：gra——发电燃料耗率，单位为千克每千瓦时[kg/(kW·h)]。4.11供电燃料耗率………………(29)供电燃料耗率计算如下：……gg——供电燃料耗率，单位为千克每千瓦时[kg/(kW·h)]。9GB/T40370—2021(资料性附录)烟热联合法说明本附录简要介绍了烟热联合法，典型的燃气-蒸汽联合循环热电联产流程图见图A.1。排烟排烟燃烧室发电凝汽器余热锅炉压气机发电供热图A.1典型的燃气-蒸汽联合循环热电联产流程图产电厂的发电、供热过程涉及两种工质、两种循环，因此在计算热电成本时首先需要将其进行适当的划分。在前置循环燃机发电过程中，空气与燃料燃烧产生的烟气推动燃气透平，燃气透平带动压气机并驱动发电机发电，随后排气进入余热锅炉中带动下游汽轮机循环发电和供热。对于燃气透平，其能量输入和输出情况见图A.2。1——来自燃烧室的烟气工质；3——向余热锅炉提供的烟气尾气。图A.2燃气透平能量输入和输出典型图对于燃气透平的烟输入输出平衡为：式中：GB/T40370—2021e₃——余热锅炉接收烟。可见上游发电耗能eg与下游余热锅炉耗能e₃之比为：相应下游余热锅炉耗能e₃与燃机发电和余热锅炉总耗能之比可进行分割。对于给定的机组，e₁、e2、e₃均可根据热平衡参数直接获得，从而得到上下游循环燃气透平、余热锅炉耗能分割比重。对于下游余热锅炉段，行业内已有较为明确的热电分割方法，采用《热电联产项目可行性研究技术由于燃机燃烧室出口温度为非公开数据，仅有部分公开参考值，需要分析燃烧温度变动对计算结果的影响。以下通过人为调整燃机透平入口温度，分析燃烧室温度高低对结果的影响(不考虑燃机其他参图A.3为将某型号燃机燃烧室出口温度1246℃的燃机温度人为升高、降低100℃后得到的热分摊比结果。图A.3燃机燃烧室出口温度对热分摊比的影响从图中可以看出燃烧室出口温度变化对计算结果的影响在可控的范围内，可采用公开参照值进行计算。GB/T40370—2021(资料性附录)典型工业抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗分摊计算示例某工业抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产项目年平均工况燃机100%负荷供热50t/h工业抽汽，具体原始数据见表B.1。表B.1某项目年平均工况燃机100%负荷供热50t/h工业抽汽部分原始数据编号单位数量备注1大气压力MPa2大气温度℃3大气焓4大气熵kJ/(kg·K)5天然气耗气量(标准状态下)m³/h6天然气低位发热量7压气机压比主机厂提供典型数据8燃烧室出口温度℃主机厂公开的典型数据9烟气成分Ar(体积分数)%烟气成分N₂(体积分数)%烟气成分O₂(体积分数)%烟气成分CO₂(体积分数)%烟气成分H₂O(体积分数)%燃烧室出口焓燃烧室出口熵kJ/(kg·K)燃机出口烟气温度℃燃机出口烟气焓燃机出口烟气熵kJ/(kg·K)燃机出口烟气流量余热锅炉出口烟气温度℃余热锅炉出口烟气焓供热抽汽1流量供热抽汽1焓供热抽汽2流量供热抽汽2焓主蒸汽流量主蒸汽焓汽轮机出口蒸汽焓值GB/T40370—2021按热量法、烟热联合法、实际焓降法三种计算方法，能耗分摊的计算结果如下：a)采用热量法计算时可直接根据3.2中公式(3)计算得出供热成本分摊比为0.2026。b)采用烟热联合法计算时，压气机出口温度根据压比、空气环境温度下焓值、压气机绝热效率等通过公式(B.1)计算。……(B.1)式中：ηy₄——压气机效率；h₂s——理论绝热压缩下压气机出口空气焓，单位为千焦每千克(kJ/kg)。压气机效率取常见的0.89(或根据设备值),通过保持hamb状态下的samb不变，可以求得理论压气机出口压力下的h₂s,代入公式可求出h₂,再反查这一压力和焓值，得到压气机出口温度。根据3.3中的计算公式及公式(B.1)计算结果如表B.2。表B.2某项目年平均工况燃机100%负荷供热50t/h工业抽汽部分计算结果编号单位数量备注1压气机出口温度℃根据公式(B.1)计算2燃烧室出口烟e₁kJ/h868.66×10⁶根据公式(5)计算3压气机消耗烟e₂kJ/h278.2×10根据公式(6)计算4余热锅炉接收烟ekJ/h227.63×10⁶根据公式(7)计算5供热占比—0.36839根据公式(10)计算6供热成本分摊比—0.142019根据公式(13)计算如表中所示，计算得出的供热成本分摊比为0.142。c)采用实际焓降法计算时可直接根据3.4中公式(18)计算得出供热成本分摊比为0.1542。GB/T40370—2021(资料性附录)典型采暖抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗分摊计算示例某采暖抽汽燃气-蒸汽联合循环热电联产项目采暖工况燃机100%负荷1拖1采暖供热384.6t/h蒸汽，具体原始数据见表C.1。表C.1某项目采暖工况燃机100%负荷1拖1采暖供热384.6t/h部分原始数据编号单位数量备注1大气压力MPa2大气温度℃3大气焓—4.230.84大气熵kJ/(kg·K)—0.0216855天然气耗气量6天然气低位发热量7压气机压比主机厂提供典型数据8燃烧室出口温度℃主机厂公开的典型数据9烟气成分Ar(体积分数)%烟气成分N₂(体积分数)%烟气成分O₂(体积分数)%烟气成分CO₂(体积分数)%烟气成分H₂O(体积分数)%燃烧室出口焓燃烧室出口熵kJ/(kg·K)燃机出口烟气温度℃燃机出口烟气焓燃机出口烟气熵kJ/(kg·K)燃机出口烟气流量余热锅炉出口烟气温度℃余热锅炉出口烟气焓采暖供热抽汽流量采暖供热抽汽焓采暖供热回水焓直接换热热水量GB/T40370—2021表C.1(续)编号单位数量备注直接换热热水焓升主蒸汽流量主蒸汽焓汽轮机出口蒸汽焓值a)采用热量法计算时可直接根据3.2中公式(3)计算得出供热成本分摊比为0.339。b)采用烟热联合法计算时，根据3.3中的计算公式及公式(B.1)计算结果如表C.2。表C.2某项目采暖工况燃机100%负荷1拖1采暖供热384.6t/h部分计算结果编号单位数量备注1压气机出口温度℃根据公式(B.1)计算2燃烧室出口炯e₁kJ/h385