电站燃气–蒸汽联合循环经济性分析

电站燃气–蒸汽联合循环经济性分析
摘要：对电站燃气-蒸汽联合循环经济性进行研究的目的在于提高机组效益，推
动电力行业绿色和谐发展。

因此，本文首先简述了燃气-蒸汽联合循环概念，然后分析了矩阵模式热经济学，最后结合实例，以矩阵式热经济学方式分析了电站燃
气-蒸汽循环经济性，以供参考。

关键词：电站燃气；蒸汽；联合循环；经济性
人类社会生存与发展的物质基础就是能源，其关系到了国计民生以及国家的
安全。

伴随社会经济的进一步发展，中国经济总量居于全球前列，能源耗量与之
对应，也在不断增加，中国已经变成了能源生产与消费的大国。

现阶段，中国社
会经济发展表现出了一种全新的阶段性特点，以往的经济发展模式面临着资源耗
损瓶颈，能源利用率不高、节能减排压力大、环境污染严重等。

所以，怎么应对
环境污染和节能减排，严格控制污染与减少电力成本，是电力工作人员亟需探讨
的一大问题。

天然气能源有着保护环境以及节省能源等特征，在全球的发电容量
中占有重要地位。

天然气发电模式中，燃气-蒸汽联合循环发电机组有着画报、建设时间短、投资成本小等优点，因而，对电站燃气-蒸汽联合循环经济性进行研究是很有必要的。

一、燃气-蒸汽联合循环基本概述
实际上，燃气-蒸汽联合循环种类一般可以划分成非补燃式余热锅炉、补燃式
余热锅炉型、增压锅炉型三种类型的燃气-蒸汽联合循环。

所谓的燃气-蒸汽联合
循环就是说将燃气轮机循环和蒸汽轮机循环采用某一种方法组合成一个总体的热
力循环，简言之就是联合循环。

联合循环发电机组一般是由汽轮机和余热锅炉、
发电机和燃气轮机、水泵和凝汽器等设备组合而成的，在这之中，燃气轮机一般
是由燃烧室与压气机、透平构成的。

而余热锅炉是由蒸发器与煤器、以及过热器
组合而成的。

联合循环发电机组可以科学地梯级使用能源，能够将机组出力与效
率大幅度提升。

当联合循环机组正式工作的过程中，先为压气机吸入外部环境中的空气，同
时把空气进行压缩，压缩以后的空气压力会逐步上升，空气温度也会随之而提升。

压缩以后的空气和天然气混合以后在燃烧室内燃烧，进而生成高温高压燃气，燃
气初温很高，因而对于耐高温材质有着非常严格的要求。

燃气在透平中膨胀做功，同时带动发电机发电，做功以后的燃气轮机排烟进去到余热锅炉加热水，出现的
高温高压蒸汽就会在汽轮机中膨胀做功，进而带动发电机发电。

汽轮机排汽一般
是在凝汽器内凝结放热的，冷凝水会再一次进到余热锅炉，进而构成蒸汽动力循环。

二、矩阵模式热经济学方法
（一）?成本
通常?成本理论为自然中拥有计算成本的一切信息，只要明确了F-P-R概念，
其中，F代表输入子系统的燃料；P代表子系统输出的产品；R代表生产时的剩余及残留情况，一般为排放或者副产品，不超过物理学范围均能够解决问题。

?成
本就是在已经知道的边界条件，子系统分布与?效率一定的系统中的基础之上，
任何一个物理流以构成实际的?量。

其有着与普通经济学概念中的成本不相同的
地方。

?成本价格其划分成热力学概念，使用热力学量纲。

假设使用在经济学中，就将其换算为经济学量纲。

?成本在系统内生成?流所需?量，也就是得到这股?流
需要耗损的外部?，在部分文献里面也被叫作?耗系数。

（二）单双线流
在系统内，不管是定位燃料的还是定位产品的均存在两种。

一类为单一的物
理流，其假使为燃料，就只有一次输入子系统，不存在返回以及由这一子系统流
出的问题。

假使为产品，同样只有一次从这一子系统流出。

该种流就是所谓的单
线流。

其次，总是流入系统以后接着从其中流出，其在子系统内代入的?一直为
这一对流的?差，这种流就是双线流。

针对任意系统，涵盖子系统，我么均需要按照系统分析把每一股?流划分为燃
料F与产品P。

前者子系统产品P可能为后一个子系统燃料F。

这部分均需由设
计人员按照设计要求来确定。

不管燃料F还是产品P，在复杂的系统内是一种具
备两种流的。

（三）事件矩阵及补充方程
就普通的系统来说，假设系统物理结构是由若干个子系统组成的，系统内存
在m股?流，不管系统有多复杂，均可使用事件矩阵A（n*m）描绘它。

该矩阵将
n个子系统和m股物理流结合在一起了。

所以，经过分析矩阵就能了解到系统中
每一股物理流和子系统互相作用的情况，进而真实反映出内部开展的过程。

从而
经过计算每一个子系统的效率，就可以明确该单位?耗。

界定系统内哪一股流是
燃料，哪一股是产品，接着逐次将燃料矩阵Af与产品矩阵Ap写出来。

三、电站燃气-蒸汽联合循环经济性
（一）电站关键设备和参数
第一，天然气为该电站采用的唯一一种燃料，该成分由N2与CO2、甲烷CH4和乙烷C2H6等构成的。

在标准情况下，即20℃，101.325kPa，天然气低位热值
是45.919MJ/Kg。

第二，燃气轮机，型号为PG9351FA，在年平均气象情况下：出力：251，600kW；排烟量与排烟能量分别是2351.9*103kg/hr、1506.8*103GJ/hr；热损耗率为9780KJ/kWh；排烟温度是605.6℃。

第三，余热锅炉使用的是水平式
三压再热自然循环。

第四，汽轮机型号为D11，型式为双缸下排汽，转速为每分
钟3000r。

（二）非能量成本问题
固定自产价值逐步分部分地转移到产品成本中，该种转移不能计算其明确的
数量，通常是以折旧率的方式计算折旧量的。

设备经济寿命尤为关键，由于其是
明确设备折旧成本的主要依据。

定好经济寿命后，由设备整体投资来除以经济寿
命时间就可计算出每一年折旧的成本，也就是匀速折旧方式。

根据经济学这一观
点可以知道，设备一次投资等同于一次将资金储存到企业，接着伴随设备使用每
一年将其取出投入到产品费用中。

匀速折旧方式就是每一年提取的折旧成本相同，以D代表折旧成本；I0代表设备初步投资的字；L代表设备经济年限；IL代表至L 年的残值，那么就有D=，这一发电工程投资有23亿9千万元。

将这些费用整理以后划分为两种，即能量成本与非能量费用成本。

前者是系
统耗损的燃料成本，后者是除了燃料之外的一切成本。

倘若设主要设备安装成本
是主要设备购买成本的35%，假如子系统非能量成本是Ca，那么子系统主要设备
购买成本是Ca，电站主设备整体购买成本是Cb，那么子系统整体投资是2.295Ca，而子系统年运行维护成本为720*Ca/Cb+0.072Ca，子系统年非能量成本就是
2.295Ca/25+720*Ca/Cb+0.072Ca。

根据电站设备经济年限为25年，每一年各机组
运行小时是2500h，如此就可以计算出每一个子系统的折旧成本。

（三）成本计算
用天然气价格每立方米1元，由CE=Cfmf可以得出C为28.2元。

把前面的每
一个子系统非能量成本代进Z*，那么向量Z*就等于16667；16667；3754；3754；0；665；0；0；1019；0；1600；2547；0；-28；2；0；0；0；0；0；0；0.如此
就可以计算出燃气轮机发电机端单位功率成本是0.32元/（KW.h），蒸汽轮机发
电机端单位功率成本就是0.36元/（KW.h），这就是电站燃气-蒸汽联合循环经济
成本。

综上所言，经过运用热经济学对燃气–蒸汽联合循环电站的工程投资和后期运
行的经济性进行分析，可以发现，电站燃气-蒸汽联合循环有着非常多的优势，伴
随燃机行业的持续发展，工程投资费用和后期运行经济成本均在持续下降。

并且，政府积极使用多项政策，可以减少燃料费用，因而，由此可知联合循环在经济学
上的运用是可行的，并且有着非常大发展潜能。

结束语：
总而言之，能源是人们生活的动力，人类的飞跃式发展均和人类对于能源利
用的广度有着非常紧密的联系。

为保证可持续发展，应当严格遵守高效和经济、
环保的基本原则，开发合理运用有限的能源。

电站燃气-蒸汽联合循环作为产能与
耗能大户，因天然气供不应求，同时价格高，妨碍了其良好的发展。

所以，使用
合理的方式，进行联合循环电站分析工程投资和后期运行经济性是非常重要的。

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