GB/T 40370-2021 燃气-蒸汽联合循环热电联产能耗指标计算方法

　　ICS 27 . 040 K 56

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40370—2021

　　燃气-蒸汽联合循环热电联产

　　能耗指标计算方法

　　Calculationmethodsforenergyconsumptionindexof

　　gas-steam combinedcyclecogeneration

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40370—202 1

　　GB/T 40370—202 1

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 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/TC 259)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公司。

　　本标准主要起草人：沈又幸、光旭、朱达、陈旭明、朱蕊莉、马欣强、陈赢展、段丽平、朱本刚、韩建清。

　　GB/T 40370—202 1

　　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

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　2.1

　　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。

　　2.2

　　供热热耗量 heatconsumptionforheatsupply

　　统计期内向外供热消耗的热量。

　　2.3

　　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。

　　2.4

　　燃烧室出口烟 combustionchamberexhuastexergy

　　统计期内燃烧室输出的烟气有效能量。

　　2.5

　　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。

　　2.6

　　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。

　　2.7

　　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。

　　2.8

　　下游烟占比 exergyratioforthedownstream side

　　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。

　　2.9

　　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。

　　GB/T 40370—202 1

　　2 . 10

　　供热消耗烟 exergyconsumptionforheatsupply

　　统计期内供热消耗的有效能量。

　　2 . 1 1

　　发电消耗烟 exergyconsumptionforpowergeneration

　　统计期内发电消耗的有效能量。

　　2 . 12

　　发电成本分摊比 costfractionforpowergeneration

　　统计期内发电消耗的成本占总成本比例。

　　2 . 13

　　下游总热耗量 totalheatconsumption(downstream side)

　　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

　　综合热效率 comprehensivethermalefficiency

　　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

　　热电比 heat-powerratio

　　统计期内供热量与发电量的当量热量的百分比。

　　2 . 17

　　厂用电率 auxiliarypowerconsumptionrateofpowergeneration

　　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

　　发电燃料耗率 fuelconsumptionofheatsupply

　　统计期内机组输出单位发电量的燃料消耗量。

　　2 . 20

　　再热机组 reheatunit

　　主蒸汽在汽轮机内做部分功后，引回锅炉再热器提高温度，再回到汽轮机继续作功的机组。

　　2.21

　　非再热机组 non-reheatunit

　　主蒸汽在汽轮机内一次性作功，中途不返回锅炉的机组。

　　3 能耗分摊计算方法

　　3 . 1 通则

　　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，并考虑工业抽汽供热与采暖抽汽供热的不同、机组大小的不同以及热电比的不同，制定热量法、烟热联合法、实际烙降法等三种能耗分摊计算方法，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/T 40370—202 1

　　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：

　　Qtp = Dng LHVng ……………………( 1 )

　　式中：

　　Qtp —燃气-蒸汽联合循环总输入热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h) ;

　　Dng —燃料耗量，单位为千克每小时(kg/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：

　　Qtp(h) = { ΣDh ×[hh -γh ×h-(1-γh) ×hb] + ΣDw ×[hw -γw ×h-(1-γw) ×hb]}/ηhr

　　……………………( 2 )

　　式中：

　　Qtp(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) ;

　　hh —供热抽汽比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　h —供热抽汽回水比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　hw —供热水比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　h —供热水回水比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　hb —补水比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　γh —机组供热抽汽回水比例;

　　γw —机组供热水回水比例;

　　ηhr —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：

　　βh=Qtp /Q ……………………( 3 )

　　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：

　　βd= 1 -βh ……………………( 4 )

　　GB/T 40370—202 1

　　式中：

　　3.3 β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：

　　Tamb — 环境温度，取年平均气温，单位为开尔文( K ) ;

　　e1 —燃烧室出口烟，单位为千焦每小时(kJ/h) ;

　　h1 —燃烧室出口烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　hamb —环境温度下空气烙，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)] ;

　　samb —环境温度下空气熵，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg · K)] ;

　　Dy —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：

　　e2 —压气机消耗烟，单位为千焦每小时(kJ/h) ;

　　h2 —压气机出口空气烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　s2 —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：

　　e3 —余热锅炉接收烟，单位为千焦每小时(kJ/h) ;

　　h3 —燃机出口烟气烙(余热锅炉入口烟气烙)，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　s3 —燃机出口烟气熵，单位为千焦每千克开尔文[kJ/(kg · K)]。

　　3 . 3 . 4 上游烟

　　联合循环上游(除压气机)消耗烟计算如下：

　　egt = e1 -e2 -e3 ……………………( 8 )

　　式中：

　　egt —上游烟，单位为千焦每小时(kJ/h)。

　　3 . 3 . 5 下游烟占比

　　下游占比计算如下：

　　α= ……………………( 9 )

　　GB/T 40370—202 1

　　式中：

　　α —下游占比。

　　3 . 3 . 6 供热占比

　　供热占比计算如下：

　　β=

　　{ ΣDh ×[hh -γh ×h-(1-γh) ×hb] + ΣDw ×[hw -γw ×h-(1-γw) ×hb]}/ηhr

　　Dgas ×(h3-hex )

　　……………………( 10 )

　　式中：

　　β —供热占比;

　　Dga— 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 —余热锅炉出口烟气烙，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：

　　eh =e3 ×β ……………………( 11 )

　　式中：

　　eh —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：

　　ed=egt+e3 × (1 -β) ……………………( 12 )

　　式中：

　　ed —发电消耗，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：

　　……………………( 13 )

　　式中：

　　βh —供热成本分摊比。

　　3 . 4 实际烩降法

　　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：

　　式中：

　　Qt —下游总热耗量，单位为千焦每小时(kJ/h)。

　　hexb —余热锅炉尾部新增换热器前烟气烙，单位为千焦每千克(kJ/kg)。

　　GB/T 40370—202 1

　　3 . 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) ;

　　h0 —新蒸汽比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　hc —汽轮机出口蒸汽比烙，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) ;

　　hlzr —冷再热蒸汽比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　hzr —再热蒸汽比烙，单位为千焦每千克(kJ/kg)。

　　注：若机组为背压机组，hc 选用相邻或同条件下凝汽机组汽轮机出口蒸汽比烙。

　　3 . 4 . 3 供热成本分摊比

　　供热成本分摊比计算如下：

　　βh=Qtp /Q ……………………( 18 )

　　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：

　　Qgr = { ΣDh ×[hh -γh ×h-(1-γh) ×hb] + ΣDw ×[hw -γw ×h-(1-γw) ×hb]} ……( 19 )

　　式中：

　　Qgr —供热量，单位为千焦每小时(kJ/h)。

　　4 . 2 综合热效率

　　综合热效率计算如下：

　　式中：

　　η0 —综合热效率;

　　Eg—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：

　　GB/T 40370—202 1

　　……………………( 21 )

　　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) 。

　　4 . 4 供热发电比

　　供热发电比计算如下：

　　I ……………………( 22 )

　　式中：

　　I —供热发电比，单位为千焦每千瓦时[kJ/(kW · h)] ;

　　Ef —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：

　　R ……………………( 23 )

　　式中：

　　R —热电比，% 。

　　4 . 6 厂用电率

　　厂用电率计算如下：

　　L ……………………( 24 )

　　式中：

　　L —厂用电率，% ;

　　Ez— 总厂用电量，单位为千瓦时每小时[(kW · h)/h] 。

　　4 . 7 供热厂用电率

　　供热厂用电率计算如下：

　　L ……………………( 25 )

　　Egr = α×(Ez-Ecr) +Ecr ……………………( 26 )

　　式中：

　　Lr —供热厂用电率，% ;

　　Egr —供热用电量，单位为千瓦时每小时[(kW · h)/h] ;

　　Ecr —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 -Lr ……………………( 27 )

　　GB/T 40370—202 1

　　式中：

　　Ld — 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 /Qgr ……………………( 28 )

　　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：

　　gfd=βd×Dng /Ef ……………………( 29 )

　　式中：

　　gfd —发电燃料耗率，单位为千克每千瓦时[kg/(kW · h)]。

　　4 . 1 1 供电燃料耗率

　　供电燃料耗率计算如下：

　　g ……………………( 30 )

　　式中：

　　ggd —供电燃料耗率，单位为千克每千瓦时[kg/(kW · h)]。

　　GB/T 40370—202 1

　　附 录 A

　　(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 。

　　图 A.1 典型的燃气-蒸汽联合循环热电联产流程图

　　不同于燃煤热电联产电厂的发电、供热过程只涉及一种工质、一种循环，燃气-蒸汽联合循环热电联产电厂的发电、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。

　　电和热的能量品质不同，为了区分，采用烟方法来表征能量中“可用”的部分，亦即能量的“品位”。对于燃气透平，其能量输入和输出情况见图 A. 2 。

　　说明：

　　1 — 来自燃烧室的烟气工质;

　　2 — 对压气机、燃机附件和发电机的驱动;

　　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：

　　e1 =e2+egt+e3 ……………………( A.1 )

　　式中：

　　e1 —燃烧室出口烟;

　　e2 —压气机消耗烟;

　　egt —上游;

　　GB/T 40370—202 1

　　e3 —余热锅炉接收烟。

　　可见上游发电耗能 egt与下游余热锅炉耗能 e3 之比为：

　　e3 e3

　　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 目可行性研究技术规定》中的热量法。

　　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(不考虑燃机其他参数如压气机压比、压气机出口温度、燃机出口烟温变动)。

　　图 A. 3 为将某型号燃机燃烧室出口温度 1 246 ℃的燃机温度人为升高、降低 100 ℃后得到的热分摊比结果。

　　0.110 4—

　　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/T 40370—202 1

　　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

　　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 50 t/ 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 50 t/h工业抽汽部分原始数据

　　GB/T 40370—202 1

　　按热量法、烟热联合法、实际烙降法三种计算方法，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 . 202 6 。

　　b ) 采用烟热联合法计算时，压气机出口温度根据压比、空气环境温度下烙值、压气机绝热效率等通过公式(B. 1)计算。

　　……………………( B.1 )

　　式中：

　　ηyq —压气机效率;

　　h2s —理论绝热压缩下压气机出口空气烙，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 ,再反查这一压力和烙值，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 50 t/h工业抽汽部分计算结果

　　如表中所示，计算得出的供热成本分摊比为 0 . 142 。

　　c) 采用实际烙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 . 154 2 。

　　GB/T 40370—202 1

　　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

　　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 . 6 t/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 384.6 t/h部分原始数据

　　GB/T 40370—202 1

　　表 C.1(续)

　　按热量法、烟热联合法、实际烙降法三种计算方法，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 . 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 384.6 t/h部分计算结果

　　如表中所示，计算得出的供热成本分摊比为 0 . 205 。

　　c) 采用实际烙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 . 2827 。

　　GB/T 40370—202 1

　　附 录 D

　　(资料性附录)符号汇总

　　符号汇总见表 D. 1 。

　　表 D.1 符号汇总

　　GB/T 40370—202 1

　　表 D.1(续)

　　GB/T 40370—202 1

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 2589—2020 综合能耗计算通则

　　[2] DL/T 904—2015 火力发电厂技术经济指标计算方法

　　[3] 热电联产项目可行性研究技术规定(国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部文件)(计基础〔2001〕26 号)