天津地區(qū)300?MW供熱機組調(diào)峰能力研究與分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

（國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384)

天津地區(qū)300?MW供熱機組調(diào)峰能力研究與分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

（國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384)

介紹了供熱機組調(diào)峰能力試驗和最大供熱能力試驗的試驗原理、邊界條件和注意事項；針對天津地區(qū)300 MW供熱機組的供熱情況進行了專項試驗；通過分析供熱期內(nèi)不同供熱量對應(yīng)的發(fā)電負荷數(shù)據(jù)，找出供熱負荷和發(fā)電負荷之間的關(guān)系，模擬發(fā)電負荷的變化曲線，為供熱期間天津電網(wǎng)調(diào)控和電廠機組運行提供詳實的數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

供熱機組；調(diào)峰能力；供熱能力；等效熱降理論

0 引言

供熱機組可同時承擔(dān)熱力和電力2種形式的負荷，隨著天津地區(qū)冬季供熱量的逐年增加和供熱機組裝機容量占比的不斷提升，供熱機組對電網(wǎng)冬季調(diào)峰的影響越來越明顯。近年來，天津地區(qū)新投產(chǎn)了一批燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，電網(wǎng)在冬季調(diào)峰較為困難，電網(wǎng)負荷供大于求。供熱機組既要保證冬季供熱期的供熱安全，又要同時兼顧節(jié)能調(diào)度。因此，亟需開展機組供熱期調(diào)峰能力及最大供熱能力的試驗研究，以滿足電網(wǎng)在冬季調(diào)峰的需要，確保供熱機組安全穩(wěn)定運行。

供熱期間，供熱機組的發(fā)電負荷范圍隨熱負荷增加而相應(yīng)減小；機組供熱抽汽量越大，發(fā)電負荷可調(diào)節(jié)范圍就越小。因此，當(dāng)機組供熱負荷不斷變化時，需要通過改變相應(yīng)參數(shù)來確定機組的發(fā)電負荷變化范圍。

天津華能楊柳青電廠是天津市重要的電源、熱源支撐點。截至2014年7月，全廠裝機容量占天津市統(tǒng)調(diào)機組裝機容量的12.77 %，累計發(fā)電530億kWh；集中供熱面積已達1 700萬m2，占天津市熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱面積的40 %左右。為此，針對天津華能楊柳青電廠(以下簡稱楊電)4期工程7，8號機組的供熱情況，進行了專項試驗，通過整理不同供熱量對應(yīng)的發(fā)電負荷，對機組供熱期的供熱數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出供熱負荷和發(fā)電負荷之間的關(guān)系，計算機組在不同供熱負荷下的發(fā)電負荷，從而模擬發(fā)電負荷的變化曲線，為供熱期間天津電網(wǎng)的調(diào)控和電廠機組的運行提供詳實的數(shù)據(jù)支持和依據(jù)，以便科學(xué)、合理地引導(dǎo)供熱機組參與調(diào)峰。

1 供熱機組調(diào)峰能力試驗

1.1 試驗原理

楊電2×300 MW機組汽輪機是上海汽輪機制造廠生產(chǎn)的C300-16.7/0.43/538/538型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。對于抽汽凝汽式機組，汽輪機功率由汽輪機進汽量和流經(jīng)低壓端的蒸汽流量決定，調(diào)節(jié)進汽量可得到不同的輸出功率。因此，在一定的供熱量條件下，其電功率的輸出具有安全調(diào)整范圍，可根據(jù)供熱機組的供熱量來確定電負荷波動范圍，并由此合理安排此類供熱機組參與電網(wǎng)調(diào)峰。

對于楊電抽汽凝汽式汽輪機，試驗工況以試驗采暖供熱流量為基準(zhǔn)，當(dāng)采暖抽汽量分別為200 t/h，300 t/h和400 t/h時，通過調(diào)節(jié)汽輪機的進汽流量，改變發(fā)電機的輸出功率，分別確定機組負荷高、低限工況點。

(1) 負荷高限的確定。在保持外界熱負荷穩(wěn)定不變的情況下，汽輪發(fā)電機的最大輸出功率首先受到汽輪機最大進汽量以及發(fā)電機最大出力的限制。試驗工況以試驗采暖抽汽流量為基準(zhǔn)，維持額定的采暖抽汽參數(shù)，通過改變鍋爐的蒸發(fā)量來改變機組負荷。當(dāng)汽輪機達到最大進汽量時，此時的電功率值即為該熱負荷下汽輪發(fā)電機能發(fā)出的最大功率。

(2) 負荷低限的確定。首先，汽輪發(fā)電機的最小輸出功率受到最小凝汽量的限制，該凝汽量可用來冷卻低壓缸，帶走因摩擦鼓風(fēng)損失所產(chǎn)生的熱量，保證汽輪機的安全穩(wěn)定運行；其次，汽輪發(fā)電機的最小輸出功率也受到汽輪機最小進汽量的限制。試驗工況以試驗采暖抽汽流量為基準(zhǔn)，維持額定的采暖抽汽參數(shù)，當(dāng)CV閥后壓力不低于額定值時，將CV閥開度調(diào)至最小，此時電功率值即為該熱負荷下汽輪發(fā)電機能發(fā)出的最小功率。

(3) 當(dāng)汽輪機達到最大進汽量，且保證CV閥后壓力不低于額定值時，此時工況即為最大采暖抽氣量的工況，此時電功率值即為最大熱負荷下汽輪發(fā)電機能發(fā)出的功率。

1.2 核定供熱機組調(diào)峰負荷邊界條件

根據(jù)汽輪機技術(shù)條件規(guī)定，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)峰需要，尖峰負荷通常以額定功率為調(diào)峰依據(jù)，也允許機組在最大連續(xù)出力(TMCR)工況下運行；低谷負荷時，應(yīng)保證工業(yè)抽汽和采暖抽汽參數(shù)。無論尖峰負荷或低谷負荷，均需在滿足供熱條件下，計算兩者的發(fā)電調(diào)峰范圍。

核定供熱機組調(diào)峰負荷的邊界條件，主要應(yīng)考慮以下幾個方面：

(1) 滿足鍋爐不投油最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量；

(2) 滿足汽輪機低壓缸冷卻蒸汽最小流量；

(3) 保證抽汽供熱參數(shù)達到供熱要求。

結(jié)合楊電機組的實際運行情況，確定本次試驗的邊界條件為：

(1) 保證采暖抽汽參數(shù)要求，中排壓力0.43 MPa (不低于0.379 MPa)，中排溫度不超溫；

(2) 保證低壓缸最小進汽流量78 t/h，即保證CV閥門開度不低于3 %，且低壓缸進汽壓力高于0.176 MPa；

(3) 汽輪機最大進汽量為1 025 t/h。

1.3 供熱機組調(diào)峰試驗的注意事項

(1) 主蒸汽、再熱蒸汽參數(shù)為額定值，蒸汽品質(zhì)滿足規(guī)定要求，且機組單元制運行。

(2) 采暖系統(tǒng)主要閥門(CV閥、EV閥)動作靈活，無卡澀現(xiàn)象，試驗時保持閥位不變。

(3) 試驗應(yīng)嚴(yán)格按照邊界條件和機組安全運行規(guī)程進行。在確定負荷低限的試驗工況時，若不能同時滿足CV閥開度與CV閥后壓力這2個條件時，應(yīng)優(yōu)先滿足CV閥后的壓力達到額定最小值，再確定CV閥的開度。

2 試驗數(shù)據(jù)的計算與分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)

該試驗以采暖供熱流量為基準(zhǔn)，當(dāng)采暖抽汽量分別為200 t/h，300 t/h，400 t/h時，通過調(diào)節(jié)汽輪機的進汽流量以改變發(fā)電機的輸出功率，分別確定機組負荷工況點(高、低限負荷)，其主要試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同采暖抽汽流量工況下的測點數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)學(xué)模型修正計算結(jié)果

以原始試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用等效熱降理論，對汽輪機主蒸汽和采暖抽汽的實際做功能力進行修正，得到機組發(fā)電功率與主蒸汽流量和采暖抽汽流量的關(guān)系方程式為：

式中：N——機組發(fā)電功率，kW；

A——修正后主蒸汽實際做功能力，

kJ/kg；

G0——機組主蒸汽流量，kg/h；

B——修正后采暖抽汽實際做功能力，

kJ/kg；

GCN——機組采暖抽汽流量，kg/h。

結(jié)合表1試驗數(shù)據(jù)，可得出A與B的值，方程式(1)可變換為方程式(2)：

將表1中實際機組主蒸汽流量和采暖抽汽流量值代入式(2)，對比所得發(fā)電功率計算結(jié)果與實際機組試驗負荷，如表2所示，可知計算結(jié)果與實際負荷偏差極小。

表2 等效熱降理論公式計算結(jié)果與實際機組試驗負荷的對比數(shù)據(jù)

2.3 繪制調(diào)峰能力曲線

修正后汽輪機各采暖抽汽流量對應(yīng)的機組試驗負荷，如表3所示。

表3 修正后采暖抽汽流量與機組試驗負荷對應(yīng)表

根據(jù)表3試驗數(shù)據(jù)，模擬楊電7，8號機組供熱調(diào)峰能力曲線，如圖1所示。

圖1 楊電7，8號機組供熱調(diào)峰能力曲線

2.4 機組主蒸汽流量與采暖抽汽流量的關(guān)系

結(jié)合試驗數(shù)據(jù)與方程式(2)，可分別求出不同采暖抽汽量所對應(yīng)的機組的最大主蒸汽流量和最小主蒸汽流量值，如表4所示。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，可模擬楊電7，8號機組供熱期主汽流量曲線，如圖2所示。

圖2 楊電7，8號機組供熱期的主汽流量曲線

3 結(jié)論

(1) 由楊電4期工程供熱機組進行供熱調(diào)峰能力試驗可知，當(dāng)采暖抽汽流量為200 t/h時，機組的電負荷調(diào)整范圍為152-292 MW；當(dāng)采暖抽汽流量為300 t/h時，機組的電負荷調(diào)整范圍為175-270 MW；當(dāng)采暖抽汽流量為400 t/h時，機組的電負荷調(diào)整范圍為211-256 MW，試驗結(jié)果可供電網(wǎng)公司調(diào)度部門參考。

(2) 由楊電4期工程供熱機組進行供熱調(diào)峰能力試驗可知，保證采暖抽汽流量為0，100 t/h，200 t/h，300 t/h和400 t/h時，機組的最小主蒸汽流量分別為468 t/h，515 t/h，584 t/h，680 t/h和809 t/h，可供機組運行管理部門參考。

(3) 本文提出的供熱機組調(diào)峰能力試驗方法，為電力調(diào)度機構(gòu)解決供暖期無法對供熱機組正常調(diào)度的問題提供了有效方法。供熱機組調(diào)峰能力試驗?zāi)軌蛘_、客觀地反映供熱機組出力調(diào)整裕度，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，進而促進節(jié)能減排。

1 田 超，栗向鑫，張圣楠.京津唐電網(wǎng)供熱機組冬季調(diào)峰能力分析[J].華北電力技術(shù)，2013，(3)：5-8.

2 王 漪，薛永鋒，鄧 楠.供熱機組以熱定電調(diào)峰范圍的研究[J].中國電力，2013，46(3)：59-61.

3 呂世文.供熱機組切換抽汽引起的跳機事件分析[J].電力安全技術(shù).2011，13(8)：34-36.

2015-07-28。

王梓越(1989-)，男，助理工程師，主要從事熱能經(jīng)濟計算與節(jié)能工作，email：ronaldo7wzy@126.com。

屈 斌(1987-)，男，助理工程師，主要從事熱能經(jīng)濟計算與節(jié)能工作。

甘智勇(1981-)，男，高級工程師，主要從事安全技術(shù)管理工作。

王 建(1985-)，男，助理工程師，主要從事熱能經(jīng)濟計算與節(jié)能工作。

張 利(1985-)，男，工程師，主要從事熱能經(jīng)濟計算與節(jié)能工作。