天津市主力熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電解耦改造分析

王 坤 彭 晟 張應(yīng)田 王梓越

(1國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院 天津 300384 2國(guó)網(wǎng)天津市電力公司 天津 300010 3天津市電力科技發(fā)展有限公司 天津 300384)

引言

近年來(lái)，由于國(guó)家一系列政策的大力支持下，我國(guó)新能源發(fā)電發(fā)展十分迅速。因此，天津地區(qū)的新能源裝機(jī)容量也增長(zhǎng)迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年6月底，天津電網(wǎng)所轄區(qū)域內(nèi)共有4座風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，共計(jì)186臺(tái)風(fēng)機(jī)，裝機(jī)容量共計(jì)285.5MW；共有31座光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行，裝機(jī)容量共計(jì)576.3MW，共占火電機(jī)組裝機(jī)容量比重為10.3%。

然而，由于新能源發(fā)電受環(huán)境因素影響，發(fā)電不穩(wěn)定，又裝機(jī)比例逐年增高，降低了電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰容量比，造成可再生能源發(fā)電消納困難，尤其是在供熱期，由于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組受到“以熱定電”的限制，天津地區(qū)冬季熱-電矛盾十分突出。因此，推動(dòng)天津電力行業(yè)健康發(fā)展，提高熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰能力刻不容緩。2016年11月，國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局發(fā)布“電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃”，其中指出將全面推動(dòng)煤電機(jī)組熱電解耦改造。為順應(yīng)發(fā)展需求，天津地區(qū)主力熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組正在積極進(jìn)行熱電解耦改造。

1 主要熱電解耦改造技術(shù)分析

針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電解耦改造技術(shù)，目前主流的改造方法有5種，分別是：儲(chǔ)熱供熱、電蓄熱供熱、汽輪機(jī)旁路供熱、切低壓缸供熱以及吸收式熱泵供熱，其具體分析如下：

（1）儲(chǔ)熱供熱。其改造方法為給熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組加裝大型儲(chǔ)熱設(shè)施來(lái)解耦“以熱定電”的約束。其具體運(yùn)行機(jī)理為：在電負(fù)荷低谷時(shí)間段，機(jī)組進(jìn)行高負(fù)荷運(yùn)行并儲(chǔ)存熱量到儲(chǔ)熱罐中；而在電負(fù)荷尖峰時(shí)段，機(jī)組進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)行并把儲(chǔ)存的熱量進(jìn)行供熱，在一定程度上達(dá)到熱電解耦的目的。由于大部分熱電廠都沒(méi)有建造儲(chǔ)熱設(shè)施，該改造方法的初期成本較高，改造后由于未對(duì)汽輪機(jī)組本身進(jìn)行改造，且技術(shù)比較成熟，運(yùn)行成本不高。然而，由于這種熱能先儲(chǔ)存再供給的方式會(huì)有一定的熱量損失，造成經(jīng)濟(jì)效益的降低。

（2）電蓄熱供熱。該改造方法是給熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組加裝電蓄熱鍋爐，具體運(yùn)行原理為：在電負(fù)荷低谷時(shí)間段，除了汽機(jī)抽汽供熱之外，熱負(fù)荷缺口由電蓄熱鍋爐將電能轉(zhuǎn)換成熱能直接供熱；在電負(fù)荷尖峰時(shí)段，熱負(fù)荷全部由汽機(jī)抽汽供熱。同樣，這種改造方法初始投資較高，且直接將高品位的電能轉(zhuǎn)化為低品位的熱能，造成機(jī)組能效降低。

（3）汽輪機(jī)旁路供熱。這種改造方法是對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽管道進(jìn)行旁路改造，運(yùn)行原理為：在供熱高峰時(shí)段，直接將主蒸汽進(jìn)行減溫減壓進(jìn)行供熱。該方法初始投資較低，改造方便，但是減溫減壓降低了蒸汽參數(shù)，損失了蒸汽有效高位熱能，造成機(jī)組能效降低。

（4）切低壓缸供熱。這種改造方法是將原本進(jìn)入低壓缸的蒸汽用于供熱，并保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。該方法改造簡(jiǎn)單，投資較少，且具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。但是在機(jī)組抽凝和且低壓缸供熱切換復(fù)雜，且低壓缸零出力運(yùn)行過(guò)程中，電負(fù)荷受熱負(fù)荷控制，無(wú)法快速響應(yīng)電負(fù)荷。

（5）吸收式熱泵供熱。此改造方法是在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的“熱網(wǎng)加熱器供熱方案”通過(guò)升級(jí)改造為“熱網(wǎng)加熱器供熱+熱泵聯(lián)合供熱方案”。具體原理為：以電廠采暖抽汽為熱泵驅(qū)動(dòng)熱源，將電廠循環(huán)冷卻水余熱引接至熱泵進(jìn)行余熱回收，驅(qū)動(dòng)汽源凝結(jié)水及提取余熱后的余熱載體返回至電廠主機(jī)系統(tǒng)；熱網(wǎng)回水依次進(jìn)入熱泵、熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行二次串聯(lián)加熱。該方法是一種新型的熱電解耦技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)熱電解耦和節(jié)能協(xié)同提升的同時(shí)，還要保持汽輪機(jī)抽凝運(yùn)行模式下的靈活響應(yīng)電負(fù)荷的能力，具有很高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 天津市主力熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電解耦改造現(xiàn)狀

目前，受供熱期熱電矛盾的影響，各大主力熱電廠積極進(jìn)行熱電解耦改造，目前，主要采取的改造方法為切低壓缸供熱和吸收式熱泵供熱，且已經(jīng)投入運(yùn)行，運(yùn)行效果顯著。

（1）天津國(guó)電津能熱電有限公司為了滿足日益增長(zhǎng)的供熱負(fù)荷需求并提高機(jī)組在供熱期的調(diào)峰靈活性，于2014年完成#2機(jī)組吸收式熱泵改造，歷時(shí)3年，經(jīng)過(guò)一系列測(cè)試分析和優(yōu)化調(diào)整，截止到2017年底，最終完成了基于吸收式熱泵回收循環(huán)冷卻水余熱對(duì)外供熱的熱電解耦改造項(xiàng)目。熱泵運(yùn)行后，#2機(jī)組供電煤耗達(dá)到182g/kW·h，最大供熱能力達(dá)到1700GJ/h，發(fā)電負(fù)荷調(diào)峰范圍擴(kuò)大77MW，最低發(fā)電負(fù)荷可降至132MW，為額定容量的40%，節(jié)約標(biāo)煤10萬(wàn)噸/年，增加新能源消納空間1.9億kW·h/年，實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)熱電解耦和節(jié)能協(xié)同提升，效果顯著。

（2）天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司7號(hào)機(jī)組在2017年進(jìn)行了提升供熱機(jī)組靈活性的低壓缸零出力技術(shù)改造。機(jī)組改造投運(yùn)后，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均處于安全運(yùn)行范圍內(nèi)，機(jī)組熱-電特性達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)此次改造，楊柳青熱電廠7號(hào)機(jī)組供熱抽汽流量增加90t/h以上，折合供熱負(fù)荷增加65MW；相同供熱負(fù)荷條件下，改造后機(jī)組發(fā)電功率降低約46MW，發(fā)電煤耗率降低40g/kWh以上。機(jī)組電調(diào)峰能力和供熱能力大幅提高，供熱期發(fā)電煤耗大幅下降，提高了機(jī)組在發(fā)電供熱市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)語(yǔ)

天津市主力熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組面臨新能源消納困難和供熱期熱-電矛盾突出的現(xiàn)狀，迫切需要進(jìn)行熱電解耦改造。目前主流的熱電解耦改造技術(shù)有五類，分別是：儲(chǔ)熱供熱、電蓄熱供熱、汽輪機(jī)旁路供熱、切低壓缸供熱以及吸收式熱泵供熱，有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適合不同情況的機(jī)組。天津市各大主力熱電廠正在積極進(jìn)行熱電解耦改造，包括天津國(guó)電津能熱電有限公司吸收式熱泵改造和天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司低壓缸零出力技術(shù)改造，改造后機(jī)組電調(diào)峰能力和供熱能力大幅提高，為新能源消納釋放空間，有效緩解了天津市熱-電矛盾。