淺談火電廠的電力調峰運行方式及其限制因素

摘 要：本文在國家電網提出的"全球能源互聯網"的加快構建的情況下，分析了電廠機組在參與調峰過程中，長期處于變工況運行時引起的各類問題，從煤電機組調峰的需求、調峰方式、調峰的限制因素等方面進行了分析，提出了應對調峰問題的相關建議，以實現調峰的科學性和合理性。

關鍵詞：火電廠；調峰；限制因素

隨著社會經濟的快速發展，我國電力市場展現出了新的特點，即電力系統中的電力負荷峰谷差越來越大，而且持續時間也不斷增長。本文著重分析了通過研究電網調峰運行方式及其限制因素，希望從根本上解決電網調峰能力不足的問題。

1、電廠的電力調峰運行方式

用電用戶的用電負荷是隨時間變化而變化的，同時電能的無法儲存，也給電廠的調峰運行增加了難度。這就要求電廠做到用戶需要多少電，電廠就應該發多少電。通常為了保證電網供電穩定，發電廠通常根據電網負荷的變化同步發出相匹配的電量的調節稱為電力調峰。目前國內的調峰功能主要還是有火電廠來完成的。火電廠參與電網調峰的主要運行方式有以下三種：①低負荷運行方式是一種傳統的調峰運行方式，運行過程中主要機組的負荷跟隨電網需要而時刻發生變化。運行過程中，為了減小調峰電廠的調峰壓力，機組盡可能在允許值最低負荷情況下工作。這種運行方式的主要限制因素是鍋爐的最低燃物負荷。實際運行中低負荷調峰主要有定壓運行、滑壓運行和復合滑壓運行三種方式，這種運行方式在一定程度上可以延長設備的使用壽命，對增強機組的負荷變化相應速度也是有利的，使得機組可以更好的參與調峰任務。但是抽汽壓力跟隨復合的變化而變化，加熱器和除氧器的溫度和壓力得變化頻率也過快，對設備容易產生疲勞損傷。②兩班制運行方式也是電廠進行調峰的一種方式，機組依據電網日負荷曲線的分配規律，白天正常運行，夜晚在負荷低谷期停機8小時左右，次日清晨在以熱態方式啟機，使得機組重新并網運行。這種調峰方式的有點在于調峰處理空間大，夜間停機后監控簡單。缺點在于操作比較麻煩，主副機頻繁的啟停會導致設備的使用壽命縮短。此外，頻繁啟停機也會造成很的經濟損失，并且機組停啟過程中對參數要求也極為嚴格，操作性復雜，對安全也有一定隱患。③將機組負荷在電網處于低谷期時降至為零，但并不與電網解列，而是通過從電網中吸收少量電能來保持機組處于一種在額定轉速下旋轉的熱備用無功狀態。

目前我國火力發電機組采用最多的調峰方式是變負荷電力調峰運行模式，下面主要討論限制這種調峰方式的各種因素，這對安全運行和更好的調峰都是十分必要的。

2、調峰的限制因素

熱電聯產機組是火電機組的一種形式，本質上與普通熱電機組電力調峰的限制因素相同，但是，熱電機組因其自身的熱電負荷特性又有其特殊性。同時輔機和各個系統的管門管道布置也對調峰有一定的影響。機組的安全、穩定經濟的運行，是電廠運行的宗旨。下面介紹限制調峰的主要因素。

2.1 鍋爐限制因素

鍋爐是火力發電廠中最基本的能量轉換設備。主要功能是使燃料在爐內燃燒放任，將水加熱成蒸汽，供汽輪機使用。鍋爐在低負荷下穩定燃燒是低負荷調峰運行方式的基礎。鍋爐主要燃料是煤，保證煤質穩定是鍋爐穩定燃燒的根本。鍋爐在低負荷運行時爐膛內熱強度較低，如果所用煤質較差或者煤質突然發生變化，會對爐膛燃燒產生不同程度的影響，甚至導致鍋爐直接熄滅。因此煤質的穩定是研究其他配煤技術的基礎。磨煤機應該選擇單機容量小但是多臺聯合運行的方案，確保鍋爐在低負荷下穩定運行。低負荷運行過程中，鍋爐內燃燒過程比較復雜，鍋爐應對突發工況的能力也比較弱，一些細微的變化也可能影響鍋爐穩定運行。因此鍋爐要保持低負荷下穩定燃燒，最低連續穩定運行負荷應不大于 40%，對于煤粉爐要求爐膛容積熱負荷不低于150000 kJ/（m3·h）。如果機組運行負荷低于鍋爐低負荷而導致的鍋爐滅火，可以投油助燃。同時通過機爐協調控制來保證在變負荷運行過程中的機爐匹配。低負荷運行下另一個主要因素是水動力的安全性。在機組低負荷運行時，爐膛內火焰填充程度比較差，水冷壁吸熱不均勻，汽水循環管路之間的熱偏差比較大，會發生汽水流量分配不均勻從而引起循環速度偏差，造成水循環不暢通。在低負荷運行下，一般規定正常循環時的最小循環流速為 0.3m/s，滑壓運行時的水循環可靠性優于定壓運行。低負荷運行時，鍋爐輔機也會對機組的正常運行產生一定的限制。當過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度降低時，此時要注意空氣預熱器發生低溫腐蝕現象，這時要根據調峰要求重新調試燃燒和制粉系統，分系統也需要設置防爆措施。由于爐水循環泵在低負荷時容易出現汽蝕現象，要根據銘牌參數計算他能接受的負荷變化范圍，同時凈正吸入壓頭要滿足壓力要求。機組在變化工況運行時，要調整風機的處理能力，使其叨叨一定平衡。此外，低負荷時調整給粉機的轉速也能很快的適應鍋爐負荷的變化。

2.2汽機側限制因素

汽輪機轉子的壽命還受汽輪機允許負荷的影響，汽輪機可根據調峰負荷曲線和調度進行負荷變動，負荷的變化會直接影響氣缸轉子金屬的溫度，轉子在這種情況先同期產生疲勞損害，降低其使用壽命，這樣又間接的影響了負荷變動的頻率。在定壓負荷運行降低時，通過調節級的流量也會減少，級后的溫度也會有所降低，溫度的改變直接影響高中壓轉子受熱壓力的不穩定，從而產生較大的熱應力。在滑壓運行負荷減低時，調節氣門全部打開，調節級前后壓力均降低，溫度變化較小，轉子收到的熱應力也較小。

3、結語

本文主要分析了國內目前一些火電機組參與調峰的幾種方式，在低負荷運行時分別分析了鍋爐與汽輪機對機組參與電力調峰的限制因素，初步總結了供熱機組的電力調峰范圍。為后續熱電調峰范圍的提出了一些理論基礎。

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作者簡介：

程大軍（1972.09—）男，漢族，東北電力大學，火電廠集控運行專業，大專，主要從事鍋爐技術管理工作。