300MW火電機組工業(yè)抽汽供電煤耗及調(diào)峰特性仿真研究

蔡 文，吳 輝，熊 輝，權(quán)星軍，萬忠海

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096；2.國家電投集團江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司，江西南昌 330117；3.國家電投集團江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

隨著經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，工業(yè)用汽需求不斷增加，省內(nèi)部分火電企業(yè)為充分利用熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性積極開拓供熱市場，因地制宜、因廠制宜地開展汽輪機組的供熱改造項目，以提升高效清潔發(fā)展水平[1]。基于客戶工業(yè)用汽參數(shù)需求及機組運行安全，火電廠可靈活選擇高排供熱、熱再供熱或抽汽加裝壓力匹配器供熱等多種不同供熱方式。如此一來，供熱改造機組的實際運行極為復雜，具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式存在數(shù)目龐大的多種組合，是一個典型的多維數(shù)據(jù)模型。對于熱電聯(lián)產(chǎn)的研究，最復雜的莫過于發(fā)電和供熱二者成本的分攤計量——這是因為供熱蒸汽在從汽輪機本體抽出前也作了功，發(fā)了電。業(yè)內(nèi)一直存在“好處歸電”、“好處歸熱”和其他數(shù)種以能量價值理論、單耗理論為核心的相對折中的分攤方案[2]。本項目借助數(shù)值仿真軟件研究熱電聯(lián)產(chǎn)對機組運行經(jīng)濟性和調(diào)峰出力的影響；同時，依據(jù)文獻[3]計算供熱機組的熱耗率和煤耗率，以指導電廠生產(chǎn)運行管理。

1 仿真建模

仿真建模Ebsilon軟件平臺是一款來自德國STEAG公司的專業(yè)電站性能仿真計算軟件（見圖1），其主要特點是組件豐富，功能強大，設(shè)計靈活，尤其適用于熱力系統(tǒng)變工況計算及分析。

1.1 仿真對象

火力發(fā)電廠是一個集多設(shè)備、多介質(zhì)、多流程的復雜系統(tǒng)。本項目以某300MW機組典型工況熱平衡圖作為EBSILON軟件的DESIGN工況輸入?yún)?shù)，并在此工況基礎(chǔ)上，進行不同抽汽位置和供熱流量的變工況仿真計算。

1.2 仿真工況設(shè)置

通過數(shù)值仿真，探究300MW機組熱電聯(lián)產(chǎn)能耗及出力特性。具體內(nèi)容包括：

1）不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機組能耗研究；

2）不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機組出力研究；

3）環(huán)境溫度（邊界條件變化）對供熱改造機組能耗和出力的影響。循環(huán)水溫調(diào)整至33℃，即夏季工況{TRL工況（300MW）}；

4）發(fā)電量：選取了THA工況（300MW）、75%THA工況（225MW）和50%THA工況（150MW）三個典型工況；

5）供熱量：選擇了六檔抽汽流量（10t/h、20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h）；

6）供熱方式：選擇了高排供熱、熱再供熱。

1.3 仿真建模組態(tài)

在DESIGN工況頁面完成典型工況設(shè)計參數(shù)輸入后，通過對調(diào)節(jié)級與過橋汽封的設(shè)置、末級排汽損失的設(shè)置以及汽動給水泵組軸功匹配等方面的參數(shù)調(diào)校，使得DESIGN工況仿真計算出來的機組熱耗率等指標與制造廠熱平衡圖一致（見圖2）。

圖2 仿真建模DESIGN工況

2 仿真數(shù)據(jù)分析

2.1 THA工況（300MW）仿真結(jié)果（表1）

1）當供熱流量達到40t/h時，機組供電煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗可減少9.88g/（kW·h）。

表1 THA工況（300MW）仿真結(jié)果匯總

2.2 75%THA工況（225MW）仿真結(jié)果（表2）

1）當供熱流量達到50t/h時，機組供電煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗可減少12.25g/（kW·h）。

表2 75%THA工況（225MW）仿真結(jié)果匯總

2.3 50%THA工況（150MW）仿真結(jié)果（表3）

1）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗可減少19g/（kW·h）。

表3 50%THA工況（150MW）仿真結(jié)果匯總

2.4 TRL工況（300MW）仿真結(jié)果（表4）

1）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）當供熱流量達到60t/h時，機組供電煤耗可減少9.86g/（kW·h）。

表4 TRL工況（300MW）仿真結(jié)果匯總

2.5 熱電聯(lián)產(chǎn)對機組調(diào)峰出力的潛在影響[4]

以THA工況為例（表5），鍋爐蒸發(fā)量若保持900.08t/h不變，當供熱流量由0t/h調(diào)整至60t/h時，發(fā)電機功率將由300.02MW下降至284.80MW。在實際運行中，運行人員可以在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的配合下，通過適時增加燃煤及給水，將鍋爐蒸發(fā)量逐步提升至949.23t/h；并在整個過程中，由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)維持發(fā)電機功率300MW不變。

表5 熱電聯(lián)產(chǎn)對機組調(diào)峰出力的潛在影響

2.6 工業(yè)用汽量大幅擾動對調(diào)峰品質(zhì)的潛在影響

通過數(shù)值仿真（表6），分別模擬了THA工況（300MW）以及50%THA工況（150MW）下工業(yè)用汽量大幅擾動（30～60t/h）對于發(fā)電機功率輸出的影響——二者最大波動幅度分別為2.53%、4.88%。

表6 不同用汽量對調(diào)峰品質(zhì)的潛在影響

當此擾動過程較為緩慢時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可在充裕的時間內(nèi)予以正常消納，不影響調(diào)峰品質(zhì)。倘若擾動過程劇烈快促，將對機組一、二次調(diào)頻性能產(chǎn)生一定干擾，尤其是在低負荷工況下。

3 結(jié)語

供熱機組熱電聯(lián)產(chǎn)工況極為復雜，具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式三者之間存在著數(shù)目龐大的組合方式，是一個典型的多維數(shù)據(jù)模型。通過300 MW供熱機組仿真計算，獲取了熱電聯(lián)產(chǎn)對機組運行經(jīng)濟性和調(diào)峰出力的影響，并相關(guān)標準計算出機組典型工況下的供熱熱耗率和煤耗率。針對所選工況，最大供熱流量60t/h不影響機組的銘牌調(diào)峰出力和最低調(diào)峰出力；供熱流量波動對調(diào)峰的潛在影響可通過廠內(nèi)多臺機組協(xié)調(diào)控制予以正常消納。