火電轉型發展的調峰節能管理研究

中國電力企業聯合會科技開發服務中心 張博

吉林電力股份有限公司白城發電公司 吳哲 靳玉峰

依據我國提出的2020、2030年非化石能源占一次能源消費比重分別達到15%、20%的能源發展戰略目標，新能源仍然是國家重點發展方向，新能源的發展使火電企業調峰任務逐漸加大，在此背景下《東北電力輔助服務市場運營規則（暫行）》的發布實施，市場化的輔助服務分攤與補償為火電企業經營發展帶來了新的機遇，并對節能管理提出了新的要求。

調峰期間節能管理存在的問題

1.常規負荷的節能管理各單位已經較為完善和規范，但越來越多的調峰時段中，運行管理以安全為主而放棄了機組的節能管理，尤其是涉及到燃燒調整系統和主要輔機運行方式方面，節能管理存在很大的盲區。

2.在東北區域輔助服務分攤與補償機制引導下，火電的調峰任務逐漸加大，參與調峰獲得補償避免分攤成為當今火電機組經營發展的重要手段，如何科學參與深度調峰保證機組收益最大化，是提高火電機組核心競爭力的有效手段。

3.吉林電力股份有限公司白城發電公司（簡稱白城發電公司）當前供熱系統為抽汽供熱、電鍋爐供熱以及今年可以投運的雙背壓供熱三套供熱系統組成的復雜供熱系統，且三套供熱系統熱源呈階梯分布，優化調整熱負荷分配比例對機組整體節能管理和靈活性提升顯得十分必要。

調峰期間節能管理方法

低負荷優化指標節能管理

1.建立指標安全管理模型。

梳理機組低負荷運行各指標的節能量和調節對可靠性的影響程度，將指標的節能量分為Ⅰ、Ⅱ兩級，調節指標對機組或設備可靠性影響分為Ⅰ、Ⅱ兩級（表1），依據四象限法則建立指標安全管理模型圖（圖1），飛灰含碳量和爐渣含碳量的調整需要調整鍋爐配風、降低過量空氣系數，不利于低負荷鍋爐穩燃，同時由于指標對供電煤耗影響偏小，節能管理思路為定期進行人工化驗，確保指標在設計范圍內，鍋爐專工依據化驗結果指導運行人員逐步優化調整。

2.建立指標調整管理模型。

在指標節能量分級不變的基礎上對機組指標調整難度進行分級（表2），依據四象限法則建立指標調整管理模型圖（圖2）。

3.低負荷節能管理思路。

背壓（非冬季）、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度作為節能量高、可靠性高、易調整的指標要實施跟蹤、嚴格控制，調整不當要嚴肅考核。

表1 指標節能量與可靠性分級

圖1 指標安全管理模型

表2 指標節能量與已調整性分級

圖2 指標調整管理模型

凝結水過冷度、加熱器端差、補水率、過熱器減溫水、再熱器減溫水作為節能量低、可靠性高的指標要引導為主，編制《白城發電公司指標管理手冊》指導各指標調整方式，在月度運行分析會中組織調整經驗交流，以小指標競賽為抓手，根據指標調整難易程度調整SIS 系統同步績效得分，引導運行人員積極主動調整這部分指標。

背壓（冬季）、排煙溫度、鍋爐氧量、發電廠用電率作為節能量高、可靠性低、難調節的指標要以技術攻關為主，白城發電公司通過技術論證和試驗摸索，將凝結水母管運行壓力由最低1.3MPa 降至1MPa，日節省凝結水泵耗電量約0.26 萬千瓦時，冬季雙機運行采用單循環水泵的運行方式，日節省用電量約0.77 萬千瓦時，成立QC 小組開展空冷島經濟背壓研究和尖峰冷卻器經濟運行研究，利用“封停必檢”對尾部煙道吹灰器區域管束吹損情況進行檢查，根據檢查結果不斷優化吹灰器投運方式，根據現場燃燒區域測溫和鍋爐燃燒調整試驗，逐步優化鍋爐氧量曲線，通過一系列技術攻關制定低負荷時可靠性低和難調整的指標調整方案。

飛灰含碳量和爐渣含碳量的調整需要調整鍋爐配風、降低過量空氣系數，不利于低負荷鍋爐穩燃，同時由于指標對供電煤耗影響偏小，節能管理思路為定期進行人工化驗，確保指標在設計范圍內，鍋爐專工依據化驗結果指導運行人員逐步優化調整。

深度調峰經濟調度

根據《東北電力輔助服務市場運營規則（暫行）》，結合火電機組調峰能力，研究機組邊際條件變化與最佳安全經濟工況的關系，建立供熱期和非供熱期經濟調度管理模型，推算出機組當前邊際條件下各負荷收益情況（圖3和圖4），并同步推算出機組參與調峰和處于非調峰期間的經濟性出力，為生產現場值長提供直觀數據支撐，判斷機組當前的經濟性情況，指導電廠開展收益最大化的經濟運行方式。

圖3 供熱期深度調峰經濟調度模型

圖4 非供熱期深度調峰經濟調度模型

熱負荷優化調度

將熱網系統作為一個整體計算，在不考慮熱網循環水在輸送過程中的損失時，系統需要補充的供熱量即為熱用戶建筑向環境散熱量，以此建立環境溫度與熱負荷優化模型，設計流程見圖5。

圖5 熱負荷優化調度流程圖

1.雙背壓熱負荷能力。

通過熱力計算方程和對數平均溫差計算環境溫度與防凍流量對應曲線，綜合考慮機組帶滿負荷雙背壓加熱器無法消納的排汽量和空冷島低負荷防凍需要的最小流量，得出供熱初末期雙背壓側空冷島需保留2列，供熱中期雙背壓側空冷島需保留1列的運行方式，此時根據空冷島管束最小防凍流量和管束最大流量可以計算出機組雙背壓側空冷島進汽量的上下限，雙背壓加熱器進汽量為此時低壓缸排汽扣除雙背壓側空冷島進汽量后剩余汽量，而低壓缸排汽為機組當前負荷正常排汽扣除輔助蒸汽用汽（暖風器等輔助系統）和抽汽供熱用汽剩余蒸汽。

2.綜合熱負荷優化。

深度調峰時在保證機組穩定運行的情況下降低負荷，雙背壓加熱器隨著負荷降低排汽減少出力下降，在對外熱負荷一定的情況下以能源階梯利用最大化和調峰空間最優化為原則，以不同熱負荷對機組熱耗率影響為依據計算熱負荷供熱曲線，調整熱負荷分配比例，優化熱負荷調度方式。

3.優化效果對比。

抽汽供熱與雙背壓供熱相比，抽汽供熱的供熱蒸汽沒有進行低壓缸做功且相同供熱量下耗蒸汽量不一致，供熱中期在不考慮5、6、7號低加抽汽的情況下抽汽供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為432.4kJ/kg，雙背壓供熱受高背壓影響每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為39.48kJ/kg，優化熱負荷分配方式后熱耗率最高可以降低19.65kJ/kWh。供熱初末期在不考慮5、6、7號低加抽汽的情況下抽汽供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為478.66kJ/kg，雙背壓供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為35.09kJ/kg，優化熱負荷分配方式后熱耗率最高可以降低102.31kJ/kWh。

結論

本文以火電機組深度調峰期間節能管理空間作為研究對象，通過四象限法則對指標進行分級，根據分級結果制定對應管理措施，建立經濟調度管理模型，計算當前邊際條件下收益最大化運行方式，科學參與深度調峰，對復雜熱負荷能量梯級利用情況進行分析，可計算出機組熱負荷優化調度方案。據此研究，火電機組在調峰期間仍有較大的節能空間，通過指標、調度方式和熱負荷分配的優化管理，提高機組調峰期間經濟性，不僅滿足國家節能減排要求，同時可以提高機組深度調峰收益，增強企業競爭力。■