王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

（國(guó)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(jī)組調(diào)峰能力研究與分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

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

供熱機(jī)組；調(diào)峰能力；供熱能力；等效熱降理論

0 引言

供熱機(jī)組可同時(shí)承擔(dān)熱力和電力2種形式的負(fù)荷，隨著天津地區(qū)冬季供熱量的逐年增加和供熱機(jī)組裝機(jī)容量占比的不斷提升，供熱機(jī)組對(duì)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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，電網(wǎng)在冬季調(diào)峰較為困難，電網(wǎng)負(fù)荷供大于求。供熱機(jī)組既要保證冬季供熱期的供熱安全，又要同時(shí)兼顧節(jié)能調(diào)度。因此，亟需開展機(jī)組供熱期調(diào)峰能力及最大供熱能力的試驗(yàn)研究，以滿足電網(wǎng)在冬季調(diào)峰的需要，確保供熱機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

供熱期間，供熱機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷范圍隨熱負(fù)荷增加而相應(yīng)減小；機(jī)組供熱抽汽量越大，發(fā)電負(fù)荷可調(diào)節(jié)范圍就越小。因此，當(dāng)機(jī)組供熱負(fù)荷不斷變化時(shí)，需要通過改變相應(yīng)參數(shù)來確定機(jī)組的發(fā)電負(fù)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(diǎn)。截至2014年7月，全廠裝機(jī)容量占天津市統(tǒng)調(diào)機(jī)組裝機(jī)容量的12.77 %，累計(jì)發(fā)電530億kWh；集中供熱面積已達(dá)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(duì)天津華能楊柳青電廠(以下簡(jiǎn)稱楊電)4期工程7，8號(hào)機(jī)組的供熱情況，進(jìn)行了專項(xiàng)試驗(yàn)，通過整理不同供熱量對(duì)應(yīng)的發(fā)電負(fù)荷，對(duì)機(jī)組供熱期的供熱數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出供熱負(fù)荷和發(fā)電負(fù)荷之間的關(guān)系，計(jì)算機(jī)組在不同供熱負(fù)荷下的發(fā)電負(fù)荷，從而模擬發(fā)電負(fù)荷的變化曲線，為供熱期間天津電網(wǎng)的調(diào)控和電廠機(jī)組的運(yùn)行提供詳實(shí)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(jī)組參與調(diào)峰。

1 供熱機(jī)組調(diào)峰能力試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

楊電2×300 MW機(jī)組汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)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(jī)。對(duì)于抽汽凝汽式機(jī)組，汽輪機(jī)功率由汽輪機(jī)進(jìn)汽量和流經(jīng)低壓端的蒸汽流量決定，調(diào)節(jié)進(jìn)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(jī)組的供熱量來確定電負(fù)荷波動(dòng)范圍，并由此合理安排此類供熱機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰。

對(duì)于楊電抽汽凝汽式汽輪機(jī)，試驗(yàn)工況以試驗(yàn)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(shí)，通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量，改變發(fā)電機(jī)的輸出功率，分別確定機(jī)組負(fù)荷高、低限工況點(diǎn)。

(1) 負(fù)荷高限的確定。在保持外界熱負(fù)荷穩(wěn)定不變的情況下，汽輪發(fā)電機(jī)的最大輸出功率首先受到汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量以及發(fā)電機(jī)最大出力的限制。試驗(yàn)工況以試驗(yàn)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(jī)組負(fù)荷。當(dāng)汽輪機(jī)達(dá)到最大進(jìn)汽量時(shí)，此時(shí)的電功率值即為該熱負(fù)荷下汽輪發(fā)電機(jī)能發(fā)出的最大功率。

(2) 負(fù)荷低限的確定。首先，汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；其次，汽輪發(fā)電機(jī)的最小輸出功率也受到汽輪機(jī)最小進(jìn)汽量的限制。試驗(yàn)工況以試驗(yàn)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(shí)，將CV閥開度調(diào)至最小，此時(shí)電功率值即為該熱負(fù)荷下汽輪發(fā)電機(jī)能發(fā)出的最小功率。

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

1.2 核定供熱機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷邊界條件

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

核定供熱機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷的邊界條件，主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)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(jī)低壓缸冷卻蒸汽最小流量；

(3) 保證抽汽供熱參數(shù)達(dá)到供熱要求。

結(jié)合楊電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，確定本次試驗(yàn)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(jìn)汽流量78 t/h，即保證CV閥門開度不低于3 %，且低壓缸進(jìn)汽壓力高于0.176 MPa；

(3) 汽輪機(jī)最大進(jìn)汽量為1 025 t/h。

1.3 供熱機(jī)組調(diào)峰試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

(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(jī)組單元制運(yùn)行。

(2) 采暖系統(tǒng)主要閥門(CV閥、EV閥)動(dòng)作靈活，無卡澀現(xiàn)象，試驗(yàn)時(shí)保持閥位不變。

(3) 試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照邊界條件和機(jī)組安全運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行。在確定負(fù)荷低限的試驗(yàn)工況時(shí)，若不能同時(shí)滿足CV閥開度與CV閥后壓力這2個(gè)條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先滿足CV閥后的壓力達(dá)到額定最小值，再確定CV閥的開度。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

該試驗(yàn)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(shí)，通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量以改變發(fā)電機(jī)的輸出功率，分別確定機(jī)組負(fù)荷工況點(diǎn)(高、低限負(fù)荷)，其主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同采暖抽汽流量工況下的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)學(xué)模型修正計(jì)算結(jié)果

以原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用等效熱降理論，對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽和采暖抽汽的實(shí)際做功能力進(jìn)行修正，得到機(jī)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(jī)組發(fā)電功率，kW；

A——修正后主蒸汽實(shí)際做功能力，

kJ/kg；

G0——機(jī)組主蒸汽流量，kg/h；

B——修正后采暖抽汽實(shí)際做功能力，

kJ/kg；

GCN——機(jī)組采暖抽汽流量，kg/h。

結(jié)合表1試驗(yàn)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(shí)際機(jī)組主蒸汽流量和采暖抽汽流量值代入式(2)，對(duì)比所得發(fā)電功率計(jì)算結(jié)果與實(shí)際機(jī)組試驗(yàn)負(fù)荷，如表2所示，可知計(jì)算結(jié)果與實(shí)際負(fù)荷偏差極小。

表2 等效熱降理論公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)際機(jī)組試驗(yàn)負(fù)荷的對(duì)比數(shù)據(jù)

2.3 繪制調(diào)峰能力曲線

修正后汽輪機(jī)各采暖抽汽流量對(duì)應(yīng)的機(jī)組試驗(yàn)負(fù)荷，如表3所示。

表3 修正后采暖抽汽流量與機(jī)組試驗(yàn)負(fù)荷對(duì)應(yīng)表

根據(jù)表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬楊電7，8號(hào)機(jī)組供熱調(diào)峰能力曲線，如圖1所示。

圖1 楊電7，8號(hào)機(jī)組供熱調(diào)峰能力曲線

2.4 機(jī)組主蒸汽流量與采暖抽汽流量的關(guān)系

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)與方程式(2)，可分別求出不同采暖抽汽量所對(duì)應(yīng)的機(jī)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(hào)機(jī)組供熱期主汽流量曲線，如圖2所示。

圖2 楊電7，8號(hào)機(jī)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(jī)組進(jìn)行供熱調(diào)峰能力試驗(yàn)可知，當(dāng)采暖抽汽流量為200 t/h時(shí)，機(jī)組的電負(fù)荷調(diào)整范圍為152-292 MW；當(dāng)采暖抽汽流量為300 t/h時(shí)，機(jī)組的電負(fù)荷調(diào)整范圍為175-270 MW；當(dāng)采暖抽汽流量為400 t/h時(shí)，機(jī)組的電負(fù)荷調(diào)整范圍為211-256 MW，試驗(yàn)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(jī)組進(jìn)行供熱調(diào)峰能力試驗(yàn)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(shí)，機(jī)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(jī)組運(yùn)行管理部門參考。

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

1 田 超，栗向鑫，張圣楠.京津唐電網(wǎng)供熱機(jī)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(jī)組以熱定電調(diào)峰范圍的研究[J].中國(guó)電力，2013，46(3)：59-61.

3 呂世文.供熱機(jī)組切換抽汽引起的跳機(jī)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(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算與節(jié)能工作。

甘智勇(1981-)，男，高級(jí)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(jì)計(jì)算與節(jié)能工作。

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