王 坤張 利張應(yīng)田王梓越李國豪屈 斌

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

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供熱期調(diào)峰能力研究進(jìn)展

王 坤1張 利1張應(yīng)田2王梓越1李國豪1屈 斌1

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

近年來，受到節(jié)能減排、空氣污染控制等環(huán)保要求的影響，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在我國電力裝機(jī)中所占的比例逐年增加。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有熱效率高、三廢排放少、占地面積小、水資源消耗少、運(yùn)行維護(hù)方便和啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。本文首先總結(jié)了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰能力的研究現(xiàn)狀，針對(duì)機(jī)組供熱運(yùn)行模式多樣和啟動(dòng)速度快兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。然后，基于國內(nèi)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在供熱期電網(wǎng)調(diào)峰的研究方向，對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供熱調(diào)峰性能進(jìn)行優(yōu)化。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組；供熱；運(yùn)行模式；調(diào)峰

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，熱負(fù)荷需求不斷增長(zhǎng)，大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是滿足熱負(fù)荷需求，提高能源綜合利用效率和環(huán)保水平的重要舉措。近年來，受到節(jié)能減排、空氣污染控制等環(huán)保要求的影響，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組在我國電力裝機(jī)中所占的比例逐年增加。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有熱效率高、三廢排放少、占地面積小、水資源消耗少、運(yùn)行維護(hù)方便和啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。特別是在北方地區(qū)，采暖需求量大且集中、空氣質(zhì)量要求嚴(yán)格，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組的這些優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)的更為顯著。

以往為保證聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供熱和穩(wěn)定運(yùn)行，一定比例的燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組按“以熱定電”方式運(yùn)行，無法參與系統(tǒng)調(diào)峰。在電網(wǎng)峰谷差日益加大、供熱裝機(jī)容量所占比重日益提高的情況下，整個(gè)電網(wǎng)的調(diào)峰能力受到越來越大的制約。以天津電網(wǎng)為例，2014年天津電網(wǎng)平均峰谷差率達(dá)到29.04%，受惡劣天氣的影響造成日負(fù)荷劇烈變化、冬季供熱對(duì)機(jī)組出力調(diào)節(jié)范圍明顯限制、日益凸顯的風(fēng)電反調(diào)峰問題等諸多因素對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行造成極大困難。因此，通過對(duì)供熱機(jī)組不同供熱工況下調(diào)峰能力進(jìn)行研究，對(duì)電網(wǎng)和熱網(wǎng)更好的協(xié)調(diào)調(diào)控有著重要的意義。

2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組及熱電聯(lián)產(chǎn)簡(jiǎn)介

燃?xì)廨啓C(jī)是一種以氣體作為工質(zhì)、內(nèi)燃、連續(xù)回轉(zhuǎn)的、葉輪式熱能動(dòng)力機(jī)械，它主要由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙饺蟛考推渌o助系統(tǒng)設(shè)備組成，常用的燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率為45-52%之間。然后，采用高溫燃機(jī)循環(huán)與發(fā)電系統(tǒng)常用的郎肯循環(huán)聯(lián)合的方式，將燃?xì)廨啓C(jī)高溫排氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組對(duì)外發(fā)電，形成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，提高了機(jī)組的熱效率，目前最大容量的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱效率可以達(dá)到60%[1]。

根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的出力劃分：B級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)出力小于等于100MW；E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)出力介于100MW-200MW之間；F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)出力介于200MW-300MW之間；而更高等級(jí)的G級(jí)和H級(jí)則在300MW-400MW之間。目前，國內(nèi)應(yīng)用較多的為E級(jí)和F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)組，例如在天津地區(qū)，天津陳塘熱電有限公司配置M701F4型F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)、華能臨港（天津）燃?xì)鉄犭娪邢薰九渲肞G9371FB03型F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和天津華電福源熱電有限公司配置PG9171E型E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)。通常，E級(jí)機(jī)組運(yùn)行方式多為“一拖一”運(yùn)行，即一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)一臺(tái)蒸汽輪機(jī)運(yùn)行，而F級(jí)機(jī)組的運(yùn)行有“一拖一”和“二拖一”兩種模式，如果機(jī)組配有SSS離合器的話，每種模式又有背壓和冷凝兩種運(yùn)行方式，可見聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行方式靈活多變，適用于不同的需求。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組就是在原有機(jī)組的基礎(chǔ)上，在汽機(jī)側(cè)設(shè)有抽汽口，抽取適當(dāng)?shù)恼羝焚|(zhì)相對(duì)較低的蒸汽，用于對(duì)外供應(yīng)蒸汽或者供應(yīng)熱水，從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式，使熱效率進(jìn)一步提高。

3 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供熱調(diào)峰研究現(xiàn)狀

由于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的總裝機(jī)容量占總發(fā)電容量的比例逐年增加，大量聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的接入直接影響了電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行安全。因此，研究并網(wǎng)運(yùn)行的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行特性，了解機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的供熱、調(diào)峰特性，分析影響燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組最大、最小技術(shù)出力的主要因素，研究聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供熱對(duì)調(diào)峰性能影響的規(guī)律，對(duì)確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。近年來，許多學(xué)者就聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供熱調(diào)峰特性展開了廣泛的研究。

不同于傳統(tǒng)的燃煤機(jī)組，從聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)可知，它具有靈活多變的運(yùn)行方式，以裝有SSS離合器F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為例，由于F級(jí)機(jī)組的運(yùn)行通常有“一拖一”和“二拖一”兩種模式，并且SSS離合器可以使汽輪機(jī)在背壓和冷凝兩種運(yùn)行方式下運(yùn)行，這樣就可以得到聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有四種供熱運(yùn)行模式，這對(duì)供熱期的電網(wǎng)調(diào)峰也提供了更多的選擇。吳華[1]以北京太陽宮燃?xì)鉄犭姀S的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為研究對(duì)象，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，通過比例法和焓值法計(jì)算了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在抽凝工況“一拖一”和“二拖一”運(yùn)行模式下的供熱調(diào)峰熱電曲線，為北京市未來聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供熱調(diào)峰提供了參考。劉慧珍等[2]同樣以北京電網(wǎng)某F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為例，先通過試驗(yàn)確定了背壓工況下聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在“一拖一”和“二拖一”運(yùn)行模式下的熱電曲線，并以此為基礎(chǔ)通過建立抽凝工況下的機(jī)組群負(fù)荷和供熱量的數(shù)學(xué)模型，得到了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供熱性能和調(diào)峰性能。結(jié)果表明，在抽凝模式下，隨著供熱量的增大，機(jī)組群的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷只差越來越小，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的調(diào)峰能力變差。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組除了在運(yùn)行方式多樣方面對(duì)供熱期調(diào)峰有較大的影響外，它的啟停性能也對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰有一定的影響。趙冬雯等[3]研究了京津唐電網(wǎng)一套F級(jí)現(xiàn)役聯(lián)合循環(huán)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的可行性，首先分析了該機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和機(jī)組深度調(diào)峰特性，然后根據(jù)機(jī)組啟停調(diào)峰的實(shí)際情況，探討了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的方式。趙楊等[4]針對(duì)北京電網(wǎng)峰谷差日益增大的現(xiàn)狀，研究了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間以及煙氣旁路對(duì)機(jī)組快速啟動(dòng)性能的影響，結(jié)果表明，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟停時(shí)間段，增大了處理調(diào)節(jié)范圍，在極端條件下，無煙氣旁路的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組可按簡(jiǎn)單循環(huán)啟動(dòng)應(yīng)對(duì)調(diào)峰緊急需求。

4 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組供熱調(diào)峰研究方向

通過以上的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)由于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在在我國電力裝機(jī)中所占的比例日益增加，關(guān)于其供熱調(diào)峰可能性的研究越來越多，主要集中在北方地區(qū)。然而，這些研究基本處于初步研究的階段，研究?jī)?nèi)容多為基礎(chǔ)性的內(nèi)容，還沒有形成系統(tǒng)的研究方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文基于國內(nèi)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出以下幾點(diǎn)關(guān)于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在供熱期電網(wǎng)調(diào)峰的研究方向，對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的供熱期調(diào)峰性能進(jìn)行優(yōu)化。

（1）研究燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在多種供熱運(yùn)行模式下的調(diào)峰能力特性及模型。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由于運(yùn)行模式多樣，對(duì)供熱期的調(diào)峰也提供了更多的選擇，總結(jié)每種運(yùn)行模式下的供熱期調(diào)峰能力特性，利用設(shè)計(jì)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型得到每種運(yùn)行模式下的供熱期調(diào)峰能力模型是十分必要的。

（2）研究單套機(jī)組和廠級(jí)機(jī)組多種供熱運(yùn)行模式下的調(diào)峰能力綜合分析方法。在供熱期電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，一般有兩個(gè)條件的限制：熱網(wǎng)調(diào)度限制熱負(fù)荷和電網(wǎng)調(diào)度限制電負(fù)荷。結(jié)合這兩個(gè)限制和得到的每種運(yùn)行模式下的供熱調(diào)峰模型，討論單套機(jī)組和廠級(jí)機(jī)組在多種供熱運(yùn)行模式下的調(diào)峰能力綜合分析方法，可以適用于電廠的各種運(yùn)行情況，為電網(wǎng)調(diào)度提供更大的負(fù)荷調(diào)控空間。

（3）結(jié)合電廠的效益，優(yōu)化建立的調(diào)峰能力綜合分析方法，得到經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的供熱調(diào)峰能力模型。在調(diào)峰過程中，在固定供熱量的不同模式下，機(jī)組具有不同的負(fù)荷，如果考慮機(jī)組的效率和發(fā)電負(fù)荷的限制，使電廠在滿足供熱和供電負(fù)荷的前提下得到最高的機(jī)組效率，即得到最高的效益。

[1]吳華.燃?xì)鉄犭姀S供熱調(diào)峰的運(yùn)行優(yōu)化研究 [D].華北電力大學(xué),2012.

[2]劉慧珍,李明憶,周作春等.F級(jí)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組供熱性能分析[J].汽輪機(jī)技術(shù),2013,55(6):423-426.

[3]趙冬雯,栗向鑫,張碩等.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰可行性研究[J].發(fā)電技術(shù).2014,17(6):60-64.

[4]趙楊,沙立成,雷一鳴等.北京電網(wǎng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行特性[J].華北電力技術(shù).2015,2:60-65.

王坤（1990-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向熱經(jīng)濟(jì)計(jì)算與節(jié)能。