侯登峰

（山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同 037039）

基于汽輪機(jī)乏汽余熱利用空冷供熱機(jī)組的靈活性調(diào)峰應(yīng)用研究

侯登峰

（山西大唐國(guó)際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同 037039）

隨著城市供熱改造進(jìn)度的逐漸深入，以某熱電公司為例，該公司接帶的供熱面積逐年增加，而電量形勢(shì)不容樂(lè)觀，面臨小電量、大供熱的外部環(huán)境。針對(duì)該難題，該公司從大溫差換熱出發(fā)，優(yōu)化供熱運(yùn)行方式，研究最小的電量和最大的供熱量的配比關(guān)系，確定供熱機(jī)組的最小電負(fù)荷，確認(rèn)機(jī)組深度調(diào)峰負(fù)荷，滿(mǎn)足供熱機(jī)組50%負(fù)荷的調(diào)峰能力。通過(guò)該技術(shù)方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組深度調(diào)峰。

供熱機(jī)組；最小電負(fù)荷；調(diào)峰

1 現(xiàn)狀分析

某公司地處山西的北方高寒地區(qū)（大同市），承擔(dān)著市區(qū)2 480萬(wàn)m2的供熱任務(wù)。現(xiàn)有4臺(tái)直接空冷供熱機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 040 MW。一期為2臺(tái)220 MW機(jī)組，2003年投產(chǎn)，單機(jī)額定抽汽工況下采暖抽汽量為390 t/h，抽汽壓力0.294 MPa，排汽量110 t/h。二期為2臺(tái)300 MW機(jī)組，2009年投產(chǎn)，單機(jī)額定抽汽工況下采暖抽汽量為 500 t/h，抽汽壓力 0.4 MPa，排汽量214 t/h。2012年4臺(tái)機(jī)組全部實(shí)施乏汽余熱利用改造，2014年配套增加外網(wǎng)熱泵，實(shí)施大溫差換熱改造，熱網(wǎng)循環(huán)水設(shè)計(jì)回水溫度39℃，熱網(wǎng)循環(huán)水回水首先進(jìn)入熱泵進(jìn)行換熱，熱網(wǎng)循環(huán)水最終溫度達(dá)到74℃后進(jìn)入原熱網(wǎng)首站繼續(xù)加熱。

因山西電網(wǎng)容量逐年增加，該公司2016年利用小時(shí)下降至約3 600 h，預(yù)計(jì)2017年供熱機(jī)組利用小時(shí)將繼續(xù)受到擠壓，供熱期機(jī)組負(fù)荷率偏低，而隨著城市供熱改造進(jìn)度的不斷拓展，接帶的供熱面積已經(jīng)達(dá)到2 400萬(wàn)m2，面臨小電量、大供熱的外部環(huán)境。

目前熱電比大于0.8的供熱機(jī)組均按照“以熱定電”方式運(yùn)行，存在兩個(gè)問(wèn)題：機(jī)組調(diào)峰范圍小，基本在65%~85%額定負(fù)荷運(yùn)行；變負(fù)荷率小，為了保證供熱抽汽壓力和流量穩(wěn)定，變負(fù)荷率基本維持在3~4.5 MW/min之間（300 MW及以下機(jī)組）。

為適應(yīng)電網(wǎng)火電機(jī)組深度調(diào)峰要求，同時(shí)火電機(jī)組負(fù)荷率日趨降低，而城市供熱量日漸增加，通過(guò)研究機(jī)組的最小運(yùn)行方式，結(jié)合機(jī)組各個(gè)工況的供熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定不同供熱量的最小運(yùn)行電負(fù)荷確認(rèn)機(jī)組深度調(diào)峰負(fù)荷，滿(mǎn)足供熱機(jī)組50%負(fù)荷以上的調(diào)峰能力。

2 研究面臨問(wèn)題

在保證供熱量不變的情況，降低機(jī)組電負(fù)荷調(diào)峰，重新繪制等供熱曲線，主要受三方面原因限制：中壓缸排汽壓力低于限制值，中壓缸末級(jí)葉片斷裂風(fēng)險(xiǎn)；低壓缸進(jìn)汽量不足，造成低壓缸鼓風(fēng)，排汽溫度升高；空冷進(jìn)汽量不足，造成空冷散熱器凍結(jié)。

針對(duì)中壓末級(jí)葉片的保護(hù)問(wèn)題，首先確認(rèn)中壓缸排汽壓力的運(yùn)行范圍和低壓調(diào)門(mén)調(diào)整范圍，經(jīng)過(guò)和廠家溝通，確認(rèn)中壓缸排汽壓力不得低于0.15 MPa，且低壓供熱蝶閥后壓力不得低于0.065 MPa，經(jīng)過(guò)和廠家共同核算，重新制定中壓缸排汽壓力的下限值，保證中壓缸末級(jí)葉片的安全。

針對(duì)空冷防凍的問(wèn)題，結(jié)合廠家給定的不同環(huán)境溫度的空冷單列最小防凍流量以及實(shí)際運(yùn)行情況，制定了空冷進(jìn)汽列的下限值。并在其基礎(chǔ)上結(jié)合中壓末級(jí)葉片保護(hù)限值，繪制了初期的等供熱曲線。

表1 300 MW機(jī)組最小防凍流量 t/h

而對(duì)于低壓缸進(jìn)汽量不足鼓風(fēng)引起的排汽溫度升高，在2016年供熱期間，結(jié)合供熱實(shí)際運(yùn)行情況，在各個(gè)負(fù)荷和不同供熱抽汽流量下，根據(jù)低壓缸排汽溫度升高的情況，確定低壓缸的最低進(jìn)汽量大于105 t/h。

確立了“以乏汽供熱為基礎(chǔ)、抽汽供熱為補(bǔ)充”的研究思路，然后再確立“2（4） 號(hào)機(jī)組為主力供熱、1（3） 號(hào)機(jī)組為輔助供熱”的調(diào)整思路，據(jù)此對(duì)不同的日供熱量情況進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)峰和變負(fù)荷研究。

3 研究?jī)?nèi)容

通過(guò)在不同的供熱量情況，對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式進(jìn)行探索試驗(yàn)，在不同的電負(fù)荷情況下進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)機(jī)組每一個(gè)負(fù)荷段的最大接帶供熱量，并根據(jù)不同的供熱量摸索機(jī)組的最小運(yùn)行電負(fù)荷，確認(rèn)機(jī)組的調(diào)峰深度，據(jù)此進(jìn)行等供熱曲線的繪制。等供熱曲線匯總見(jiàn)圖1至圖5。

3.1 一期（200 MW）

機(jī)組負(fù)荷可以在90~190 MW之間調(diào)整。熱電比在0.7~1.8之間（圖1）。

機(jī)組負(fù)荷可以在110~180 MW之間調(diào)整。熱電比在0.9~1.6之間（圖2）。

機(jī)組負(fù)荷可以在135~170 MW之間調(diào)整。熱電比在1.23~1.88之間（圖3）。

圖1 1號(hào)機(jī)組供熱1萬(wàn)GJ或者2號(hào)機(jī)組供熱1.4萬(wàn)GJ供熱曲線

圖2 1號(hào)機(jī)組供熱1.4萬(wàn)GJ或2號(hào)機(jī)組供熱1.7萬(wàn)GJ供熱曲線

圖3 1號(hào)機(jī)組供熱1.8萬(wàn)GJ，2號(hào)機(jī)組供熱2.2萬(wàn)GJ供熱曲線

3.2 二期（300 MW）

3號(hào)機(jī)組供熱1.4萬(wàn)GJ，4號(hào)機(jī)組供熱1.9萬(wàn)GJ供熱曲線機(jī)組負(fù)荷可以在150~290 MW之間調(diào)整。熱電比在0.6~1.47之間（圖4）。

圖4 3號(hào)機(jī)組供熱1.4萬(wàn)GJ，4號(hào)機(jī)組供熱1.9萬(wàn)GJ供熱曲線

3號(hào)機(jī)組供熱1.8萬(wàn)GJ或4號(hào)機(jī)組供熱2.3萬(wàn)GJ供熱曲線機(jī)組負(fù)荷可以在170~280 MW之間調(diào)整。熱電比在0.74~1.57之間。

3.3 二期（300 MW）

3號(hào)機(jī)組供熱2.3萬(wàn)GJ或4號(hào)機(jī)組供熱2.6萬(wàn)GJ供熱曲線機(jī)組負(fù)荷可以在200～270 MW之間調(diào)整。熱電比在0.98～1.50之間。

圖5 3號(hào)機(jī)組供熱1.8萬(wàn)GJ或4號(hào)機(jī)組供熱2.3萬(wàn)GJ供熱曲線

圖6 3號(hào)機(jī)組供熱2.3萬(wàn)GJ或4號(hào)機(jī)組供熱2.6萬(wàn)GJ供熱曲線

4 試驗(yàn)效果

在2016年供熱期間，在保證供熱穩(wěn)定的情況下，進(jìn)行機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)，同時(shí)針對(duì)變負(fù)荷率進(jìn)行試驗(yàn)，供熱思路確立為“以機(jī)組乏汽供熱為基礎(chǔ)、機(jī)組抽汽供熱為補(bǔ)充”，同時(shí)一（二） 期2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行方式調(diào)整為“2（4） 號(hào)機(jī)組為主力供熱、1（3）號(hào)機(jī)組為輔助供熱”，高真空運(yùn)行機(jī)組做供熱補(bǔ)充，這樣機(jī)組的變負(fù)荷率就可以不受“以熱定電”的影響，分別在50%～80%以及45%～90%額定負(fù)荷之間做變負(fù)荷供熱試驗(yàn)，變負(fù)荷率分別以5 MW/min、6 MW/min、7 MW/min、8 MW/min 進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)機(jī)組變負(fù)荷率完全可以達(dá)到6～8 MW/min，供水溫度變化率在3℃/min以?xún)?nèi)，調(diào)峰范圍亦可以達(dá)到50%以上。

以乏汽余熱利用供熱為基礎(chǔ)的等供熱曲線確定了機(jī)組的運(yùn)行范圍，通過(guò)不斷地試驗(yàn)完善，確定了供熱期間機(jī)組變負(fù)荷率，負(fù)荷運(yùn)行范圍擴(kuò)大至50%以上，變負(fù)荷率達(dá)到6～8 MW/min，既滿(mǎn)足了電網(wǎng)調(diào)峰要求，又保證了供熱穩(wěn)定。

5 實(shí)踐成效

a）本研究成果基本不需要投資，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，以?xún)?yōu)化供熱、優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式、優(yōu)化全廠供熱調(diào)整為目的，完成了等供熱曲線繪制，達(dá)到了節(jié)約投資的最大目的。

b） 通過(guò)試驗(yàn)，調(diào)峰范圍由原有的65%～85%拓寬為45%～90%，變負(fù)荷率達(dá)到6～8 MW/min，在保證供熱量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，基本滿(mǎn)足了電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰要求。

c）該調(diào)整操作屬于供熱機(jī)組首創(chuàng)，打破原有的廠家供熱曲線限制，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況繪制針對(duì)性強(qiáng)、調(diào)整靈活的等供熱曲線，指導(dǎo)運(yùn)行人員操作調(diào)整，達(dá)到最佳的熱電配比。

d） 供熱期間機(jī)組投入 ACE（area control error） 區(qū)域控制誤差運(yùn)行，提高機(jī)組負(fù)荷調(diào)整的靈活性，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰，在2016年3號(hào)機(jī)組投入ACE運(yùn)行，全年單機(jī)盈利440余萬(wàn)元，2017年計(jì)劃2臺(tái)機(jī)組投入ACE運(yùn)行，預(yù)計(jì)利潤(rùn)在600萬(wàn)元以上。

Flexible Peak Regulation of Air-cooling Heat Supply Unit Based on Turbine Waste-heat Utilization

HOU Dengfeng
（Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.,Datong,Shanxi037039,China）

With the gradual progress of urban heating reform,the heating area supplied by Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.(hereinafter referred to as"the company")increased year by year,while the electricity supply situation is not optimistic.In viewof this problem,the company optimized the heating mode and studied the ratio between the minimum electricity supply quantityand the maximumheat supplyquantitytodetermine the minimumheatingload ofthe unit toconfirmthe unit deep peak-regulating load.Through the implementation ofthe technical program,the deep participatingin peak regulatingin heatingunit has been achieved.

heat-supplyunit;minimumpower load;peak regulation

TM621

A

1671-0320（2017）05-0063-03

2017-06-28，

2017-07-25

侯登峰（1980），男，山西平遙人，2007年畢業(yè)于太原電力高等專(zhuān)科學(xué)?；痣姀S集控運(yùn)行專(zhuān)業(yè)，工程師，從事汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作。