曹善輝

摘 要：在冬季，東北高寒地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的新能源供熱期消納矛盾，其主要原因是冬季受到供熱的限制降低了調(diào)峰的能力，且300MW機(jī)組有很大的裝機(jī)容量，導(dǎo)致其棄光棄風(fēng)。基于此，本文將從高寒地區(qū)300MW機(jī)組發(fā)展的狀況出發(fā)，對(duì)高寒地區(qū)300MW機(jī)組熱電解耦技術(shù)進(jìn)行分析與探究，匯總了多種300MW機(jī)組熱電解耦技術(shù)的工作原理、主要特征與具體運(yùn)用，希望為相關(guān)人員的工作提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū)；300MW機(jī)組；熱電解耦

中圖分類號(hào)：TM621.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0180-02

到去年年底為止，國(guó)內(nèi)發(fā)電裝機(jī)的容量約為18億kW，十三五期間，國(guó)家將發(fā)展可再生能源列為重點(diǎn)的任務(wù)。而太陽(yáng)能與風(fēng)能等快速、集中發(fā)展的東北高寒地區(qū)，冬季在采暖時(shí)出現(xiàn)了逐漸嚴(yán)重的棄光棄風(fēng)情況，對(duì)太陽(yáng)能與風(fēng)能的發(fā)電并網(wǎng)空間產(chǎn)生了很大的擠壓，增強(qiáng)300MW機(jī)組調(diào)峰的能力已經(jīng)迫在眉睫。

1 高寒地區(qū)300MW機(jī)組發(fā)展的狀況

1.1 300MW機(jī)組迅速發(fā)展，出現(xiàn)過剩供熱能力

在最近的十幾年里，國(guó)家推出了環(huán)境加強(qiáng)保護(hù)、系統(tǒng)能效提升、供熱集中等一系列政策，使得東北地區(qū)增加了大量的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等火電機(jī)組，并供熱改造了當(dāng)前很多的純凝火電機(jī)組，使得300MW機(jī)組得到了迅速的發(fā)展，在火電機(jī)組里，300MW機(jī)組所占比例不斷增加，降低了供熱階段火電的調(diào)峰能力。東北地區(qū)火電的裝機(jī)里300MW機(jī)組的裝機(jī)占比與容量在近年來發(fā)生了很大的變化，近十幾年?yáng)|北組裝的火電機(jī)容量每年平均增加百分之七，而300MW機(jī)組的裝機(jī)容量每年平均增百分之十四。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，東北對(duì)300MW機(jī)組的供熱能力在理論上增速比具體供熱需要的增速高出許多，出現(xiàn)明顯的供熱能力過?，F(xiàn)象。將東北不小于十萬kW的供熱機(jī)組進(jìn)行分析，初步測(cè)算下一年的供熱水平，只需要三千多萬kW的300MW機(jī)組就能達(dá)到供熱要求，但當(dāng)前裝機(jī)容量為四千多萬kW，容量過剩一千多萬kW，相當(dāng)于百分之五十，其中，建設(shè)的熱電聯(lián)差機(jī)組容量過剩的比較少，改造的供熱機(jī)組容量過剩的比較大。

1.2 300MW機(jī)組占據(jù)新能源空間，兩者矛盾加劇

伴隨300MW機(jī)組逐漸增加，出現(xiàn)了愈發(fā)激烈的調(diào)峰矛盾。為了對(duì)最小300MW機(jī)運(yùn)行的方法進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)電力部門在十二五期間，定時(shí)帶領(lǐng)專家現(xiàn)場(chǎng)勘查熱電機(jī)組，根據(jù)供熱中期、供熱初末期與非供熱期這三個(gè)階段對(duì)運(yùn)行的最小方式進(jìn)行核定。東北地區(qū)在十二五期間300MW機(jī)組的最小核定總出力呈現(xiàn)每年上升的趨勢(shì)，各省的增加量均達(dá)到幾百萬kW，至去年年末，東北300MW機(jī)組供熱中期技術(shù)的最小總處理約為三千萬kW。同時(shí)東北地區(qū)在供熱期間最小電負(fù)荷緩慢的增長(zhǎng)，在300MW機(jī)組最小出力不斷上升的條件下，新能源上網(wǎng)發(fā)電的空間每年都收到壓縮，對(duì)系統(tǒng)安全產(chǎn)生了一定影響。一些省份采取了300MW機(jī)組停輪等方法進(jìn)行應(yīng)急調(diào)峰，使電網(wǎng)的運(yùn)行安全得到保證，但單機(jī)的供熱也關(guān)系到供熱的安全，使得保護(hù)新能源的消納、保護(hù)電網(wǎng)的安全、保護(hù)供熱之間的矛盾不斷加劇。

2 高寒地區(qū)300MW機(jī)組熱電解耦技術(shù)

當(dāng)前高寒地區(qū)常用300MW機(jī)組熱電解耦技術(shù)包括零出力的低壓缸供熱、電極鍋爐、儲(chǔ)熱供熱與旁路的高中壓鋼供熱等。

2.1 零出力的低壓缸供熱

2.1.1 技術(shù)工作原理

這一技術(shù)突破了汽輪機(jī)的低壓缸傳統(tǒng)冷卻流量最小限制的說法，將低壓缸的進(jìn)汽切除于供熱的階段，只留下較少的冷卻蒸汽，在高真空的環(huán)境下，低壓缸的運(yùn)行能夠零出力，從而使汽輪機(jī)調(diào)峰能力與供熱能力都得到提高。在高真空的環(huán)境下，低壓缸使用密封液壓的蝶閥對(duì)低壓缸進(jìn)汽的原有管道進(jìn)行切除，在旁路添加新的管道，使一些冷卻蒸汽能夠進(jìn)入，將切除后出現(xiàn)的鼓風(fēng)熱量帶走，在相關(guān)計(jì)算與改造以外，還要對(duì)輔機(jī)部分進(jìn)行配套的改造。在主蒸汽的流量相同時(shí)，供熱抽汽的能力經(jīng)過改造可以得到很大的提高，在供熱的熱負(fù)荷相同時(shí)，發(fā)電的功率經(jīng)過改造可以得到有效降低，提高了300MW機(jī)組調(diào)峰的能力與供熱的能力，有效降低了供熱期所需的發(fā)電煤耗。

2.1.2 技術(shù)主要特征

零出力的低壓缸供熱技術(shù)在供熱運(yùn)行的傳統(tǒng)模式上進(jìn)行了較大突破，和光軸供熱與高背壓供熱改造相比較，可以使供熱機(jī)組靈活地對(duì)高背壓和抽汽凝汽這兩種運(yùn)作的方法進(jìn)行切換。和其他300MW機(jī)組的熱電解耦技術(shù)作比較，只需要少量改造費(fèi)用與維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)程度。

2.1.3 技術(shù)運(yùn)用成績(jī)

這一技術(shù)的應(yīng)用與研究國(guó)外已經(jīng)開展多年，有很多成功長(zhǎng)期運(yùn)行的實(shí)例。我國(guó)的高寒地區(qū)，該供熱技術(shù)仍屬于熱電解耦的一個(gè)新興技術(shù)，末級(jí)的低壓缸葉片能夠在蒸汽流量很低的條件下長(zhǎng)時(shí)間的可靠、安全運(yùn)行，受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。通過一系列的研究，證明零出力的低壓缸在運(yùn)行過程中，流量容積較小時(shí)候，末級(jí)的長(zhǎng)葉片會(huì)受到氣流力作用，使最大的動(dòng)應(yīng)力比設(shè)計(jì)的工況值要小，動(dòng)強(qiáng)度在符合制造廠的要求規(guī)范設(shè)計(jì)的情況下能夠平穩(wěn)運(yùn)行[1]。此安全性的核算將300MW機(jī)的葉型數(shù)據(jù)當(dāng)做基礎(chǔ)來進(jìn)行計(jì)算，其他同型機(jī)組安全性的核算胡伴隨邊界條件不同而出現(xiàn)一定變化，應(yīng)在采用該技術(shù)前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試并分析先期的數(shù)值。從國(guó)內(nèi)運(yùn)用零出力的低壓缸供熱技術(shù)至今，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)汽輪機(jī)的制造廠應(yīng)用成功，不過運(yùn)行的總體時(shí)間較短，其可靠性與安全性還需要更加深入、更長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)研究。

2.2 電極鍋爐

2.2.1 技術(shù)工作原理

電極鍋爐主要是對(duì)水所具有的高熱阻特征進(jìn)行利用，把電能直接轉(zhuǎn)變成熱能，并把熱能對(duì)介質(zhì)進(jìn)行傳遞的一種熱能裝置。從根本上講，該方案通過汽輪機(jī)一部分發(fā)電功率電極鍋爐對(duì)300MW機(jī)組缺乏供熱能力的部分進(jìn)行補(bǔ)充，做到熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使300MW機(jī)組的上網(wǎng)功率得以降低。300MW機(jī)組使用此方案進(jìn)行調(diào)峰的具體運(yùn)行方法是：在風(fēng)電過剩的階段，300MW機(jī)組使發(fā)電負(fù)荷降低，對(duì)風(fēng)電上網(wǎng)進(jìn)行接納，電極鍋爐對(duì)另外一些風(fēng)電進(jìn)行消耗，從而對(duì)供熱的缺陷進(jìn)行補(bǔ)償?；蚴枪釞C(jī)組在發(fā)電負(fù)荷下降較少的情況下，電極鍋爐對(duì)廠內(nèi)全部或部分發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行消耗來補(bǔ)充供熱，做到300MW機(jī)組零上網(wǎng)或少上網(wǎng)，工況較為特殊時(shí)能夠消耗電網(wǎng)的電量做到負(fù)上網(wǎng)。[2]

2.2.2 技術(shù)主要特征

該方案的優(yōu)勢(shì)為自動(dòng)化的程度高，控制方便，系統(tǒng)也十分簡(jiǎn)單，機(jī)組和系統(tǒng)處于并聯(lián)運(yùn)行，沒有汽水物質(zhì)進(jìn)行交換，一旦出現(xiàn)故障能夠輕松解列，具有很高的安全性。以轉(zhuǎn)換能源環(huán)節(jié)的角度來看，300MW機(jī)組熱力循環(huán)的效率低于百分之五十以下時(shí)對(duì)熱網(wǎng)水進(jìn)行加熱，有一定的大材小用小巷存在，不符合當(dāng)前的節(jié)能減排戰(zhàn)略，況且此方案有較大的初期投資。

2.2.3 技術(shù)運(yùn)用成績(jī)

在國(guó)內(nèi)高寒地區(qū)有電力調(diào)峰輔助獎(jiǎng)勵(lì)的市場(chǎng)機(jī)制，受其影響使得一些電廠運(yùn)用能源管理的合同模式改造電極鍋爐的供熱，做到熱電解耦，高寒地區(qū)外的其他地區(qū)暫無相關(guān)運(yùn)用。

2.3 儲(chǔ)熱供熱

2.3.1 技術(shù)工作原理

300MW機(jī)組和固定容量?jī)?chǔ)熱的裝置進(jìn)行并聯(lián)，汽輪機(jī)組在承受發(fā)電負(fù)荷相對(duì)較高的時(shí)候，汽輪機(jī)進(jìn)行抽汽能夠大量提供所需熱量，并能對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行供熱，對(duì)熱水儲(chǔ)熱罐里的水進(jìn)行加熱，熱水儲(chǔ)熱罐在這時(shí)處于儲(chǔ)能的過程。如果需要調(diào)峰，汽輪機(jī)降低了發(fā)電的負(fù)荷，便會(huì)減少抽汽量，能夠抽取汽輪機(jī)的熱量無法滿足熱網(wǎng)供熱需要的時(shí)候，把熱水儲(chǔ)熱罐里的熱水抽出對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行供熱，從而使汽輪機(jī)的供熱缺陷得到彌補(bǔ)，達(dá)到供熱需要的同時(shí)降低汽輪機(jī)的負(fù)荷，做到300MW機(jī)組的熱電解耦。在該方案中，熱水儲(chǔ)熱罐是最重要的設(shè)備，按照水在各種溫度下密度存在差異出現(xiàn)熱冷分層這一原理來運(yùn)行，溫度較高的供水在上部區(qū)域，溫度較低的回水在下部區(qū)域，冷水與熱水之間有一個(gè)過渡層存在[3]。

2.3.2 技術(shù)主要特征

該技術(shù)改造300MW機(jī)組原有的熱力系統(tǒng)相對(duì)較少，有很好的供熱經(jīng)濟(jì)性。其缺陷與不足是儲(chǔ)熱裝置需要投資較大的改造成本，并占據(jù)較大的面積，不能很好地適應(yīng)連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)峰。因此，應(yīng)添加鍋爐新蒸汽等高壓的汽源，但是這樣做又會(huì)使供熱的經(jīng)濟(jì)性降低。

2.3.3 技術(shù)運(yùn)用成績(jī)

該技術(shù)在我國(guó)北方有廣泛的應(yīng)用，高寒地區(qū)建成了相應(yīng)儲(chǔ)熱裝置用于區(qū)域的供熱，該蓄熱裝置有較大的體積與儲(chǔ)熱容量，能夠承受很高的運(yùn)行溫度，供熱持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)。另外，某發(fā)電廠300MW機(jī)組新建兩臺(tái)熱水儲(chǔ)熱罐，容量高達(dá)一萬平方米，當(dāng)前已經(jīng)建成并投入使用。

2.4 旁路的高中壓缸供熱

2.4.1 技術(shù)工作原理

在主蒸汽中進(jìn)行抽汽，當(dāng)減壓和減溫以后連接到高壓缸進(jìn)行排汽，隨后在再熱的正管道進(jìn)行抽汽并當(dāng)作補(bǔ)充供熱抽汽的主要汽源。一部分主蒸汽在高壓的旁路避開高壓缸，使得高壓缸的做功得到降低，一部分再熱蒸汽在低壓的旁路避開中壓缸，使得中壓缸的做功得到降低，以300MW機(jī)組供熱抽汽水平的提高為前提使發(fā)電機(jī)組的出力得到降低，實(shí)現(xiàn)300MW機(jī)組的熱電解耦。

2.4.2 技術(shù)主要特征

300MW機(jī)組和超過300MW這個(gè)級(jí)別的供熱機(jī)組都配備相應(yīng)的聯(lián)合高低旁系統(tǒng)。此方案將此作為基礎(chǔ)對(duì)局部進(jìn)行相應(yīng)改造，在初期僅需要很少的投資，能夠使300MW機(jī)組熱電解耦得到較好實(shí)現(xiàn)，停機(jī)而不停爐是其基本上限[4]。旁路的高中壓缸中具有高壓高溫蒸汽，并配備相應(yīng)的減壓與減溫系統(tǒng)，在較大程度上變換參數(shù)，啟停得十分頻繁，處于惡劣的工作環(huán)境，要想使此系統(tǒng)可靠、安全、長(zhǎng)期運(yùn)行就應(yīng)推廣和應(yīng)用本方案。

2.4.3 技術(shù)運(yùn)用成績(jī)

從理論上來說，旁路的高中壓缸供熱技術(shù)可以對(duì)全部300MW機(jī)組適用。到現(xiàn)在為止，高寒地區(qū)已經(jīng)有一些電廠實(shí)現(xiàn)了旁路的高中壓缸供熱。該供熱不是工況的正常運(yùn)行，而是頻繁對(duì)不同供熱的模式進(jìn)行切換，其管路系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥、減溫減壓器的可靠性與安全性還需要更加深入、更長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)研究。

3 結(jié)語

總而言之，研究高寒地區(qū)300MW機(jī)組熱電解耦技術(shù)具有十分重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)高寒地區(qū)300MW機(jī)組發(fā)展的狀況有一個(gè)全面、深入的了解，掌握零出力的低壓缸供熱、電極鍋爐、儲(chǔ)熱供熱與旁路的高中壓鋼供熱等熱電解耦技術(shù)的工作原理、主要特征、運(yùn)用成績(jī)，從而采取科學(xué)的熱電解耦舉措。

參考文獻(xiàn)

[1]郭勇，李立人.華能營(yíng)口電廠I期俄供300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻改造爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的優(yōu)化[J].儀器儀表用戶，2016，23（08）：79-81.

[2]繆春瓊，滕開良，趙樹宗，等.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在某300MW火力發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用及參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].大眾科技，2016，18（05）：38-41.

[3]李維.國(guó)產(chǎn)300MW級(jí)雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈水路局部堵塞造成振動(dòng)增大的原因分析及處理[J].中外企業(yè)家，2016，（12）：215.

[4]李建鋒，周宏.中國(guó)300MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組與煤粉鍋爐機(jī)組可靠性對(duì)比與分析[J].中國(guó)電力，2016，49（01）：14-18+22.