天津地區300?MW供熱機組調峰能力研究與分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

（國網天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384)

天津地區300?MW供熱機組調峰能力研究與分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，張 利

（國網天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384)

介紹了供熱機組調峰能力試驗和最大供熱能力試驗的試驗原理、邊界條件和注意事項；針對天津地區300 MW供熱機組的供熱情況進行了專項試驗；通過分析供熱期內不同供熱量對應的發電負荷數據，找出供熱負荷和發電負荷之間的關系，模擬發電負荷的變化曲線，為供熱期間天津電網調控和電廠機組運行提供詳實的數據支持和依據。

供熱機組；調峰能力；供熱能力；等效熱降理論

0 引言

供熱機組可同時承擔熱力和電力2種形式的負荷，隨著天津地區冬季供熱量的逐年增加和供熱機組裝機容量占比的不斷提升，供熱機組對電網冬季調峰的影響越來越明顯。近年來，天津地區新投產了一批燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，電網在冬季調峰較為困難，電網負荷供大于求。供熱機組既要保證冬季供熱期的供熱安全，又要同時兼顧節能調度。因此，亟需開展機組供熱期調峰能力及最大供熱能力的試驗研究，以滿足電網在冬季調峰的需要，確保供熱機組安全穩定運行。

供熱期間，供熱機組的發電負荷范圍隨熱負荷增加而相應減小；機組供熱抽汽量越大，發電負荷可調節范圍就越小。因此，當機組供熱負荷不斷變化時，需要通過改變相應參數來確定機組的發電負荷變化范圍。

天津華能楊柳青電廠是天津市重要的電源、熱源支撐點。截至2014年7月，全廠裝機容量占天津市統調機組裝機容量的12.77 %，累計發電530億kWh；集中供熱面積已達1 700萬m2，占天津市熱電聯產集中供熱面積的40 %左右。為此，針對天津華能楊柳青電廠(以下簡稱楊電)4期工程7，8號機組的供熱情況，進行了專項試驗，通過整理不同供熱量對應的發電負荷，對機組供熱期的供熱數據進行統計分析，找出供熱負荷和發電負荷之間的關系，計算機組在不同供熱負荷下的發電負荷，從而模擬發電負荷的變化曲線，為供熱期間天津電網的調控和電廠機組的運行提供詳實的數據支持和依據，以便科學、合理地引導供熱機組參與調峰。

1 供熱機組調峰能力試驗

1.1 試驗原理

楊電2×300 MW機組汽輪機是上海汽輪機制造廠生產的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。對于抽汽凝汽式機組，汽輪機功率由汽輪機進汽量和流經低壓端的蒸汽流量決定，調節進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整范圍，可根據供熱機組的供熱量來確定電負荷波動范圍，并由此合理安排此類供熱機組參與電網調峰。

對于楊電抽汽凝汽式汽輪機，試驗工況以試驗采暖供熱流量為基準，當采暖抽汽量分別為200 t/h，300 t/h和400 t/h時，通過調節汽輪機的進汽流量，改變發電機的輸出功率，分別確定機組負荷高、低限工況點。

(1) 負荷高限的確定。在保持外界熱負荷穩定不變的情況下，汽輪發電機的最大輸出功率首先受到汽輪機最大進汽量以及發電機最大出力的限制。試驗工況以試驗采暖抽汽流量為基準，維持額定的采暖抽汽參數，通過改變鍋爐的蒸發量來改變機組負荷。當汽輪機達到最大進汽量時，此時的電功率值即為該熱負荷下汽輪發電機能發出的最大功率。

(2) 負荷低限的確定。首先，汽輪發電機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，帶走因摩擦鼓風損失所產生的熱量，保證汽輪機的安全穩定運行；其次，汽輪發電機的最小輸出功率也受到汽輪機最小進汽量的限制。試驗工況以試驗采暖抽汽流量為基準，維持額定的采暖抽汽參數，當CV閥后壓力不低于額定值時，將CV閥開度調至最小，此時電功率值即為該熱負荷下汽輪發電機能發出的最小功率。

(3) 當汽輪機達到最大進汽量，且保證CV閥后壓力不低于額定值時，此時工況即為最大采暖抽氣量的工況，此時電功率值即為最大熱負荷下汽輪發電機能發出的功率。

1.2 核定供熱機組調峰負荷邊界條件

根據汽輪機技術條件規定，結合電網調峰需要，尖峰負荷通常以額定功率為調峰依據，也允許機組在最大連續出力(TMCR)工況下運行；低谷負荷時，應保證工業抽汽和采暖抽汽參數。無論尖峰負荷或低谷負荷，均需在滿足供熱條件下，計算兩者的發電調峰范圍。

核定供熱機組調峰負荷的邊界條件，主要應考慮以下幾個方面：

(1) 滿足鍋爐不投油最低穩燃蒸發量；

(2) 滿足汽輪機低壓缸冷卻蒸汽最小流量；

(3) 保證抽汽供熱參數達到供熱要求。

結合楊電機組的實際運行情況，確定本次試驗的邊界條件為：

(1) 保證采暖抽汽參數要求，中排壓力0.43 MPa (不低于0.379 MPa)，中排溫度不超溫；

(2) 保證低壓缸最小進汽流量78 t/h，即保證CV閥門開度不低于3 %，且低壓缸進汽壓力高于0.176 MPa；

(3) 汽輪機最大進汽量為1 025 t/h。

1.3 供熱機組調峰試驗的注意事項

(1) 主蒸汽、再熱蒸汽參數為額定值，蒸汽品質滿足規定要求，且機組單元制運行。

(2) 采暖系統主要閥門(CV閥、EV閥)動作靈活，無卡澀現象，試驗時保持閥位不變。

(3) 試驗應嚴格按照邊界條件和機組安全運行規程進行。在確定負荷低限的試驗工況時，若不能同時滿足CV閥開度與CV閥后壓力這2個條件時，應優先滿足CV閥后的壓力達到額定最小值，再確定CV閥的開度。

2 試驗數據的計算與分析

2.1 試驗數據

該試驗以采暖供熱流量為基準，當采暖抽汽量分別為200 t/h，300 t/h，400 t/h時，通過調節汽輪機的進汽流量以改變發電機的輸出功率，分別確定機組負荷工況點(高、低限負荷)，其主要試驗數據如表1所示。

表1 不同采暖抽汽流量工況下的測點數據

2.2 數學模型修正計算結果

以原始試驗數據為基礎，利用等效熱降理論，對汽輪機主蒸汽和采暖抽汽的實際做功能力進行修正，得到機組發電功率與主蒸汽流量和采暖抽汽流量的關系方程式為：

式中：N——機組發電功率，kW；

A——修正后主蒸汽實際做功能力，

kJ/kg；

G0——機組主蒸汽流量，kg/h；

B——修正后采暖抽汽實際做功能力，

kJ/kg；

GCN——機組采暖抽汽流量，kg/h。

結合表1試驗數據，可得出A與B的值，方程式(1)可變換為方程式(2)：

將表1中實際機組主蒸汽流量和采暖抽汽流量值代入式(2)，對比所得發電功率計算結果與實際機組試驗負荷，如表2所示，可知計算結果與實際負荷偏差極小。

表2 等效熱降理論公式計算結果與實際機組試驗負荷的對比數據

2.3 繪制調峰能力曲線

修正后汽輪機各采暖抽汽流量對應的機組試驗負荷，如表3所示。

表3 修正后采暖抽汽流量與機組試驗負荷對應表

根據表3試驗數據，模擬楊電7，8號機組供熱調峰能力曲線，如圖1所示。

圖1 楊電7，8號機組供熱調峰能力曲線

2.4 機組主蒸汽流量與采暖抽汽流量的關系

結合試驗數據與方程式(2)，可分別求出不同采暖抽汽量所對應的機組的最大主蒸汽流量和最小主蒸汽流量值，如表4所示。

根據表4數據，可模擬楊電7，8號機組供熱期主汽流量曲線，如圖2所示。

圖2 楊電7，8號機組供熱期的主汽流量曲線

3 結論

(1) 由楊電4期工程供熱機組進行供熱調峰能力試驗可知，當采暖抽汽流量為200 t/h時，機組的電負荷調整范圍為152-292 MW；當采暖抽汽流量為300 t/h時，機組的電負荷調整范圍為175-270 MW；當采暖抽汽流量為400 t/h時，機組的電負荷調整范圍為211-256 MW，試驗結果可供電網公司調度部門參考。

(2) 由楊電4期工程供熱機組進行供熱調峰能力試驗可知，保證采暖抽汽流量為0，100 t/h，200 t/h，300 t/h和400 t/h時，機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，可供機組運行管理部門參考。

(3) 本文提出的供熱機組調峰能力試驗方法，為電力調度機構解決供暖期無法對供熱機組正常調度的問題提供了有效方法。供熱機組調峰能力試驗能夠正確、客觀地反映供熱機組出力調整裕度，提高電網調峰能力，進而促進節能減排。

1 田 超，栗向鑫，張圣楠.京津唐電網供熱機組冬季調峰能力分析[J].華北電力技術，2013，(3)：5-8.

2 王 漪，薛永鋒，鄧 楠.供熱機組以熱定電調峰范圍的研究[J].中國電力，2013，46(3)：59-61.

3 呂世文.供熱機組切換抽汽引起的跳機事件分析[J].電力安全技術.2011，13(8)：34-36.

2015-07-28。

王梓越(1989-)，男，助理工程師，主要從事熱能經濟計算與節能工作，email：ronaldo7wzy@126.com。

屈 斌(1987-)，男，助理工程師，主要從事熱能經濟計算與節能工作。

甘智勇(1981-)，男，高級工程師，主要從事安全技術管理工作。

王 建(1985-)，男，助理工程師，主要從事熱能經濟計算與節能工作。

張 利(1985-)，男，工程師，主要從事熱能經濟計算與節能工作。