供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷實測技術(shù)

徐萬兵，李陽海

（國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷實測技術(shù)

徐萬兵，李陽海

（國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

針對供熱機(jī)組的抽汽方式和供熱形式各不相同，供熱機(jī)組以熱定電的運(yùn)行方式影響著機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度的問題，給出了不同容量、不同形式供熱機(jī)組供熱運(yùn)行中帶電負(fù)荷的限制因素。以幾個電廠的供熱機(jī)組為例，給出了機(jī)組的最低供熱電負(fù)荷實測方法，可為電廠運(yùn)行和調(diào)度提供參考。

供熱機(jī)組；熱負(fù)荷；最低供熱電負(fù)荷；供熱抽汽量；電網(wǎng)調(diào)峰

截至2015年底，湖北省火電總裝機(jī)容量2 575.52× 104kW，占全省總裝機(jī)容量的40.17%，火電機(jī)組承擔(dān)了大量的電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)。隨著集中供熱需求的增加以及國家節(jié)能減排壓力的加大，越來越多的純凝式機(jī)組改造成為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，湖北省內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的裝機(jī)份額不斷擴(kuò)大。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為保障對外供熱，要求機(jī)組負(fù)荷不能過低，而調(diào)度為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要又經(jīng)常要求機(jī)組深度調(diào)峰，這就不可避免地帶來矛盾和沖突。尤其是單機(jī)300 MW以上容量供熱機(jī)組，電網(wǎng)調(diào)度中心在最小供熱開機(jī)方式安排、尖峰與低谷的運(yùn)行方式安排都遇到困難，既使供熱受到一定影響，又使電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響。

受抽汽量的限制，機(jī)組的電負(fù)荷必須控制在一定的范圍之內(nèi)[1]。本文以兩臺300 MW級機(jī)組為例，通過最低供熱電負(fù)荷實測試驗，得出機(jī)組在一定供熱量下的最低供熱電負(fù)荷，為電廠運(yùn)行和調(diào)度提供參考。

1 供熱機(jī)組形式

供熱機(jī)組主要有背壓式（B、C B型）和抽汽凝汽式（C、C C型）兩種類型。

1.1 背壓式供熱機(jī)組

背壓式汽輪機(jī)是將汽輪機(jī)的排汽供熱用戶使用的汽輪機(jī)。其排汽壓力（背壓）高于大氣壓力。背壓式汽輪機(jī)排汽壓力高，通流部分的級數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單，同時不需要龐大的凝汽器和冷卻水系統(tǒng)，機(jī)組輕小，造價低。當(dāng)它的排汽用于供熱時，熱能可得到充分利用。主要缺點是發(fā)電量取決于供熱量，不能獨立調(diào)節(jié)來同時滿足熱用戶和電用戶的需要。因此，背壓式汽輪機(jī)多用于熱負(fù)荷全年穩(wěn)定的企業(yè)自備電廠或有穩(wěn)定的基本熱負(fù)荷的區(qū)域性熱電廠。

1.2 抽汽凝汽式汽輪機(jī)

抽汽凝汽式汽輪機(jī)是從汽輪機(jī)中間抽出部分蒸汽，供熱用戶使用的凝汽式汽輪機(jī)。抽汽凝汽式汽輪機(jī)從汽輪機(jī)中間級抽出具有一定壓力的蒸汽供給熱用戶，一般又分為單抽汽和雙抽汽兩種。其中雙抽汽汽輪機(jī)可供給熱用戶兩種不同壓力的蒸汽。

這種機(jī)組的主要特點是當(dāng)熱用戶所需的蒸汽負(fù)荷突然降低時，多余蒸汽可以經(jīng)過汽輪機(jī)抽汽點以后的級繼續(xù)膨脹發(fā)電。這種機(jī)組的優(yōu)點是靈活性較大，能夠在較大范圍內(nèi)同時滿足熱負(fù)荷和電負(fù)荷的需要。因此適用于負(fù)荷變化幅度較大，變化頻繁的區(qū)域性熱電廠中。但整機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性低于背壓機(jī)組，尤其在純凝工況運(yùn)行時，偏離設(shè)計工況最遠(yuǎn)，運(yùn)行最不經(jīng)濟(jì)。

2 供熱機(jī)組調(diào)峰的約束條件

根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)峰需求，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)出力工況下運(yùn)行；低谷負(fù)荷應(yīng)保證工業(yè)供汽和采暖抽汽參數(shù)[2]。核定供熱機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷的邊界條件主要考慮以下幾個方面：

(1)在保證熱負(fù)荷不變的情況下，尖峰負(fù)荷主要受限于鍋爐最大連續(xù)出力[3]。

(2)在電網(wǎng)低谷時段，為了降低發(fā)電負(fù)荷，同時滿足供熱需求，需要降低高壓調(diào)節(jié)門的開度限制汽輪機(jī)進(jìn)汽量。為了保持供熱不受影響，關(guān)小抽汽蝶閥，限制去低壓缸的進(jìn)汽量，要滿足低壓缸最小通流量要求，必然存在一定供熱抽汽量下的最低供熱電負(fù)荷。

(3)保證抽汽供熱參數(shù)達(dá)到供熱要求。隨著電負(fù)荷的降低，抽汽壓力和供水溫度降低，最終不滿足熱網(wǎng)要求。要保證抽汽供熱參數(shù)，必然存在一定供熱抽汽量下的最低供熱電負(fù)荷。

(4)供熱機(jī)組在實際運(yùn)行中，還存在許多限制因素，如從高壓缸排汽管道抽汽的再熱機(jī)組，在電負(fù)荷低、供熱抽汽量大時，容易發(fā)生再熱器壁溫超溫的情況；從中低壓缸過橋管上抽汽的機(jī)組，在供熱抽汽量大時，容易發(fā)生抽汽溫度超溫的現(xiàn)象[4]。

3 供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷確定方法

供熱機(jī)組現(xiàn)有的最低供熱電負(fù)荷大都依賴于設(shè)備生產(chǎn)廠家所提供的技術(shù)資料。由于各電廠所用設(shè)備往往來自不同的生產(chǎn)廠家，機(jī)組的最低供熱電負(fù)荷確定方法也各不相同，甚至差異很大[5]。目前各電廠一般通過限制機(jī)組供熱期間所帶最低供熱電負(fù)荷來實現(xiàn)機(jī)組熱、電負(fù)荷匹配的。設(shè)計時為了最大限度地保證供熱需要，最低供熱電負(fù)荷大都為機(jī)組額定負(fù)荷的60%～75%，往往不能滿足電網(wǎng)的深度調(diào)峰要求。

由于生產(chǎn)廠家設(shè)計資料提供的供熱流量與供熱壓力常常與實際不相符，造成實際機(jī)組的最低供熱電負(fù)荷與設(shè)計值偏差較大。機(jī)組只有進(jìn)行大量的抽汽量調(diào)整試驗，才可獲得精確的蒸汽流量與供熱電負(fù)荷的關(guān)系，再利用該曲線確定機(jī)組最低供熱電負(fù)荷。

4 典型供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷實測試驗

4.1 330 MW單抽凝汽式供熱機(jī)組

以湖北省某廠單抽汽汽輪機(jī)為例，該汽輪機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠制造的C330/280-16.7/1.0/537/537型工業(yè)抽汽凝汽式汽輪機(jī)，工業(yè)抽汽從汽輪機(jī)中壓缸后部抽出，抽汽壓力1.0 MPa，溫度359℃，額定抽汽量220 t/h，最大抽汽量280 t/h。

該汽輪機(jī)額定工業(yè)抽汽工況下的技術(shù)規(guī)范為主汽壓力16.67 MPa，主汽溫度537℃，主汽流量1 029.3 t/h，工業(yè)抽汽壓力0.98 MPa，工業(yè)抽汽流量220 t/h，發(fā)電機(jī)額定出力280.9 MW。最大供熱工況為主汽壓力16.67 MPa，主汽溫度537℃，主汽流量1 060.0 t/h，工業(yè)抽汽壓力0.98 MPa，工業(yè)抽汽流量280 t/h，發(fā)電機(jī)額定出力274.2 MW。

試驗過程中，該汽輪機(jī)組的主要運(yùn)行限制為：(1)抽汽壓力不低于0.8 MPa；(2)中壓缸排汽溫度不能超過405℃；(3)低壓缸排汽量不低于90 t/h。

該機(jī)組實際工業(yè)抽汽量約為180 t/h，試驗表明，當(dāng)機(jī)組電負(fù)荷降至195 MW，對應(yīng)主汽流量700 t/h，四段抽汽壓力達(dá)到低限值0.80 MPa，此時抽汽壓力小于熱網(wǎng)所需壓力，不能滿足熱網(wǎng)要求。

4.2 350 MW雙抽凝汽式供熱機(jī)組

以湖北省某廠雙抽汽汽輪機(jī)為例，該汽輪機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、三缸雙排汽、單軸、8級回?zé)帷⒊槠狡啓C(jī)，為上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。該汽輪機(jī)二級工業(yè)抽汽（1.3 MPa）采用旋轉(zhuǎn)隔板來調(diào)節(jié)控制汽輪機(jī)的供熱抽汽壓力和流量，一級工業(yè)抽汽（4.0 MPa）從高溫再熱管道抽取，1.3 MPa和4.05 MPa工業(yè)抽汽管道上裝設(shè)逆止閥、快速關(guān)斷閥、調(diào)節(jié)閥（僅4.05 MPa工業(yè)抽汽管道）。

該汽輪機(jī)額定工業(yè)抽汽工況下的技術(shù)規(guī)范為主汽壓力24.20 MPa，主汽溫度566℃，主汽流量1 076.5 t/h，二級工業(yè)抽汽壓力1.30 MPa，二級工業(yè)抽汽流量180 t/h，發(fā)電機(jī)額定出力321.2 MW。在最大雙抽工況下的技術(shù)規(guī)范為主汽壓力24.20 MPa，主汽溫度566℃，主汽流量1 076.5 t/h，一級工業(yè)抽汽壓力4.05 MPa，一級工業(yè)抽汽流量285 t/h，工業(yè)抽汽壓力1.30 MPa，工業(yè)抽汽流量265 t/h，發(fā)電機(jī)額定出力184.2 MW。

4.2.1 最小供熱量工況

二級工業(yè)抽汽流量90 t/h，一級工業(yè)抽汽為零，機(jī)組最小出力,在此工況下，汽輪機(jī)組的主要運(yùn)行限制為：(1)旋轉(zhuǎn)隔板投運(yùn)后，二級工業(yè)抽汽溫度不能超過450℃；(2)低壓缸排汽量不低于100 t/h。

出現(xiàn)上述任何一項，均應(yīng)提高進(jìn)汽量或減少抽汽量。試驗表明，二級工業(yè)抽汽溫度主要受主汽流量影響，以該機(jī)組二級工業(yè)抽汽流量90 t/h工況為例，當(dāng)主汽流量低于750 t/h后，二級工業(yè)抽汽溫度超過報警值。對應(yīng)該主汽流量下的機(jī)組供熱電負(fù)荷為220 MW，遠(yuǎn)低于廠家要求的265 MW。

4.2.2 最大供熱量工況

二級工業(yè)抽汽流量100 t/h，一級工業(yè)抽汽為45 t/h，機(jī)組最小出力,在此工況下，汽輪機(jī)組的主要運(yùn)行限制為：(1)旋轉(zhuǎn)隔板投運(yùn)后，二級工業(yè)抽汽溫度不能超過450℃；(2)低壓缸排汽量不低于100 t/h；(3)高排溫度不能超過425℃，報警值為400℃；(4)一級工業(yè)抽汽壓力不低于3.60 MPa；(5)中調(diào)門最小開度20%。

出現(xiàn)上述任何一項，均應(yīng)提高進(jìn)汽量或減少抽汽量。試驗表明，二級工業(yè)抽汽流量100 t/h，一級工業(yè)抽汽為45 t/h工況下，當(dāng)機(jī)組電負(fù)荷低于210 MW后，二級工業(yè)抽汽溫度超過報警值，遠(yuǎn)低于廠家要求的265 MW。因此，對凝汽式供熱機(jī)組而言，在不同供熱條件下的最低供熱電負(fù)荷為195～240 MW。

如表1所示，由上述試驗得到了幾臺不同容量、不同形式供熱機(jī)組最低電負(fù)荷的限制因素。

表1 典型供熱機(jī)組最低電負(fù)荷試驗數(shù)據(jù)Tab.1 Minimal load test data of typical heat supply unit

5 結(jié)語

通過供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷實測技術(shù)，在保證供熱機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，為電網(wǎng)調(diào)度確定供熱機(jī)組最低電負(fù)荷提供了依據(jù)。建議由調(diào)度部門組織技術(shù)力量對網(wǎng)內(nèi)所有供熱機(jī)組進(jìn)行最低供熱電負(fù)荷試驗，以使調(diào)度公平、科學(xué)。由于供熱機(jī)組最低供熱電負(fù)荷會隨著供熱流量下降而變化，因此應(yīng)把供熱量作為電網(wǎng)調(diào)度的依據(jù)之一，但電網(wǎng)調(diào)度部門缺乏對熱負(fù)荷信號的監(jiān)控，建議電網(wǎng)調(diào)度部門采集各熱電廠的熱負(fù)荷信號，以利于供熱機(jī)組電負(fù)荷的實時調(diào)度。

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Experimental Study on Minimal Load of Heat Supply Unit

XU Wanbing，LI Yanghai
(State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China)

Pumping mode and heating mode are various for heat supply unit,operational mode of heat supply unit can deeply affect its efficiency and peak regulation of power network as power load of heat supply unit depends on its heat load.According to minimal load test limiting factors of operation at power load are obtained for heat supply unit with different capacity and types.The min?imal load of the unit is given by minimal load test in several heat supply units,which provides ref?erences for the operation of the power plant and peak regulation.

heat supply unit；heat load；minimum power load；extraction steam amount；peak regulation

TK269.2

A

1006-3986(2016)07-0022-03

10.19308/j.hep.2016.07.005

2016-06-08

徐萬兵（1986），男，湖北武漢人，工程師。