300MW火電機(jī)組工業(yè)抽汽供電煤耗及調(diào)峰特性仿真研究

蔡 文，吳 輝，熊 輝，權(quán)星軍，萬忠海

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；2.國家電投集團(tuán)江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司，江西南昌 330117；3.國家電投集團(tuán)江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，工業(yè)用汽需求不斷增加，省內(nèi)部分火電企業(yè)為充分利用熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性積極開拓供熱市場(chǎng)，因地制宜、因廠制宜地開展汽輪機(jī)組的供熱改造項(xiàng)目，以提升高效清潔發(fā)展水平[1]?；诳蛻艄I(yè)用汽參數(shù)需求及機(jī)組運(yùn)行安全，火電廠可靈活選擇高排供熱、熱再供熱或抽汽加裝壓力匹配器供熱等多種不同供熱方式。如此一來，供熱改造機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行極為復(fù)雜，具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式存在數(shù)目龐大的多種組合，是一個(gè)典型的多維數(shù)據(jù)模型。對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)的研究，最復(fù)雜的莫過于發(fā)電和供熱二者成本的分?jǐn)傆?jì)量——這是因?yàn)楣嵴羝趶钠啓C(jī)本體抽出前也作了功，發(fā)了電。業(yè)內(nèi)一直存在“好處歸電”、“好處歸熱”和其他數(shù)種以能量?jī)r(jià)值理論、單耗理論為核心的相對(duì)折中的分?jǐn)偡桨竅2]。本項(xiàng)目借助數(shù)值仿真軟件研究熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰出力的影響；同時(shí)，依據(jù)文獻(xiàn)[3]計(jì)算供熱機(jī)組的熱耗率和煤耗率，以指導(dǎo)電廠生產(chǎn)運(yùn)行管理。

1 仿真建模

仿真建模Ebsilon軟件平臺(tái)是一款來自德國STEAG公司的專業(yè)電站性能仿真計(jì)算軟件（見圖1），其主要特點(diǎn)是組件豐富，功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)靈活，尤其適用于熱力系統(tǒng)變工況計(jì)算及分析。

1.1 仿真對(duì)象

火力發(fā)電廠是一個(gè)集多設(shè)備、多介質(zhì)、多流程的復(fù)雜系統(tǒng)。本項(xiàng)目以某300MW機(jī)組典型工況熱平衡圖作為EBSILON軟件的DESIGN工況輸入?yún)?shù)，并在此工況基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同抽汽位置和供熱流量的變工況仿真計(jì)算。

1.2 仿真工況設(shè)置

通過數(shù)值仿真，探究300MW機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)能耗及出力特性。具體內(nèi)容包括：

1）不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機(jī)組能耗研究；

2）不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機(jī)組出力研究；

3）環(huán)境溫度（邊界條件變化）對(duì)供熱改造機(jī)組能耗和出力的影響。循環(huán)水溫調(diào)整至33℃，即夏季工況{TRL工況（300MW）}；

4）發(fā)電量：選取了THA工況（300MW）、75%THA工況（225MW）和50%THA工況（150MW）三個(gè)典型工況；

5）供熱量：選擇了六檔抽汽流量（10t/h、20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h）；

6）供熱方式：選擇了高排供熱、熱再供熱。

1.3 仿真建模組態(tài)

在DESIGN工況頁面完成典型工況設(shè)計(jì)參數(shù)輸入后，通過對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)與過橋汽封的設(shè)置、末級(jí)排汽損失的設(shè)置以及汽動(dòng)給水泵組軸功匹配等方面的參數(shù)調(diào)校，使得DESIGN工況仿真計(jì)算出來的機(jī)組熱耗率等指標(biāo)與制造廠熱平衡圖一致（見圖2）。

圖2 仿真建模DESIGN工況

2 仿真數(shù)據(jù)分析

2.1 THA工況（300MW）仿真結(jié)果（表1）

1）當(dāng)供熱流量達(dá)到40t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗可減少9.88g/（kW·h）。

表1 THA工況（300MW）仿真結(jié)果匯總

2.2 75%THA工況（225MW）仿真結(jié)果（表2）

1）當(dāng)供熱流量達(dá)到50t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗可減少12.25g/（kW·h）。

表2 75%THA工況（225MW）仿真結(jié)果匯總

2.3 50%THA工況（150MW）仿真結(jié)果（表3）

1）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗可減少19g/（kW·h）。

表3 50%THA工況（150MW）仿真結(jié)果匯總

2.4 TRL工況（300MW）仿真結(jié)果（表4）

1）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí)，機(jī)組供電煤耗可減少9.86g/（kW·h）。

表4 TRL工況（300MW）仿真結(jié)果匯總

2.5 熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組調(diào)峰出力的潛在影響[4]

以THA工況為例（表5），鍋爐蒸發(fā)量若保持900.08t/h不變，當(dāng)供熱流量由0t/h調(diào)整至60t/h時(shí)，發(fā)電機(jī)功率將由300.02MW下降至284.80MW。在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行人員可以在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的配合下，通過適時(shí)增加燃煤及給水，將鍋爐蒸發(fā)量逐步提升至949.23t/h；并在整個(gè)過程中，由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)功率300MW不變。

表5 熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組調(diào)峰出力的潛在影響

2.6 工業(yè)用汽量大幅擾動(dòng)對(duì)調(diào)峰品質(zhì)的潛在影響

通過數(shù)值仿真（表6），分別模擬了THA工況（300MW）以及50%THA工況（150MW）下工業(yè)用汽量大幅擾動(dòng)（30～60t/h）對(duì)于發(fā)電機(jī)功率輸出的影響——二者最大波動(dòng)幅度分別為2.53%、4.88%。

表6 不同用汽量對(duì)調(diào)峰品質(zhì)的潛在影響

當(dāng)此擾動(dòng)過程較為緩慢時(shí)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可在充裕的時(shí)間內(nèi)予以正常消納，不影響調(diào)峰品質(zhì)。倘若擾動(dòng)過程劇烈快促，將對(duì)機(jī)組一、二次調(diào)頻性能產(chǎn)生一定干擾，尤其是在低負(fù)荷工況下。

3 結(jié)語

供熱機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)工況極為復(fù)雜，具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式三者之間存在著數(shù)目龐大的組合方式，是一個(gè)典型的多維數(shù)據(jù)模型。通過300 MW供熱機(jī)組仿真計(jì)算，獲取了熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰出力的影響，并相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出機(jī)組典型工況下的供熱熱耗率和煤耗率。針對(duì)所選工況，最大供熱流量60t/h不影響機(jī)組的銘牌調(diào)峰出力和最低調(diào)峰出力；供熱流量波動(dòng)對(duì)調(diào)峰的潛在影響可通過廠內(nèi)多臺(tái)機(jī)組協(xié)調(diào)控制予以正常消納。