供熱與電負荷調峰模型與性能分析

馬 寧

（神華國華（北京）燃氣熱電有限公司，北京 100024）

0 引 言

供熱季的供熱、電負荷調峰能力對熱網、電網及電廠極其重要，預先掌握其性能可以更好地進行運行方式、參數的調整，保證電熱協調、系統安全。

1 背壓模式下供熱與調峰性能

1.1 二拖一背壓工況

表1為根據運行時間數據及熱平衡圖收集的電負荷與供熱數據。

表1 二拖一背壓負荷與供熱參數

將供熱量擬合為機組總負荷的函數，如公式（1）：

根據表1和式（1），做出二拖一背壓下供熱量與機組總負荷關系曲線，如圖1所示。只要燃機負荷固定，總負荷和供熱量就可確定。在供熱季“以熱定電”指導下，根據熱調供熱要求確定機組電負荷上下限，因此背壓下忽略燃機本身效率影響因素，機組電負荷不具備調峰性能，其由供熱量所決定。冬季背壓下燃機負荷最高346 MW，對應機組總負荷836 MW，對應最大供熱量為2 500 GJ/h；最低負荷為30%工況，對應總負荷247 MW，最低供熱量為1 160 GJ/h。

圖1 二拖一背壓工況供熱量與電負荷關系曲線

1.2 一拖一背壓工況

通過負荷試驗數據及熱平衡圖，收集數據如表2所示。

表2 一拖一背壓供熱與負荷參數

一拖一背壓運行時，機組總負荷與供熱量同樣具有線性關系，是一一對應的關系，將機組總負荷擬合為供熱量的函數，如公式（2）：

據式（2）做出一拖一背壓下供熱與負荷的關系曲線如圖2所示。冬季背壓工況下，燃機最高負荷346 MW，對應總負荷430 MW，能達到的最大供熱量為1300 GJ/h；最低工況按照30%算，機組總負荷116 MW，最低供熱量590 GJ/h。

1.3 電熱不協調性

供熱與電負荷峰谷具有矛盾性，冬季經常遇到電負荷低谷時需要提高供熱量，或者在用電高峰時恰遇供熱低谷期。在電廠端具體的矛盾是供熱量需要增加時電負荷無法提高，或是遇到用電高峰時需要提高電負荷，而熱網側受供回水壓力及供水溫度的限制不允許提高供熱負荷，甚至出現電熱氣三方的不協調性，冬季用氣高峰時供熱發電同時受天然氣限制。

圖2 一拖一背壓工況供熱量與電負荷關系曲線

一般可以通過供熱參數的定量計算分析電負荷的調整區間以及熱網的安全裕度；通過公式（3）在已知熱網回水溫度的前提下，如圖3所示，互算所需供水流量和供水溫度，在熱網回水壓力偏低等特殊工況下，值班員可以掌握所需供水量及供水溫度的預期變化情況、電負荷的調整限值及所需熱網循環泵的臺數[1]。

2 抽凝模式下供熱與調峰性能

2.1 抽凝模式下供熱性能

燃機的負荷率一定后，余熱鍋爐的產汽量基本固定，背壓工況下SSS脫開全部蒸汽進入熱網，此時供熱網蒸汽量最大。在抽凝模式下一部分蒸汽進入低壓缸做功，一部分蒸汽進入熱網，進入熱網的蒸汽量越多則供熱量越多，進入低壓缸的蒸汽流量有最低限制，按照汽輪機廠家要求MECV開度大于7%，對應蒸汽流量160 T/h。因此，某一負荷下抽凝最大供熱能力為低壓缸的進汽量達到邊界條件時。公式（4）、公式（5）分別為同一燃機負荷下抽凝與背壓的負荷及供熱模型，以確定抽凝模式下的供熱能力：

背壓下數據完整，只要知道低壓缸焓降和供熱焓降，即可求出抽凝下各負荷的供熱能力，再以此數據將供熱能力擬合為機組總負荷的函數，建立抽凝下總負荷與供熱能力的關系曲線。

表3為背壓與純凝運行參數表。

圖3 電負荷與供熱量及供熱參數模型曲線

表3 背壓與純凝運行參數

將低壓缸比焓、抽汽比焓分別擬合為背壓下聯合循環總負荷的函數，為：

根據式（6）、式（7）可得到二拖一抽凝模式下各負荷對應的最大供熱能力，同時通過插值計算和實際運行數據進行校正，得到抽凝模式下負荷與供熱能力曲線如圖4所示。最大供熱能力為機組總負荷861 MW時，對應供熱量為2 025 GJ/h；供熱季二拖一負荷下限為490 MW時，對應最大供熱量為1 208 GJ/h。

根據熱平衡圖一拖一背壓下參數，將低壓缸焓降和抽汽焓降擬合為背壓總負荷的函數，為：

根據式（8）、式（9）可以得到一拖一抽凝模式下各負荷對應的最大供熱能力，同時通過插值計算和實際運行數據進行校正，得到抽凝模式下負荷與供熱能力曲線如圖5所示。最大供熱能力為機組總負荷450 MW時，對應供熱量為951 GJ/h；供熱季一拖一負荷下限為390 MW時，對應最大供熱量為760 GJ/h。

圖4 二拖一抽凝供熱能力曲線

2.2 抽凝模式下調峰性能

2.2.1 二拖一抽凝調峰性能

在“以熱定電”的原則下，值班員需掌握供熱負荷對應的電負荷調峰范圍，即要達到給定熱負荷所需要的最低電負荷和能達到的最高負荷。某一供熱負荷所需最低電負荷即低壓缸進汽量為160 T/h時，電負荷為達到此供熱量所需的最低負荷，據公式（10）、公式（11）計算出各供熱量下所需最低負荷；在燃機負荷率100%時總電負荷最高，即蒸汽流量最大時，除去供熱所需流量其他均進入低壓缸做功（二拖一最大背壓電負荷為836 MW，最大蒸汽流量為811.8 T/h），據公式（11）、公式（12）計算出二拖一各供熱量下所能達到的最大電負荷，二拖一抽凝模式參數如表4所示，圖6為抽凝供熱下的調峰性能曲線。隨著供熱量增加，調峰能力變差[2]。

2.2.2 一拖一抽凝調峰性能

表5為一拖一抽凝調峰參數表。

一拖一抽凝模式下調峰能力區間如圖7所示。

圖5 一拖一抽凝供熱能力曲線

3 結 論

（1）背壓模式下，電負荷與熱負荷一一對應，在“以熱定電”原則下不具備調峰性能。

（2）抽凝模式下，對應負荷下的最大供熱量受低壓缸末級金屬溫度限制，低壓缸有最低進汽量限制；隨著熱負荷的增加，電負荷調峰區間逐漸減少，調峰能力變差[3]。

（3）冬季受熱網、電網及天然氣峰谷差的影響，往往出現電熱氣的不協調性，值班員可以根據電熱氣的定量計算做好提前準備。

（4）通過PI Systerm系統將實際運行參數與調峰區間、供熱能力曲線圖相結合，以圖板形式展現，利于值班員更好地掌握運行情況，并進行熱網定量控制與調整、調峰與供熱能力報送等。

表4 二拖一抽凝模式參數

圖6 二拖一抽凝調峰性能曲線

表5 一拖一抽凝調峰參數

圖7 一拖一抽凝調峰區間