600 MW超臨界機組供熱方式選擇研究

宋 浩，陳曉利，高繼錄，傅 騰，張 敏

(1.國家電投集團東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181；2．中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179)

由于風、光等自然能源本身的地域性、時間性和穩定性等問題，其發展已經從以往的增量補充進入大范圍增量替代和區域性存量替代階段，同時接入電網也為電力系統運行帶來了較大的沖擊，大規模可再生能源的消納問題十分嚴重，嚴重制約著新型電力系統構建和發展[1-4]。目前電力領域最常用的方式是通過火電廠的負荷調節來進行可再生能源與化石能源發電的協同，實現對風、光的消納，減少棄風和棄光現象。但另一方面，出于提高燃料的能源利用效率考慮，以及滿足城市日益增長的供熱需求，如今的火電廠大多采用熱電聯產的混合供能形式，且普遍采用“以熱定電”的運行模式。這種“以熱定電”的模式限制了供熱機組在供熱期的深度調峰能力，這也是我國三北地區供暖期調峰困難、棄風棄光現象嚴重的重要原因[5-6]。因此，要在保證機組供熱量不變的前提下，降低機組電出力，實現深度調峰，就需要打破機組供熱期的熱、電耦合關系。本文針對東北地區某600 MW級供熱機組，在綜合考慮機組供熱能力和可靠性、抽汽管路的輸送能力以及機組調峰性能和供熱經濟性的情況下，提出了可行的供熱改造技術路線，并分析了多種供熱技術路線對機組性能和供熱能力的影響，給出了最佳的供熱改造方案。

1 機組概況

某電廠在運2×600 MW超臨界燃煤空冷發電機組，汽輪機型式為超臨界參數、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機，型號為CLNZK600-24.2/566/566，為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司制造。該機組設有七段回熱抽汽，依次供給3臺高壓加熱器、1臺除氧器、3臺低壓加熱器。2013年進行機組供熱改造，采用中低壓導汽管打孔抽汽供熱網首站進行采暖供熱。2016年對2號機組進行雙背壓改造。改造前凝汽工況、打孔抽汽改造及2號機組雙背壓改造后的設計參數見表1。

2 采暖供熱技術路線選擇

目前，該廠的供熱量130萬GJ/a(含廠內部分)折算供熱面積約340萬m2，計劃替代市區原熱電廠，實供面積887萬m2，年供熱量327萬GJ。若按采暖綜合熱指標取45 W/m2，折算實供面積約1200萬m2，熱負荷540 MW，年供熱量452萬GJ。根據發展規劃，本期工程按總供熱面積1500萬m2考慮，最大熱負荷675 MW，年供熱量565萬GJ。

表1 汽輪機主要技術參數

600 MW機組常規的供熱方式包括高背壓供熱、切單低壓缸、切雙低壓缸、高低壓旁路、電鍋爐、蓄熱水罐、吸收式熱泵等，本文對上述供熱方式進行初步研究，研究過程中既考慮了機組本身的供熱能力、抽汽管路的輸送能力，又結合機組深度調峰性能和供熱經濟性，同時還要考慮供熱可靠性，綜合分析論證后，得出該廠可行的技術改造方案包括雙機切單低壓缸、雙機切雙低壓缸、中低壓導汽管抽汽3種。

3 3種改造方式對機組性能和供熱能力的影響分析

在采暖期考慮冷段用輔助蒸汽60 t/h，抽汽工況單低壓缸最小冷卻蒸汽175 t/h，切缸工況單低壓缸最小冷卻蒸汽20 t/h的條件下，本文計算分析了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸等3種供熱改造方式對機組調峰能力和供熱能力的影響。

3.1 對機組調峰能力的影響

圖1給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機組不同主蒸汽流量與發電負荷的關系。由圖1可知，與凝汽設計工況相比，在主蒸汽流量相同的情況下，3種供熱改造方式均可降低機組的發電負荷，大幅提升機組的調峰能力，其中切雙低壓缸供熱方式可使機組發電負荷最低，深調能力最強。切雙低壓缸供熱方式可實現發電負荷最低達到107.4 MW，深調負荷達17.9%；切單低壓缸供熱方式可使發電負荷最低達到185.3 MW，深調負荷達30.8%，而抽汽工況僅能實現深調負荷至41.7%。

圖1 3種供熱方式下機組不同主蒸汽流量時的發電負荷曲線

3.2 對機組供熱能力的影響

圖2給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機組不同主蒸汽流量與供熱能力的關系。在主蒸汽流量相同的情況下，與其他2種供熱改造方式相比，切雙低壓缸方式下機組供熱能力最大，其次為切單低壓缸方式，最后為抽汽方式。當主蒸汽流量為1700 t/h時，切雙低壓缸方式下機組供熱能力為656 MW，比切單低壓缸方式下的供熱能力提升了22.8%，比抽汽工況提升了58.7%。當3種供熱方式均達到最低深調負荷時，切雙低壓缸方式下機組供熱能力最大，為215 MW，比切單低壓缸方式提升了38.9%，比抽汽工況提升了125.6%。

圖2 3種供熱方式下機組在不同主蒸汽流量時的供熱能力曲線

3.3 對機組抽汽量的影響

圖3給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機組不同主蒸汽流量與抽汽量的關系。在主蒸汽流量相同的情況下，與其他2種供熱改造方式相比，切雙低壓缸方式下機組抽汽量最大，其次為切單低壓缸方式，最后為抽汽方式。當主蒸汽流量為1700 t/h時，切雙低壓缸方式下機組抽汽量為921.5 MW，比切單低壓缸方式下的抽汽量增加了23.1%，比抽汽工況增加了57.9%。當3種供熱方式均達到最低深調負荷時，切雙低壓缸方式下機組抽汽量最大，為278.7 MW，比切單低壓缸方式下的抽汽量增加了34.1%，比抽汽工況增加了108.3%。

圖3 3種供熱方式下機組在不同主蒸汽流量時的抽汽量曲線

因此，綜合考慮機組深度調峰能力和供熱能力，最佳的供熱方式為切雙低壓缸方式。

4 結論

a.在綜合考慮機組供熱能力和可靠性、抽汽管路的輸送能力以及機組調峰性能和供熱經濟性的情況下，可行的供熱技術改造方案包括雙機切單低壓缸、雙機切雙低壓缸、中低壓導汽管抽汽3種。

b.綜合考慮機組深度調峰能力和供熱能力，最佳的供熱方式為切雙低壓缸方式。切雙低壓缸供熱方式可實現發電負荷最低達到107.4 MW，深調負荷可達17.9%。

c.當3種供熱方式均達到最低深調負荷時，切雙低壓缸方式下機組的供熱能力最大，分別比切單低壓缸方式提升了38.9%和125.6%。