燃煤機組調峰過程中運行參數相關性研究

王仲愷，丁 楊，孟憲奇

(國家能源集團吉林電力有限公司 國能雙遼發電有限公司，吉林 雙遼 136400)

“雙碳”目標是對我國傳統能源電力行業的挑戰，也是新能源發展的機遇[1].碳捕集過程中，風電與燃煤機組耦合約束下協同調度[2]，為實現可持續發展，風電、光伏等新能源發電形式仍將保持高速發展，由于新能源發電具有隨機性和波動性，為了減小并網振蕩問題對電力系統安全運行產生的影響，一些燃煤發電機組需要深度調峰到40%額定負荷甚至降至30%額定負荷.深度調峰過程需要對容量進行配置[3]，還有輔助服務政策性引導[4].同時，通過滿足調峰任務對燃煤機組改造，進行供熱技術改造以達到調峰要求[5].由于燃煤機組參與調峰偏離機組最佳運行方式，且工況變化頻繁，機組運行安全性和經濟性顯著下降[6].

林良瀚通過某300 MW機組通過低負荷穩燃與機、爐、熱控設備適應性試驗，分析了機組鍋爐低負荷下受熱面金屬壁溫、SCR入口煙溫，研究了機組在現有設備和煤質下的低負荷穩燃能力[7].張廣才等為提高鍋爐低負荷穩燃能力、實現機組供熱工況熱電解耦、提高機組主輔機及其環保裝置低負荷下設備適應性，從三方面出發,對燃煤機組深度調峰的主要運行和改造技術進行了匯總和探討,以期為各電廠實施技術改造提供思路[8].阮建對汽輪機再熱中閥門開度進行調整，已達到深度調峰的目的[9].

近年來，諸多學者及工程技術人員圍繞燃煤發電機組調峰試驗及運行開展了相應的研究工作.為了分清燃煤火電機組深度調峰能力及關鍵參數之間的相關性、系統性分析，本文通過對燃煤發電機組深度調峰過程相關參數的歷史數據統計性分析，確定了各參數與機組負荷相關程度.

1 燃煤機組介紹

伍本生通過對各種可行性方案的詳細熱力計算，分析最佳再熱壓力設計方案，得出機組適合的回熱系統及再熱壓力，證明不同負荷下最佳再熱壓力不同，再熱壓力在變負荷下是重要指標[10].韓崗等人研究發現由于汽機抽汽蓄熱的使用，供熱抽汽量增大時，調頻閥位指令，即供熱調門開度，可以得到更大的高中壓缸調頻負荷[11]，說明了供熱調門開度可保證機組運行有良好的經濟性，也可以在火電機組深度調峰中應用.調壓是指在抽汽式汽輪機工況發生改變時，調壓器感觸抽汽室壓力改變并將其轉換成油壓信號，然后自動地操控調節器門和抽汽調節器門的開度，保持抽汽壓力不變.調壓是間接影響抽汽的指標[12].

選取300 MW的燃煤機組調峰過程中的運行參數，機組系統圖如圖1所示.5、6號低壓加熱器采用小旁路系統，7、8號低壓加熱器采用大旁路系統，每臺機組設3臺高壓加熱器(1～3號)，采用固定板U形管臥式布置，雙流程.

圖1 機組系統圖

本文選取的參數主要有目標負荷、實際負荷及主蒸汽壓力、再熱壓力、調壓等變化明顯的參數.還包括了深度調峰過程中，存在變化的參數，如機前壓力、再熱溫度等.具體的分析參數如表1所示.

表1 各參數隨機組負荷變化

2 結果與討論

2.1 相關度評價方法

采用相關性分析的方法分析數據之間的關系[13]，其中皮爾遜相關系數主要是衡量兩個變量的依賴性的非參數指標，如公式(1)所示，該系數可以判斷兩個參數據之間的相關關系，具體的相關性判斷如表2所示.若相關系數ρ=0，則x與y之間無線性關系，相關系數越接近-1或1，相關度越強，相關系數越接近0，相關度越弱.

表2 相關性系數對照表

(1)

其中ρ為皮爾遜相關系數；x、y為兩個連續變量.

2.2 各指標間相關性分析

圖2是調峰參數的相關系數分布，其中看出機組負荷與再熱壓力、調壓、供熱調門開度、變負荷率呈顯著相關，與再熱溫度成中等相關，與機前壓力呈負相關；再熱壓力與調壓呈顯著相關，與供熱調門開度、變負荷率成中等相關，與機前壓力呈負相關；調壓與供熱調門開度、變負荷率呈顯著相關，與機前壓力呈負相關；供熱調門開度與變負荷率呈顯著相關，與滑壓偏差成低相關，與機前壓力呈負相關.

圖2 機組負荷與各指標相關度圖

根據圖2運行參數中具有強相關之間的參數，以再熱壓力與調壓這兩個參數為例分析了二者隨機組負荷變化關系，結果如圖3所示.

機組負荷/MW

從圖3中可以看出再熱壓力和調壓兩個參數都是隨著機組負荷的增加而增加的.并采用最小二乘法建立線性回歸方程，如表3所示.從擬合結果來看，再熱壓力與調壓參數與機組負荷符合線性關系.

表3 機組負荷與各指標回歸方程表

建立機組負荷供熱調門開度、變負荷率之間的關系，如圖4所示.根據圖4可以得出供熱調門開度與機組的變負荷率隨機組負荷變化趨勢一致，機組負荷在130～155 MW之間，調門開度與變負荷率基本保持不變，調門開度保持在16.5%左右，變負荷率則在5%左右.當機組負荷升高至162 MW時，供熱調門開度和變負荷率突然增大.當機組負荷逐漸增大至170 MW時，調門開度與變負荷率保持不變，變負荷率維持在6%左右，供熱調門開度維持在22%.

機組負荷/MW

3 結 論

本文從燃煤火電機組與機組負荷相關的運行參數的相關性入手，分析了參數隨機組負荷的變化規律，確定了機組負荷相關參數的相關性，為機組深度調峰提供參考.

(1)在機組負荷達到154 MW時，供熱調門開度與變負荷率急劇升高，到達161 MW時又趨于平緩.兩者與機組負荷呈顯著相關.

(2)在調峰過程中，隨著機組負荷的逐漸增加，再熱壓力與調壓呈線性增加.兩者與機組負荷呈顯著相關.