汽輪機發(fā)電機組的運行靈活性和調(diào)頻系統(tǒng)

【摘 要】本文重點介紹了當(dāng)代的發(fā)電設(shè)備要確保供電質(zhì)量，確保供電的可靠性，要滿足確保這些要求的能力。重點介紹汽輪發(fā)電機組的一些特點。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機組；運行；調(diào)頻系統(tǒng)

1、引言

輸電系統(tǒng)運營部門必須執(zhí)行兩項主要任務(wù)：第一，要確保供電質(zhì)量，第二，是確保供電的可靠性。因此，要滿足這些目標，已經(jīng)不僅僅是單純的技術(shù)挑戰(zhàn)，而是已經(jīng)演變成為技術(shù)和市場的相互作用。本文介紹了當(dāng)代的發(fā)電設(shè)備滿足這些要求的能力。重點介紹汽輪發(fā)電機組的一些特點。

2、運行靈活性

電力輸送特別強調(diào)了電網(wǎng)調(diào)頻的基本要求。一般來講，存在幾種不同類型的調(diào)頻方式：

一次調(diào)頻的目的是快速平衡當(dāng)前的電力供需。這種高頻是通過根據(jù)實測的頻率偏差按比例自動調(diào)整一個參與電廠的出力來實現(xiàn)。

這個比例系數(shù)為在電站控制系統(tǒng)中必須設(shè)定的不等率。

二次調(diào)頻的雙重的目的：

2.1可以定義為以時間為基礎(chǔ)、在一次調(diào)頻后的電力自動變化量或者以電網(wǎng)頻率偏差為基礎(chǔ)的電力自動變化量。

2.2在電力輸送合作聯(lián)盟內(nèi)，二次調(diào)頻可以定義為：通過臨時修改參與調(diào)頻電站的電力設(shè)定點再次將電網(wǎng)頻率調(diào)到其額定值。因此，控制區(qū)域的一次響應(yīng)能力至此恢復(fù)。另外，二次調(diào)頻還可用于平衡不同控制區(qū)域之間的協(xié)議電力交換。這種電力交換可以通過諸如遠程高度控制中心之類的中央控制部門來實現(xiàn)。

3、主蒸汽壓力恒定時的出力增加

通常汽水循環(huán)按照最大熱效率或最低單位煤耗予以優(yōu)化。從熱力學(xué)觀點看，顯然應(yīng)按照最高新汽溫度和壓力時行循環(huán)設(shè)計。但是這種方法主要成本的限制。

在一個非常有限的運行時間框架內(nèi)，循環(huán)設(shè)計時的最重要準則不是熱效率，面是汽輪機的最大出力。在這個時間框架內(nèi)，如眾所周之的那樣，要求每天早上7：30開始就要求提供額外出力。當(dāng)邊界條件不變時，只有通過增加汽輪機的蒸汽流量才能提供額外出力。

在不采取附加措施時，蒸汽流量增加就會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的壓力上升。這就意味著所有的部件，如給水泵、鍋爐、汽輪機高壓部分到低壓部分的設(shè)計都要考慮到為了滿足短時間負荷（30分鐘）而導(dǎo)致的額外壓力升高的因素。

為了滿足額外出力的要求，除了常規(guī)設(shè)計外，在水汽循環(huán)上還應(yīng)用了如下的一些常用方法：

在額定負荷下，通過主蒸汽壓力的增減實現(xiàn)純滑壓運行（不利于熱耗指標）；在100%負荷下，通過主蒸汽閥門節(jié)流（或開啟調(diào)節(jié)級的輔助閥門）；在主蒸汽恒定下進行高壓加熱器的部分旁路；汽輪機配置有高壓級旁路閥（也稱作“旁路調(diào)節(jié)”，“過負荷進汽”或“級間閥”）。

4、調(diào)頻和出力增加的措施

4.1冷凝水節(jié)流

冷凝水節(jié)流是一種輔助的調(diào)頻方法，用于解決電網(wǎng)頻率大幅下降的問題。

如果電網(wǎng)頻率要求提高電力輸出，而機組已更換為滑壓運行時，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)就會打開調(diào)節(jié)閥通過使用鍋爐儲存的蒸汽來提高機組負荷（閥門已經(jīng)全開的情況除外）。同時，主冷凝水控制閥節(jié)流到經(jīng)計算的位置，以減少流經(jīng)低壓給水加熱器的冷凝水流量?？紤]到需要一定的響應(yīng)時間，供給低壓給水加熱器以及除氧器/儲水箱的抽汽流量要減少。這部分抽汽仍留在汽輪機內(nèi)膨脹做功，產(chǎn)生額外的出力。最終的負荷增加量取決于汽輪機調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)節(jié)流程度、主冷凝水控制閥的節(jié)流程度以及機組的實際負荷。通過在抽汽管線上附加的快速王動作閥門，可以優(yōu)化響應(yīng)時間。

這種冷凝水節(jié)流可作為鍋爐的短暫補給水。積聚的冷凝水被儲存在冷凝器的熱井內(nèi)或存在單獨的冷凝水儲箱內(nèi)，在采取上過措施的同時，提高鍋爐的燃燒強度來滿足負荷要求。鍋爐給水就會持續(xù)的增加，因此給水儲存箱中的水位就會相應(yīng)的下降。

這種措施可用于滑壓運行摸式，或汽輪機調(diào)節(jié)閥節(jié)流與滑壓相結(jié)合的運行模式，或滑壓與高壓旁路運行相結(jié)合的運行模式。

4.2高壓給水加熱器部分旁路實現(xiàn)可控的峰荷

汽輪機出力的計劃增量可以根據(jù)要求、通過混合部分給水流量來設(shè)定預(yù)熱溫度的方法予以實現(xiàn)。

采用這種增加電力的方法常常可以不改變鍋爐設(shè)計，沒有時間約束，也不會影響部件壽命，尤其是高壓給水加熱器和鍋爐省煤器的壽命。

4.3汽輪機高壓級旁路的布置和結(jié)構(gòu)

高壓級旁路的一個設(shè)計特點是：除了主蒸汽管線外，增加了通向高壓缸的第二條主蒸汽管線。這種布置使高壓通流部分至少有兩個進口段。

高壓級旁路的另一個設(shè)計特點是：能提供兩種節(jié)流損失最小的負荷工況。第一種負荷工況是主蒸汽進口閥全開，而旁路閥關(guān)閉，這種工況通常發(fā)生在100%負荷點。這樣就在沒有節(jié)流損失的情況下提供了兩種負荷工況。另外，可以在到整個通流部分使用反動式葉片，諸如具有最高效率的葉片。因此，在旁路調(diào)節(jié)時部分負荷下的性能能比在100%負荷點閥門節(jié)流時為好。并且這種設(shè)計比噴嘴調(diào)節(jié)機組的成本低。

4.4高壓能旁路閥以及管道布置

旁路管道的接點在主汽閥和調(diào)節(jié)閥之間。從此接點引出的旁路管道通向安裝在汽輪機臺板下面的旁路控制閥。然后分兩路進入高壓缸。旁路管道在承載下允許自由熱膨脹。因此作用在管道閥門和高壓缸上的力很小。

4.5帶有高壓級旁路的高壓缸結(jié)構(gòu)

旁路蒸汽進口在高壓缸頭幾級后。旁路蒸汽進口在第5級后。旁路進口位置主要取決于旁路容量。第個模塊都規(guī)定有一定的旁路容量，并且這種容量要受到通流部分和軸向推力的限制。

4.6過負荷措施的比較

超過100%負荷點提供額外出力的措施稱為過負荷措施。根據(jù)不同的要求和經(jīng)濟性對這些過負荷措施時行比較。優(yōu)化的重點是投資費用、適用范圍以及效率。因此，通過不同的過負荷技術(shù)原理對一次調(diào)頻、二次調(diào)頻以及儲備能力進行對比，并研究過負荷對循環(huán)效率以及設(shè)計的影響。

對比分析在穩(wěn)態(tài)條件下進行。所有負荷措施的設(shè)計點均為100%（額定出力）負荷點。

下列幾個技術(shù)問題為對比的關(guān)鍵點：有/無節(jié)流的運行；汽輪機高壓級旁路的各種方案；高壓給水加熱器旁路的各種方案；冷凝節(jié)水流。

對于這些措施而言，進行了兩種不同情況的計算：最高效率的方案和最佳投資的方案。最佳投資方案適用于設(shè)計壓力較低的場合，因為壓力較低可以降低鍋爐給水泵直至汽輪機高壓缸的成本。最佳效率化的結(jié)果。最低投資費用大致相同，但是在設(shè)計壓力較低時熱耗最差。

5、結(jié)束語

電力市場的自由化急切地要求電站運行具有負荷靈活性和調(diào)頻能力。負荷靈活性主要取決于電網(wǎng)和用戶的要求以及鍋爐的類型、性能和容量。

有很多措施可以滿足這些要求。但是這些措施必須根據(jù)項目具體邊界條件進行評估。文章研討了各種負荷措施對熱耗的影響，除了采取單一的措施外，也可以將不同的措施結(jié)合起來合理使用。

可在水循環(huán)中盡量少改變或少增加硬件設(shè)備來提供調(diào)頻和過負荷的最佳解決方法。

高壓級旁路能夠：滿足調(diào)頻的所有要求；在100%負荷運行條件下具有最低熱耗；在過負荷點內(nèi)有最合理的熱耗。

高壓給水加熱器旁路能夠在“儲備釋放持續(xù)時間（小時）”期間，對調(diào)頻給與一定的支持作用。在100%負荷運行時，這種措施可實現(xiàn)最佳熱耗。