供熱機組最低供熱電負荷實測技術

徐萬兵，李陽海

（國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

供熱機組最低供熱電負荷實測技術

徐萬兵，李陽海

（國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

針對供熱機組的抽汽方式和供熱形式各不相同，供熱機組以熱定電的運行方式影響著機組的經濟性和電網的負荷調度的問題，給出了不同容量、不同形式供熱機組供熱運行中帶電負荷的限制因素。以幾個電廠的供熱機組為例，給出了機組的最低供熱電負荷實測方法，可為電廠運行和調度提供參考。

供熱機組；熱負荷；最低供熱電負荷；供熱抽汽量；電網調峰

截至2015年底，湖北省火電總裝機容量2 575.52× 104kW，占全省總裝機容量的40.17%，火電機組承擔了大量的電網調峰任務。隨著集中供熱需求的增加以及國家節(jié)能減排壓力的加大，越來越多的純凝式機組改造成為熱電聯產機組，湖北省內熱電聯產機組的裝機份額不斷擴大。熱電聯產機組為保障對外供熱，要求機組負荷不能過低，而調度為了滿足電網調峰需要又經常要求機組深度調峰，這就不可避免地帶來矛盾和沖突。尤其是單機300 MW以上容量供熱機組，電網調度中心在最小供熱開機方式安排、尖峰與低谷的運行方式安排都遇到困難，既使供熱受到一定影響，又使電網調峰運行穩(wěn)定性受到影響。

受抽汽量的限制，機組的電負荷必須控制在一定的范圍之內[1]。本文以兩臺300 MW級機組為例，通過最低供熱電負荷實測試驗，得出機組在一定供熱量下的最低供熱電負荷，為電廠運行和調度提供參考。

1 供熱機組形式

供熱機組主要有背壓式（B、C B型）和抽汽凝汽式（C、C C型）兩種類型。

1.1 背壓式供熱機組

背壓式汽輪機是將汽輪機的排汽供熱用戶使用的汽輪機。其排汽壓力（背壓）高于大氣壓力。背壓式汽輪機排汽壓力高，通流部分的級數少，結構簡單，同時不需要龐大的凝汽器和冷卻水系統(tǒng)，機組輕小，造價低。當它的排汽用于供熱時，熱能可得到充分利用。主要缺點是發(fā)電量取決于供熱量，不能獨立調節(jié)來同時滿足熱用戶和電用戶的需要。因此，背壓式汽輪機多用于熱負荷全年穩(wěn)定的企業(yè)自備電廠或有穩(wěn)定的基本熱負荷的區(qū)域性熱電廠。

1.2 抽汽凝汽式汽輪機

抽汽凝汽式汽輪機是從汽輪機中間抽出部分蒸汽，供熱用戶使用的凝汽式汽輪機。抽汽凝汽式汽輪機從汽輪機中間級抽出具有一定壓力的蒸汽供給熱用戶，一般又分為單抽汽和雙抽汽兩種。其中雙抽汽汽輪機可供給熱用戶兩種不同壓力的蒸汽。

這種機組的主要特點是當熱用戶所需的蒸汽負荷突然降低時，多余蒸汽可以經過汽輪機抽汽點以后的級繼續(xù)膨脹發(fā)電。這種機組的優(yōu)點是靈活性較大，能夠在較大范圍內同時滿足熱負荷和電負荷的需要。因此適用于負荷變化幅度較大，變化頻繁的區(qū)域性熱電廠中。但整機的熱經濟性低于背壓機組，尤其在純凝工況運行時，偏離設計工況最遠，運行最不經濟。

2 供熱機組調峰的約束條件

根據汽輪機運行規(guī)程，結合電網調峰需求，尖峰負荷通常以額定功率為調峰依據，也允許機組在最大連續(xù)出力工況下運行；低谷負荷應保證工業(yè)供汽和采暖抽汽參數[2]。核定供熱機組調峰負荷的邊界條件主要考慮以下幾個方面：

(1)在保證熱負荷不變的情況下，尖峰負荷主要受限于鍋爐最大連續(xù)出力[3]。

(2)在電網低谷時段，為了降低發(fā)電負荷，同時滿足供熱需求，需要降低高壓調節(jié)門的開度限制汽輪機進汽量。為了保持供熱不受影響，關小抽汽蝶閥，限制去低壓缸的進汽量，要滿足低壓缸最小通流量要求，必然存在一定供熱抽汽量下的最低供熱電負荷。

(3)保證抽汽供熱參數達到供熱要求。隨著電負荷的降低，抽汽壓力和供水溫度降低，最終不滿足熱網要求。要保證抽汽供熱參數，必然存在一定供熱抽汽量下的最低供熱電負荷。

(4)供熱機組在實際運行中，還存在許多限制因素，如從高壓缸排汽管道抽汽的再熱機組，在電負荷低、供熱抽汽量大時，容易發(fā)生再熱器壁溫超溫的情況；從中低壓缸過橋管上抽汽的機組，在供熱抽汽量大時，容易發(fā)生抽汽溫度超溫的現象[4]。

3 供熱機組最低供熱電負荷確定方法

供熱機組現有的最低供熱電負荷大都依賴于設備生產廠家所提供的技術資料。由于各電廠所用設備往往來自不同的生產廠家，機組的最低供熱電負荷確定方法也各不相同，甚至差異很大[5]。目前各電廠一般通過限制機組供熱期間所帶最低供熱電負荷來實現機組熱、電負荷匹配的。設計時為了最大限度地保證供熱需要，最低供熱電負荷大都為機組額定負荷的60%～75%，往往不能滿足電網的深度調峰要求。

由于生產廠家設計資料提供的供熱流量與供熱壓力常常與實際不相符，造成實際機組的最低供熱電負荷與設計值偏差較大。機組只有進行大量的抽汽量調整試驗，才可獲得精確的蒸汽流量與供熱電負荷的關系，再利用該曲線確定機組最低供熱電負荷。

4 典型供熱機組最低供熱電負荷實測試驗

4.1 330 MW單抽凝汽式供熱機組

以湖北省某廠單抽汽汽輪機為例，該汽輪機組為東方汽輪機廠制造的C330/280-16.7/1.0/537/537型工業(yè)抽汽凝汽式汽輪機，工業(yè)抽汽從汽輪機中壓缸后部抽出，抽汽壓力1.0 MPa，溫度359℃，額定抽汽量220 t/h，最大抽汽量280 t/h。

該汽輪機額定工業(yè)抽汽工況下的技術規(guī)范為主汽壓力16.67 MPa，主汽溫度537℃，主汽流量1 029.3 t/h，工業(yè)抽汽壓力0.98 MPa，工業(yè)抽汽流量220 t/h，發(fā)電機額定出力280.9 MW。最大供熱工況為主汽壓力16.67 MPa，主汽溫度537℃，主汽流量1 060.0 t/h，工業(yè)抽汽壓力0.98 MPa，工業(yè)抽汽流量280 t/h，發(fā)電機額定出力274.2 MW。

試驗過程中，該汽輪機組的主要運行限制為：(1)抽汽壓力不低于0.8 MPa；(2)中壓缸排汽溫度不能超過405℃；(3)低壓缸排汽量不低于90 t/h。

該機組實際工業(yè)抽汽量約為180 t/h，試驗表明，當機組電負荷降至195 MW，對應主汽流量700 t/h，四段抽汽壓力達到低限值0.80 MPa，此時抽汽壓力小于熱網所需壓力，不能滿足熱網要求。

4.2 350 MW雙抽凝汽式供熱機組

以湖北省某廠雙抽汽汽輪機為例，該汽輪機組為超臨界、一次中間再熱、三缸雙排汽、單軸、8級回熱、抽汽凝汽式汽輪機，為上海電氣集團股份有限公司生產。該汽輪機二級工業(yè)抽汽（1.3 MPa）采用旋轉隔板來調節(jié)控制汽輪機的供熱抽汽壓力和流量，一級工業(yè)抽汽（4.0 MPa）從高溫再熱管道抽取，1.3 MPa和4.05 MPa工業(yè)抽汽管道上裝設逆止閥、快速關斷閥、調節(jié)閥（僅4.05 MPa工業(yè)抽汽管道）。

該汽輪機額定工業(yè)抽汽工況下的技術規(guī)范為主汽壓力24.20 MPa，主汽溫度566℃，主汽流量1 076.5 t/h，二級工業(yè)抽汽壓力1.30 MPa，二級工業(yè)抽汽流量180 t/h，發(fā)電機額定出力321.2 MW。在最大雙抽工況下的技術規(guī)范為主汽壓力24.20 MPa，主汽溫度566℃，主汽流量1 076.5 t/h，一級工業(yè)抽汽壓力4.05 MPa，一級工業(yè)抽汽流量285 t/h，工業(yè)抽汽壓力1.30 MPa，工業(yè)抽汽流量265 t/h，發(fā)電機額定出力184.2 MW。

4.2.1 最小供熱量工況

二級工業(yè)抽汽流量90 t/h，一級工業(yè)抽汽為零，機組最小出力,在此工況下，汽輪機組的主要運行限制為：(1)旋轉隔板投運后，二級工業(yè)抽汽溫度不能超過450℃；(2)低壓缸排汽量不低于100 t/h。

出現上述任何一項，均應提高進汽量或減少抽汽量。試驗表明，二級工業(yè)抽汽溫度主要受主汽流量影響，以該機組二級工業(yè)抽汽流量90 t/h工況為例，當主汽流量低于750 t/h后，二級工業(yè)抽汽溫度超過報警值。對應該主汽流量下的機組供熱電負荷為220 MW，遠低于廠家要求的265 MW。

4.2.2 最大供熱量工況

二級工業(yè)抽汽流量100 t/h，一級工業(yè)抽汽為45 t/h，機組最小出力,在此工況下，汽輪機組的主要運行限制為：(1)旋轉隔板投運后，二級工業(yè)抽汽溫度不能超過450℃；(2)低壓缸排汽量不低于100 t/h；(3)高排溫度不能超過425℃，報警值為400℃；(4)一級工業(yè)抽汽壓力不低于3.60 MPa；(5)中調門最小開度20%。

出現上述任何一項，均應提高進汽量或減少抽汽量。試驗表明，二級工業(yè)抽汽流量100 t/h，一級工業(yè)抽汽為45 t/h工況下，當機組電負荷低于210 MW后，二級工業(yè)抽汽溫度超過報警值，遠低于廠家要求的265 MW。因此，對凝汽式供熱機組而言，在不同供熱條件下的最低供熱電負荷為195～240 MW。

如表1所示，由上述試驗得到了幾臺不同容量、不同形式供熱機組最低電負荷的限制因素。

表1 典型供熱機組最低電負荷試驗數據Tab.1 Minimal load test data of typical heat supply unit

5 結語

通過供熱機組最低供熱電負荷實測技術，在保證供熱機組安全運行的基礎上，為電網調度確定供熱機組最低電負荷提供了依據。建議由調度部門組織技術力量對網內所有供熱機組進行最低供熱電負荷試驗，以使調度公平、科學。由于供熱機組最低供熱電負荷會隨著供熱流量下降而變化，因此應把供熱量作為電網調度的依據之一，但電網調度部門缺乏對熱負荷信號的監(jiān)控，建議電網調度部門采集各熱電廠的熱負荷信號，以利于供熱機組電負荷的實時調度。

（References）

[1]馬建偉，葛挺，荊百林，等.熱電聯產機組的節(jié)能發(fā)電調度技術研究與實踐 [J].中國電力，2009,42(4)：14-17.

MA Jianwei,GE Ting,JING Bailin et al.Research and practice for energy-saving power generation and dispatching of cogeneration power unit[J].Electric Power，2009,42(4)：14-17.

[2]王漪，薛永鋒，鄧楠，等.供熱機組以熱定電調峰范圍的研究[J].中國電力，2013,46(3)：59-62.

WANG Yi,XUE Yongfeng,DENG Nan,et al.Study on heat-load-based peak regulation for cogeneration units[J].Electric Power，2013,46(3)：59-62.

[3]初立森，李敏，李海峰.供熱機組的熱力與運行特性探討[J].吉林電力，2009,37(6)：1-5.

CHU Lisen，LI Min,LI Haifeng.Thermal performance and operating characteristics on heat-supplying units [J].Jilin Electric Power，2009,37(6)：1-5.

[4]王學棟，魏東，孫書耀，等.不同類型供熱機組的電熱負荷優(yōu)化分配和調峰性能[J].汽輪機技術，2010，52 (5)：387-390.

WANG Xuedong,WEI Dong,SUN Shuyao,et al. Optimizing distribution of heat power load and peak regulation ability of heat supply units with different types[J].Turbine Technology，2010，52(5)：387-390.

[5]韓建春，荀華，焦曉峰，等.供熱改造機組最低發(fā)電負荷的確定[J].內蒙古電力技術，2012,30(3)：21-23.

HAN Jianchun,XUN Hua,JIAO Xiaofeng,et al. Determination of minimum power load on thermal transformation units[J].Inner Mongolia Electric Power，2012,30(3)：21-23.

Experimental Study on Minimal Load of Heat Supply Unit

XU Wanbing，LI Yanghai
(State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China)

Pumping mode and heating mode are various for heat supply unit,operational mode of heat supply unit can deeply affect its efficiency and peak regulation of power network as power load of heat supply unit depends on its heat load.According to minimal load test limiting factors of operation at power load are obtained for heat supply unit with different capacity and types.The min?imal load of the unit is given by minimal load test in several heat supply units,which provides ref?erences for the operation of the power plant and peak regulation.

heat supply unit；heat load；minimum power load；extraction steam amount；peak regulation

TK269.2

A

1006-3986(2016)07-0022-03

10.19308/j.hep.2016.07.005

2016-06-08

徐萬兵（1986），男，湖北武漢人，工程師。