基于汽輪機乏汽余熱利用空冷供熱機組的靈活性調(diào)峰應(yīng)用研究

侯登峰

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同 037039）

基于汽輪機乏汽余熱利用空冷供熱機組的靈活性調(diào)峰應(yīng)用研究

侯登峰

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同 037039）

隨著城市供熱改造進度的逐漸深入，以某熱電公司為例，該公司接帶的供熱面積逐年增加，而電量形勢不容樂觀，面臨小電量、大供熱的外部環(huán)境。針對該難題，該公司從大溫差換熱出發(fā)，優(yōu)化供熱運行方式，研究最小的電量和最大的供熱量的配比關(guān)系，確定供熱機組的最小電負荷，確認機組深度調(diào)峰負荷，滿足供熱機組50%負荷的調(diào)峰能力。通過該技術(shù)方案的實施，實現(xiàn)了供熱機組深度調(diào)峰。

供熱機組；最小電負荷；調(diào)峰

1 現(xiàn)狀分析

某公司地處山西的北方高寒地區(qū)（大同市），承擔著市區(qū)2 480萬m2的供熱任務(wù)。現(xiàn)有4臺直接空冷供熱機組，總裝機容量為1 040 MW。一期為2臺220 MW機組，2003年投產(chǎn)，單機額定抽汽工況下采暖抽汽量為390 t/h，抽汽壓力0.294 MPa，排汽量110 t/h。二期為2臺300 MW機組，2009年投產(chǎn)，單機額定抽汽工況下采暖抽汽量為 500 t/h，抽汽壓力 0.4 MPa，排汽量214 t/h。2012年4臺機組全部實施乏汽余熱利用改造，2014年配套增加外網(wǎng)熱泵，實施大溫差換熱改造，熱網(wǎng)循環(huán)水設(shè)計回水溫度39℃，熱網(wǎng)循環(huán)水回水首先進入熱泵進行換熱，熱網(wǎng)循環(huán)水最終溫度達到74℃后進入原熱網(wǎng)首站繼續(xù)加熱。

因山西電網(wǎng)容量逐年增加，該公司2016年利用小時下降至約3 600 h，預(yù)計2017年供熱機組利用小時將繼續(xù)受到擠壓，供熱期機組負荷率偏低，而隨著城市供熱改造進度的不斷拓展，接帶的供熱面積已經(jīng)達到2 400萬m2，面臨小電量、大供熱的外部環(huán)境。

目前熱電比大于0.8的供熱機組均按照“以熱定電”方式運行，存在兩個問題：機組調(diào)峰范圍小，基本在65%~85%額定負荷運行；變負荷率小，為了保證供熱抽汽壓力和流量穩(wěn)定，變負荷率基本維持在3~4.5 MW/min之間（300 MW及以下機組）。

為適應(yīng)電網(wǎng)火電機組深度調(diào)峰要求，同時火電機組負荷率日趨降低，而城市供熱量日漸增加，通過研究機組的最小運行方式，結(jié)合機組各個工況的供熱試驗數(shù)據(jù)，確定不同供熱量的最小運行電負荷確認機組深度調(diào)峰負荷，滿足供熱機組50%負荷以上的調(diào)峰能力。

2 研究面臨問題

在保證供熱量不變的情況，降低機組電負荷調(diào)峰，重新繪制等供熱曲線，主要受三方面原因限制：中壓缸排汽壓力低于限制值，中壓缸末級葉片斷裂風(fēng)險；低壓缸進汽量不足，造成低壓缸鼓風(fēng)，排汽溫度升高；空冷進汽量不足，造成空冷散熱器凍結(jié)。

針對中壓末級葉片的保護問題，首先確認中壓缸排汽壓力的運行范圍和低壓調(diào)門調(diào)整范圍，經(jīng)過和廠家溝通，確認中壓缸排汽壓力不得低于0.15 MPa，且低壓供熱蝶閥后壓力不得低于0.065 MPa，經(jīng)過和廠家共同核算，重新制定中壓缸排汽壓力的下限值，保證中壓缸末級葉片的安全。

針對空冷防凍的問題，結(jié)合廠家給定的不同環(huán)境溫度的空冷單列最小防凍流量以及實際運行情況，制定了空冷進汽列的下限值。并在其基礎(chǔ)上結(jié)合中壓末級葉片保護限值，繪制了初期的等供熱曲線。

表1 300 MW機組最小防凍流量 t/h

而對于低壓缸進汽量不足鼓風(fēng)引起的排汽溫度升高，在2016年供熱期間，結(jié)合供熱實際運行情況，在各個負荷和不同供熱抽汽流量下，根據(jù)低壓缸排汽溫度升高的情況，確定低壓缸的最低進汽量大于105 t/h。

確立了“以乏汽供熱為基礎(chǔ)、抽汽供熱為補充”的研究思路，然后再確立“2（4） 號機組為主力供熱、1（3） 號機組為輔助供熱”的調(diào)整思路，據(jù)此對不同的日供熱量情況進行針對性的調(diào)峰和變負荷研究。

3 研究內(nèi)容

通過在不同的供熱量情況，對機組運行方式進行探索試驗，在不同的電負荷情況下進行試驗，確認機組每一個負荷段的最大接帶供熱量，并根據(jù)不同的供熱量摸索機組的最小運行電負荷，確認機組的調(diào)峰深度，據(jù)此進行等供熱曲線的繪制。等供熱曲線匯總見圖1至圖5。

3.1 一期（200 MW）

機組負荷可以在90~190 MW之間調(diào)整。熱電比在0.7~1.8之間（圖1）。

機組負荷可以在110~180 MW之間調(diào)整。熱電比在0.9~1.6之間（圖2）。

機組負荷可以在135~170 MW之間調(diào)整。熱電比在1.23~1.88之間（圖3）。

圖1 1號機組供熱1萬GJ或者2號機組供熱1.4萬GJ供熱曲線

圖2 1號機組供熱1.4萬GJ或2號機組供熱1.7萬GJ供熱曲線

圖3 1號機組供熱1.8萬GJ，2號機組供熱2.2萬GJ供熱曲線

3.2 二期（300 MW）

3號機組供熱1.4萬GJ，4號機組供熱1.9萬GJ供熱曲線機組負荷可以在150~290 MW之間調(diào)整。熱電比在0.6~1.47之間（圖4）。

圖4 3號機組供熱1.4萬GJ，4號機組供熱1.9萬GJ供熱曲線

3號機組供熱1.8萬GJ或4號機組供熱2.3萬GJ供熱曲線機組負荷可以在170~280 MW之間調(diào)整。熱電比在0.74~1.57之間。

3.3 二期（300 MW）

3號機組供熱2.3萬GJ或4號機組供熱2.6萬GJ供熱曲線機組負荷可以在200～270 MW之間調(diào)整。熱電比在0.98～1.50之間。

圖5 3號機組供熱1.8萬GJ或4號機組供熱2.3萬GJ供熱曲線

圖6 3號機組供熱2.3萬GJ或4號機組供熱2.6萬GJ供熱曲線

4 試驗效果

在2016年供熱期間，在保證供熱穩(wěn)定的情況下，進行機組變負荷試驗，同時針對變負荷率進行試驗，供熱思路確立為“以機組乏汽供熱為基礎(chǔ)、機組抽汽供熱為補充”，同時一（二） 期2臺機組運行方式調(diào)整為“2（4） 號機組為主力供熱、1（3）號機組為輔助供熱”，高真空運行機組做供熱補充，這樣機組的變負荷率就可以不受“以熱定電”的影響，分別在50%～80%以及45%～90%額定負荷之間做變負荷供熱試驗，變負荷率分別以5 MW/min、6 MW/min、7 MW/min、8 MW/min 進行調(diào)整，經(jīng)過試驗機組變負荷率完全可以達到6～8 MW/min，供水溫度變化率在3℃/min以內(nèi)，調(diào)峰范圍亦可以達到50%以上。

以乏汽余熱利用供熱為基礎(chǔ)的等供熱曲線確定了機組的運行范圍，通過不斷地試驗完善，確定了供熱期間機組變負荷率，負荷運行范圍擴大至50%以上，變負荷率達到6～8 MW/min，既滿足了電網(wǎng)調(diào)峰要求，又保證了供熱穩(wěn)定。

5 實踐成效

a）本研究成果基本不需要投資，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，以優(yōu)化供熱、優(yōu)化機組運行方式、優(yōu)化全廠供熱調(diào)整為目的，完成了等供熱曲線繪制，達到了節(jié)約投資的最大目的。

b） 通過試驗，調(diào)峰范圍由原有的65%～85%拓寬為45%～90%，變負荷率達到6～8 MW/min，在保證供熱量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，基本滿足了電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰要求。

c）該調(diào)整操作屬于供熱機組首創(chuàng)，打破原有的廠家供熱曲線限制，結(jié)合現(xiàn)場實際情況繪制針對性強、調(diào)整靈活的等供熱曲線，指導(dǎo)運行人員操作調(diào)整，達到最佳的熱電配比。

d） 供熱期間機組投入 ACE（area control error） 區(qū)域控制誤差運行，提高機組負荷調(diào)整的靈活性，實現(xiàn)機組深度調(diào)峰，在2016年3號機組投入ACE運行，全年單機盈利440余萬元，2017年計劃2臺機組投入ACE運行，預(yù)計利潤在600萬元以上。

Flexible Peak Regulation of Air-cooling Heat Supply Unit Based on Turbine Waste-heat Utilization

HOU Dengfeng
（Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.,Datong,Shanxi037039,China）

With the gradual progress of urban heating reform,the heating area supplied by Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.(hereinafter referred to as"the company")increased year by year,while the electricity supply situation is not optimistic.In viewof this problem,the company optimized the heating mode and studied the ratio between the minimum electricity supply quantityand the maximumheat supplyquantitytodetermine the minimumheatingload ofthe unit toconfirmthe unit deep peak-regulating load.Through the implementation ofthe technical program,the deep participatingin peak regulatingin heatingunit has been achieved.

heat-supplyunit;minimumpower load;peak regulation

TM621

A

1671-0320（2017）05-0063-03

2017-06-28，

2017-07-25

侯登峰（1980），男，山西平遙人，2007年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)?；痣姀S集控運行專業(yè)，工程師，從事汽輪機安全經(jīng)濟運行工作。