淺談火電廠的電力調(diào)峰運(yùn)行方式及其限制因素

摘 要：本文在國家電網(wǎng)提出的"全球能源互聯(lián)網(wǎng)"的加快構(gòu)建的情況下，分析了電廠機(jī)組在參與調(diào)峰過程中，長期處于變工況運(yùn)行時引起的各類問題，從煤電機(jī)組調(diào)峰的需求、調(diào)峰方式、調(diào)峰的限制因素等方面進(jìn)行了分析，提出了應(yīng)對調(diào)峰問題的相關(guān)建議，以實(shí)現(xiàn)調(diào)峰的科學(xué)性和合理性。

關(guān)鍵詞：火電廠；調(diào)峰；限制因素

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國電力市場展現(xiàn)出了新的特點(diǎn)，即電力系統(tǒng)中的電力負(fù)荷峰谷差越來越大，而且持續(xù)時間也不斷增長。本文著重分析了通過研究電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行方式及其限制因素，希望從根本上解決電網(wǎng)調(diào)峰能力不足的問題。

1、電廠的電力調(diào)峰運(yùn)行方式

用電用戶的用電負(fù)荷是隨時間變化而變化的，同時電能的無法儲存，也給電廠的調(diào)峰運(yùn)行增加了難度。這就要求電廠做到用戶需要多少電，電廠就應(yīng)該發(fā)多少電。通常為了保證電網(wǎng)供電穩(wěn)定，發(fā)電廠通常根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化同步發(fā)出相匹配的電量的調(diào)節(jié)稱為電力調(diào)峰。目前國內(nèi)的調(diào)峰功能主要還是有火電廠來完成的。火電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰的主要運(yùn)行方式有以下三種：①低負(fù)荷運(yùn)行方式是一種傳統(tǒng)的調(diào)峰運(yùn)行方式，運(yùn)行過程中主要機(jī)組的負(fù)荷跟隨電網(wǎng)需要而時刻發(fā)生變化。運(yùn)行過程中，為了減小調(diào)峰電廠的調(diào)峰壓力，機(jī)組盡可能在允許值最低負(fù)荷情況下工作。這種運(yùn)行方式的主要限制因素是鍋爐的最低燃物負(fù)荷。實(shí)際運(yùn)行中低負(fù)荷調(diào)峰主要有定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行和復(fù)合滑壓運(yùn)行三種方式，這種運(yùn)行方式在一定程度上可以延長設(shè)備的使用壽命，對增強(qiáng)機(jī)組的負(fù)荷變化相應(yīng)速度也是有利的，使得機(jī)組可以更好的參與調(diào)峰任務(wù)。但是抽汽壓力跟隨復(fù)合的變化而變化，加熱器和除氧器的溫度和壓力得變化頻率也過快，對設(shè)備容易產(chǎn)生疲勞損傷。②兩班制運(yùn)行方式也是電廠進(jìn)行調(diào)峰的一種方式，機(jī)組依據(jù)電網(wǎng)日負(fù)荷曲線的分配規(guī)律，白天正常運(yùn)行，夜晚在負(fù)荷低谷期停機(jī)8小時左右，次日清晨在以熱態(tài)方式啟機(jī)，使得機(jī)組重新并網(wǎng)運(yùn)行。這種調(diào)峰方式的有點(diǎn)在于調(diào)峰處理空間大，夜間停機(jī)后監(jiān)控簡單。缺點(diǎn)在于操作比較麻煩，主副機(jī)頻繁的啟停會導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命縮短。此外，頻繁啟停機(jī)也會造成很的經(jīng)濟(jì)損失，并且機(jī)組停啟過程中對參數(shù)要求也極為嚴(yán)格，操作性復(fù)雜，對安全也有一定隱患。③將機(jī)組負(fù)荷在電網(wǎng)處于低谷期時降至為零，但并不與電網(wǎng)解列，而是通過從電網(wǎng)中吸收少量電能來保持機(jī)組處于一種在額定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)的熱備用無功狀態(tài)。

目前我國火力發(fā)電機(jī)組采用最多的調(diào)峰方式是變負(fù)荷電力調(diào)峰運(yùn)行模式，下面主要討論限制這種調(diào)峰方式的各種因素，這對安全運(yùn)行和更好的調(diào)峰都是十分必要的。

2、調(diào)峰的限制因素

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組是火電機(jī)組的一種形式，本質(zhì)上與普通熱電機(jī)組電力調(diào)峰的限制因素相同，但是，熱電機(jī)組因其自身的熱電負(fù)荷特性又有其特殊性。同時輔機(jī)和各個系統(tǒng)的管門管道布置也對調(diào)峰有一定的影響。機(jī)組的安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，是電廠運(yùn)行的宗旨。下面介紹限制調(diào)峰的主要因素。

2.1 鍋爐限制因素

鍋爐是火力發(fā)電廠中最基本的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。主要功能是使燃料在爐內(nèi)燃燒放任，將水加熱成蒸汽，供汽輪機(jī)使用。鍋爐在低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒是低負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行方式的基礎(chǔ)。鍋爐主要燃料是煤，保證煤質(zhì)穩(wěn)定是鍋爐穩(wěn)定燃燒的根本。鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時爐膛內(nèi)熱強(qiáng)度較低，如果所用煤質(zhì)較差或者煤質(zhì)突然發(fā)生變化，會對爐膛燃燒產(chǎn)生不同程度的影響，甚至導(dǎo)致鍋爐直接熄滅。因此煤質(zhì)的穩(wěn)定是研究其他配煤技術(shù)的基礎(chǔ)。磨煤機(jī)應(yīng)該選擇單機(jī)容量小但是多臺聯(lián)合運(yùn)行的方案，確保鍋爐在低負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行。低負(fù)荷運(yùn)行過程中，鍋爐內(nèi)燃燒過程比較復(fù)雜，鍋爐應(yīng)對突發(fā)工況的能力也比較弱，一些細(xì)微的變化也可能影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。因此鍋爐要保持低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，最低連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)不大于 40%，對于煤粉爐要求爐膛容積熱負(fù)荷不低于150000 kJ/（m3·h）。如果機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷低于鍋爐低負(fù)荷而導(dǎo)致的鍋爐滅火，可以投油助燃。同時通過機(jī)爐協(xié)調(diào)控制來保證在變負(fù)荷運(yùn)行過程中的機(jī)爐匹配。低負(fù)荷運(yùn)行下另一個主要因素是水動力的安全性。在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，爐膛內(nèi)火焰填充程度比較差，水冷壁吸熱不均勻，汽水循環(huán)管路之間的熱偏差比較大，會發(fā)生汽水流量分配不均勻從而引起循環(huán)速度偏差，造成水循環(huán)不暢通。在低負(fù)荷運(yùn)行下，一般規(guī)定正常循環(huán)時的最小循環(huán)流速為 0.3m/s，滑壓運(yùn)行時的水循環(huán)可靠性優(yōu)于定壓運(yùn)行。低負(fù)荷運(yùn)行時，鍋爐輔機(jī)也會對機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生一定的限制。當(dāng)過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度降低時，此時要注意空氣預(yù)熱器發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象，這時要根據(jù)調(diào)峰要求重新調(diào)試燃燒和制粉系統(tǒng)，分系統(tǒng)也需要設(shè)置防爆措施。由于爐水循環(huán)泵在低負(fù)荷時容易出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，要根據(jù)銘牌參數(shù)計算他能接受的負(fù)荷變化范圍，同時凈正吸入壓頭要滿足壓力要求。機(jī)組在變化工況運(yùn)行時，要調(diào)整風(fēng)機(jī)的處理能力，使其叨叨一定平衡。此外，低負(fù)荷時調(diào)整給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速也能很快的適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。

2.2汽機(jī)側(cè)限制因素

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的壽命還受汽輪機(jī)允許負(fù)荷的影響，汽輪機(jī)可根據(jù)調(diào)峰負(fù)荷曲線和調(diào)度進(jìn)行負(fù)荷變動，負(fù)荷的變化會直接影響氣缸轉(zhuǎn)子金屬的溫度，轉(zhuǎn)子在這種情況先同期產(chǎn)生疲勞損害，降低其使用壽命，這樣又間接的影響了負(fù)荷變動的頻率。在定壓負(fù)荷運(yùn)行降低時，通過調(diào)節(jié)級的流量也會減少，級后的溫度也會有所降低，溫度的改變直接影響高中壓轉(zhuǎn)子受熱壓力的不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。在滑壓運(yùn)行負(fù)荷減低時，調(diào)節(jié)氣門全部打開，調(diào)節(jié)級前后壓力均降低，溫度變化較小，轉(zhuǎn)子收到的熱應(yīng)力也較小。

3、結(jié)語

本文主要分析了國內(nèi)目前一些火電機(jī)組參與調(diào)峰的幾種方式，在低負(fù)荷運(yùn)行時分別分析了鍋爐與汽輪機(jī)對機(jī)組參與電力調(diào)峰的限制因素，初步總結(jié)了供熱機(jī)組的電力調(diào)峰范圍。為后續(xù)熱電調(diào)峰范圍的提出了一些理論基礎(chǔ)。

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作者簡介：

程大軍（1972.09—）男，漢族，東北電力大學(xué)，火電廠集控運(yùn)行專業(yè)，大專，主要從事鍋爐技術(shù)管理工作。