660 MW調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究

李芒芒，周雪斌，易曉堅(jiān)

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)華中電力試驗(yàn)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙410000)

0 引言

目前，大容量機(jī)組快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，大型火力發(fā)電機(jī)組必須按照要求參與電網(wǎng)調(diào)峰工作，近些年來(lái)持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行參與深度調(diào)峰將成為常態(tài)，且參與調(diào)峰的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，電網(wǎng)公司根據(jù)要求會(huì)對(duì)調(diào)峰的煤電機(jī)組實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)償。深度調(diào)峰下機(jī)組首先保證安全運(yùn)行，但是目前機(jī)組調(diào)峰要求負(fù)荷50%以下繼續(xù)下探，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷的峰谷差值不斷擴(kuò)大，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)長(zhǎng)期偏離設(shè)計(jì)值，機(jī)組效率下降。因此，能源的消耗也一直是需要考慮的問題[1-4]。

按照相關(guān)文件的工作要求，為加快建設(shè)完善電力市場(chǎng)體系，沿海地區(qū)推進(jìn)現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)建設(shè)[5]，組織開展了發(fā)電機(jī)組能耗曲線實(shí)測(cè)工作，用于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中發(fā)電機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用補(bǔ)償、市場(chǎng)力檢測(cè)與緩解、報(bào)價(jià)行為評(píng)估等環(huán)節(jié)。目前火電機(jī)組的調(diào)峰方式常見的有兩種，低負(fù)荷調(diào)峰方式與兩班制調(diào)峰方式，這兩種方式是解決調(diào)峰需求的重要途徑[6]。低負(fù)荷調(diào)峰方式是發(fā)電機(jī)組在低于額定負(fù)荷的條件下通過不斷的調(diào)整滿足電網(wǎng)實(shí)際調(diào)峰需求，在鍋爐最低穩(wěn)燃基礎(chǔ)上仍能保證機(jī)組的安全性[7]。兩班制調(diào)峰方式是機(jī)組深夜從電網(wǎng)中解列6～8 h，次日早晨熱態(tài)啟機(jī)后重新并網(wǎng)[8]。

本文針對(duì)某沿海亞臨界3×660 MW調(diào)峰機(jī)組，研究該機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行和兩班制兩種調(diào)峰方式的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，并且對(duì)比兩種調(diào)峰方式的優(yōu)劣，為燃煤機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行提供經(jīng)濟(jì)優(yōu)化參考。

1 機(jī)組運(yùn)行能耗試驗(yàn)分析

深度調(diào)峰時(shí)往往低負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)峰首要考慮安全性，保證鍋爐和汽機(jī)的安全運(yùn)行，現(xiàn)在調(diào)峰機(jī)組要求最低到滿足鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷，此時(shí)機(jī)組發(fā)電煤耗會(huì)大大提高。

汽輪機(jī)熱耗率、鍋爐效率、廠用電率是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)。通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行性能試驗(yàn)，得到某機(jī)組噴嘴配汽與節(jié)流配汽兩種運(yùn)行方式下熱耗率變化情況，結(jié)果見表1—2，煤耗率的計(jì)算中，鍋爐效率取93.5%，管道效率取98.5%。整個(gè)試驗(yàn)過程中，鍋爐均可穩(wěn)定運(yùn)行，未采用任何助燃措施，當(dāng)負(fù)荷低于35%時(shí)，考慮到機(jī)組的安全性將投油輔助燃燒，因此試驗(yàn)并未在低于35%負(fù)荷下進(jìn)行。由表1—2試驗(yàn)結(jié)果可見，深度調(diào)峰時(shí)機(jī)組35%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在噴嘴配汽方式下比節(jié)流配汽方式下能減少發(fā)電煤耗約2.24 g/kWh。

表1 噴嘴配汽下的煤耗計(jì)算結(jié)果

表2 節(jié)流配汽下的煤耗計(jì)算結(jié)果

各試驗(yàn)工況是在噴嘴配汽狀態(tài)和節(jié)流配汽狀態(tài)下完成的，圖1—2繪制了各試驗(yàn)狀態(tài)負(fù)荷與兩種進(jìn)汽狀態(tài)下計(jì)算得到的修正后熱耗的關(guān)系曲線以及平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的關(guān)系曲線，了解不同負(fù)荷下的平均供電煤耗的變化情況，可以得出隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，汽輪機(jī)熱耗率、廠用電率顯著增加，供電煤耗大幅度增加，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷從660 MW降到230 MW時(shí)，供電煤耗增加39.55 g/kWh。特別是當(dāng)機(jī)組小于50%負(fù)荷時(shí)，機(jī)組煤耗相對(duì)上升較快[9]。為了方便計(jì)算，將供電煤耗隨負(fù)荷變化曲線擬合為:

式中，Q為供電煤耗，g/kWh；λ為機(jī)組負(fù)荷，MW。

圖1 兩種運(yùn)行方式下不同負(fù)荷機(jī)組的熱耗

圖2 不同負(fù)荷下機(jī)組的能耗曲線

2 啟停過程能耗計(jì)算

啟停過程中機(jī)組能耗的計(jì)算方法主要有兩種，理論計(jì)算法和實(shí)際試驗(yàn)法[10]，兩種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)文獻(xiàn)[11-15]以及電廠實(shí)際的運(yùn)行情況，認(rèn)為實(shí)際試驗(yàn)方法計(jì)算的結(jié)果相比理論計(jì)算方法得出的結(jié)果更具可靠性，用實(shí)際試驗(yàn)方法計(jì)算啟停一次該機(jī)組的能耗。

目前實(shí)際試驗(yàn)方法是將實(shí)際啟停過程中消耗的能量劃分為啟停過程中消耗的油耗、機(jī)組煤耗、機(jī)組發(fā)電量、廠用電量、除鹽水量等，將各個(gè)成分量都折合成標(biāo)煤量統(tǒng)一計(jì)算，根據(jù)實(shí)際啟停機(jī)情況統(tǒng)計(jì)以及電廠人員提供的信息進(jìn)行匯總，計(jì)算結(jié)果見表3，其中煤價(jià)、油價(jià)取當(dāng)年市場(chǎng)價(jià)。

表3 機(jī)組啟停過程標(biāo)煤耗

3 兩種運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性比較

通過給定負(fù)荷，計(jì)算啟停兩班制與低負(fù)荷在運(yùn)行過程中的能耗，根據(jù)式(2)將兩者進(jìn)行比較，得到能耗差。

式中，Q1是低負(fù)荷的供電煤耗，g/kWh；Q2是啟停兩班制的供電煤耗，g/kWh；λ1低負(fù)荷情況下的單臺(tái)機(jī)組負(fù)荷，MW；λ2啟停兩班制情況下的單臺(tái)機(jī)組負(fù)荷，MW；n1低負(fù)荷情況下運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)；n2為啟停兩班制情況下運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)；τ為機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，h；ΔQ為啟停機(jī)機(jī)組消耗的煤耗，g/kWh。

由式(2)可以看出，能耗差與調(diào)峰時(shí)間以及總負(fù)荷有關(guān)，當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行，由于機(jī)組煤耗較大，調(diào)峰時(shí)間達(dá)到一定的值時(shí)，機(jī)組啟停機(jī)煤耗會(huì)低于低負(fù)荷運(yùn)行的煤耗總和，此時(shí)兩班制運(yùn)行具有優(yōu)勢(shì)。

以某電廠3×660 MW機(jī)組為例，單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷范圍在230～660 MW，根據(jù)式(2)計(jì)算機(jī)組在可運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)與煤耗差的曲線如圖3所示，圖例中3-2表示可運(yùn)行投入的機(jī)組3臺(tái)，采用啟停兩班制方式運(yùn)行到2臺(tái)；2-1表示可運(yùn)行投入的機(jī)組2臺(tái)，采用啟停兩班制方式運(yùn)行到1臺(tái)。從圖中可以看出，機(jī)組容量越大，低負(fù)荷運(yùn)行與啟停兩班制的煤耗差越小，而且啟停時(shí)間越長(zhǎng)，煤耗差也越小，從圖上可以看出，臨界時(shí)間點(diǎn)一般超過了8 h。例如:3-2運(yùn)行方式下，當(dāng)全場(chǎng)負(fù)荷在1 263.93 MW時(shí)，調(diào)峰時(shí)間為9 h，此時(shí)，機(jī)組啟停機(jī)所需的煤耗等于低負(fù)荷運(yùn)行的煤耗總和，如果調(diào)峰時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，則兩班制運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性將開始大于低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)峰方式。由于熱態(tài)啟動(dòng)停機(jī)時(shí)間的限制，停機(jī)時(shí)間一般不超過8 h，因此低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性始終優(yōu)于兩班制方式。

圖3 不同負(fù)荷以及不同啟停機(jī)時(shí)間下的煤耗差

4 結(jié)論

針對(duì)某3×600 MW亞臨界機(jī)組電廠，根據(jù)性能試驗(yàn)的供電煤耗結(jié)果，分析該廠機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行下低負(fù)荷和啟停兩班制調(diào)峰運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)性情況，得到結(jié)論:①試驗(yàn)獲得660 MW機(jī)組在不同負(fù)荷下的性能特性，噴嘴配汽運(yùn)行方式比節(jié)流配汽運(yùn)行方式節(jié)能，且當(dāng)機(jī)組小于50%負(fù)荷時(shí)，機(jī)組煤耗相對(duì)上升較快；②計(jì)算獲得該機(jī)組采用熱態(tài)啟動(dòng)模式下的機(jī)組啟停機(jī)煤耗約為266.73t標(biāo)煤；③多臺(tái)機(jī)組的電廠總負(fù)荷容量越大、調(diào)峰時(shí)間越長(zhǎng)，可運(yùn)行機(jī)組越多，啟停兩班制節(jié)能優(yōu)勢(shì)越顯著；④對(duì)于亞臨界調(diào)峰機(jī)組，低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性始終優(yōu)于兩班制調(diào)峰方式，但是當(dāng)深度調(diào)峰不限于熱態(tài)時(shí)間啟機(jī)，實(shí)施啟停兩班制調(diào)峰方式將更具節(jié)能減排意義。