火電轉(zhuǎn)型發(fā)展的調(diào)峰節(jié)能管理研究

中國電力企業(yè)聯(lián)合會科技開發(fā)服務(wù)中心 張博

吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司 吳哲 靳玉峰

依據(jù)我國提出的2020、2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重分別達(dá)到15%、20%的能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，新能源仍然是國家重點(diǎn)發(fā)展方向，新能源的發(fā)展使火電企業(yè)調(diào)峰任務(wù)逐漸加大，在此背景下《東北電力輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則（暫行）》的發(fā)布實(shí)施，市場化的輔助服務(wù)分?jǐn)偱c補(bǔ)償為火電企業(yè)經(jīng)營發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，并對節(jié)能管理提出了新的要求。

調(diào)峰期間節(jié)能管理存在的問題

1.常規(guī)負(fù)荷的節(jié)能管理各單位已經(jīng)較為完善和規(guī)范，但越來越多的調(diào)峰時(shí)段中，運(yùn)行管理以安全為主而放棄了機(jī)組的節(jié)能管理，尤其是涉及到燃燒調(diào)整系統(tǒng)和主要輔機(jī)運(yùn)行方式方面，節(jié)能管理存在很大的盲區(qū)。

2.在東北區(qū)域輔助服務(wù)分?jǐn)偱c補(bǔ)償機(jī)制引導(dǎo)下，火電的調(diào)峰任務(wù)逐漸加大，參與調(diào)峰獲得補(bǔ)償避免分?jǐn)偝蔀楫?dāng)今火電機(jī)組經(jīng)營發(fā)展的重要手段，如何科學(xué)參與深度調(diào)峰保證機(jī)組收益最大化，是提高火電機(jī)組核心競爭力的有效手段。

3.吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司（簡稱白城發(fā)電公司）當(dāng)前供熱系統(tǒng)為抽汽供熱、電鍋爐供熱以及今年可以投運(yùn)的雙背壓供熱三套供熱系統(tǒng)組成的復(fù)雜供熱系統(tǒng)，且三套供熱系統(tǒng)熱源呈階梯分布，優(yōu)化調(diào)整熱負(fù)荷分配比例對機(jī)組整體節(jié)能管理和靈活性提升顯得十分必要。

調(diào)峰期間節(jié)能管理方法

低負(fù)荷優(yōu)化指標(biāo)節(jié)能管理

1.建立指標(biāo)安全管理模型。

梳理機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行各指標(biāo)的節(jié)能量和調(diào)節(jié)對可靠性的影響程度，將指標(biāo)的節(jié)能量分為Ⅰ、Ⅱ兩級，調(diào)節(jié)指標(biāo)對機(jī)組或設(shè)備可靠性影響分為Ⅰ、Ⅱ兩級（表1），依據(jù)四象限法則建立指標(biāo)安全管理模型圖（圖1），飛灰含碳量和爐渣含碳量的調(diào)整需要調(diào)整鍋爐配風(fēng)、降低過量空氣系數(shù)，不利于低負(fù)荷鍋爐穩(wěn)燃，同時(shí)由于指標(biāo)對供電煤耗影響偏小，節(jié)能管理思路為定期進(jìn)行人工化驗(yàn)，確保指標(biāo)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鍋爐專工依據(jù)化驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)運(yùn)行人員逐步優(yōu)化調(diào)整。

2.建立指標(biāo)調(diào)整管理模型。

在指標(biāo)節(jié)能量分級不變的基礎(chǔ)上對機(jī)組指標(biāo)調(diào)整難度進(jìn)行分級（表2），依據(jù)四象限法則建立指標(biāo)調(diào)整管理模型圖（圖2）。

3.低負(fù)荷節(jié)能管理思路。

背壓（非冬季）、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度作為節(jié)能量高、可靠性高、易調(diào)整的指標(biāo)要實(shí)施跟蹤、嚴(yán)格控制，調(diào)整不當(dāng)要嚴(yán)肅考核。

表1 指標(biāo)節(jié)能量與可靠性分級

圖1 指標(biāo)安全管理模型

表2 指標(biāo)節(jié)能量與已調(diào)整性分級

圖2 指標(biāo)調(diào)整管理模型

凝結(jié)水過冷度、加熱器端差、補(bǔ)水率、過熱器減溫水、再熱器減溫水作為節(jié)能量低、可靠性高的指標(biāo)要引導(dǎo)為主，編制《白城發(fā)電公司指標(biāo)管理手冊》指導(dǎo)各指標(biāo)調(diào)整方式，在月度運(yùn)行分析會中組織調(diào)整經(jīng)驗(yàn)交流，以小指標(biāo)競賽為抓手，根據(jù)指標(biāo)調(diào)整難易程度調(diào)整SIS 系統(tǒng)同步績效得分，引導(dǎo)運(yùn)行人員積極主動(dòng)調(diào)整這部分指標(biāo)。

背壓（冬季）、排煙溫度、鍋爐氧量、發(fā)電廠用電率作為節(jié)能量高、可靠性低、難調(diào)節(jié)的指標(biāo)要以技術(shù)攻關(guān)為主，白城發(fā)電公司通過技術(shù)論證和試驗(yàn)摸索，將凝結(jié)水母管運(yùn)行壓力由最低1.3MPa 降至1MPa，日節(jié)省凝結(jié)水泵耗電量約0.26 萬千瓦時(shí)，冬季雙機(jī)運(yùn)行采用單循環(huán)水泵的運(yùn)行方式，日節(jié)省用電量約0.77 萬千瓦時(shí)，成立QC 小組開展空冷島經(jīng)濟(jì)背壓研究和尖峰冷卻器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究，利用“封停必檢”對尾部煙道吹灰器區(qū)域管束吹損情況進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果不斷優(yōu)化吹灰器投運(yùn)方式，根據(jù)現(xiàn)場燃燒區(qū)域測溫和鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，逐步優(yōu)化鍋爐氧量曲線，通過一系列技術(shù)攻關(guān)制定低負(fù)荷時(shí)可靠性低和難調(diào)整的指標(biāo)調(diào)整方案。

飛灰含碳量和爐渣含碳量的調(diào)整需要調(diào)整鍋爐配風(fēng)、降低過量空氣系數(shù)，不利于低負(fù)荷鍋爐穩(wěn)燃，同時(shí)由于指標(biāo)對供電煤耗影響偏小，節(jié)能管理思路為定期進(jìn)行人工化驗(yàn)，確保指標(biāo)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鍋爐專工依據(jù)化驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)運(yùn)行人員逐步優(yōu)化調(diào)整。

深度調(diào)峰經(jīng)濟(jì)調(diào)度

根據(jù)《東北電力輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則（暫行）》，結(jié)合火電機(jī)組調(diào)峰能力，研究機(jī)組邊際條件變化與最佳安全經(jīng)濟(jì)工況的關(guān)系，建立供熱期和非供熱期經(jīng)濟(jì)調(diào)度管理模型，推算出機(jī)組當(dāng)前邊際條件下各負(fù)荷收益情況（圖3和圖4），并同步推算出機(jī)組參與調(diào)峰和處于非調(diào)峰期間的經(jīng)濟(jì)性出力，為生產(chǎn)現(xiàn)場值長提供直觀數(shù)據(jù)支撐，判斷機(jī)組當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)性情況，指導(dǎo)電廠開展收益最大化的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

圖3 供熱期深度調(diào)峰經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

圖4 非供熱期深度調(diào)峰經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

熱負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度

將熱網(wǎng)系統(tǒng)作為一個(gè)整體計(jì)算，在不考慮熱網(wǎng)循環(huán)水在輸送過程中的損失時(shí)，系統(tǒng)需要補(bǔ)充的供熱量即為熱用戶建筑向環(huán)境散熱量，以此建立環(huán)境溫度與熱負(fù)荷優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)流程見圖5。

圖5 熱負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度流程圖

1.雙背壓熱負(fù)荷能力。

通過熱力計(jì)算方程和對數(shù)平均溫差計(jì)算環(huán)境溫度與防凍流量對應(yīng)曲線，綜合考慮機(jī)組帶滿負(fù)荷雙背壓加熱器無法消納的排汽量和空冷島低負(fù)荷防凍需要的最小流量，得出供熱初末期雙背壓側(cè)空冷島需保留2列，供熱中期雙背壓側(cè)空冷島需保留1列的運(yùn)行方式，此時(shí)根據(jù)空冷島管束最小防凍流量和管束最大流量可以計(jì)算出機(jī)組雙背壓側(cè)空冷島進(jìn)汽量的上下限，雙背壓加熱器進(jìn)汽量為此時(shí)低壓缸排汽扣除雙背壓側(cè)空冷島進(jìn)汽量后剩余汽量，而低壓缸排汽為機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷正常排汽扣除輔助蒸汽用汽（暖風(fēng)器等輔助系統(tǒng)）和抽汽供熱用汽剩余蒸汽。

2.綜合熱負(fù)荷優(yōu)化。

深度調(diào)峰時(shí)在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的情況下降低負(fù)荷，雙背壓加熱器隨著負(fù)荷降低排汽減少出力下降，在對外熱負(fù)荷一定的情況下以能源階梯利用最大化和調(diào)峰空間最優(yōu)化為原則，以不同熱負(fù)荷對機(jī)組熱耗率影響為依據(jù)計(jì)算熱負(fù)荷供熱曲線，調(diào)整熱負(fù)荷分配比例，優(yōu)化熱負(fù)荷調(diào)度方式。

3.優(yōu)化效果對比。

抽汽供熱與雙背壓供熱相比，抽汽供熱的供熱蒸汽沒有進(jìn)行低壓缸做功且相同供熱量下耗蒸汽量不一致，供熱中期在不考慮5、6、7號低加抽汽的情況下抽汽供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為432.4kJ/kg，雙背壓供熱受高背壓影響每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為39.48kJ/kg，優(yōu)化熱負(fù)荷分配方式后熱耗率最高可以降低19.65kJ/kWh。供熱初末期在不考慮5、6、7號低加抽汽的情況下抽汽供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為478.66kJ/kg，雙背壓供熱每噸蒸汽損失的低壓缸有效焓降為35.09kJ/kg，優(yōu)化熱負(fù)荷分配方式后熱耗率最高可以降低102.31kJ/kWh。

結(jié)論

本文以火電機(jī)組深度調(diào)峰期間節(jié)能管理空間作為研究對象，通過四象限法則對指標(biāo)進(jìn)行分級，根據(jù)分級結(jié)果制定對應(yīng)管理措施，建立經(jīng)濟(jì)調(diào)度管理模型，計(jì)算當(dāng)前邊際條件下收益最大化運(yùn)行方式，科學(xué)參與深度調(diào)峰，對復(fù)雜熱負(fù)荷能量梯級利用情況進(jìn)行分析，可計(jì)算出機(jī)組熱負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度方案。據(jù)此研究，火電機(jī)組在調(diào)峰期間仍有較大的節(jié)能空間，通過指標(biāo)、調(diào)度方式和熱負(fù)荷分配的優(yōu)化管理，提高機(jī)組調(diào)峰期間經(jīng)濟(jì)性，不僅滿足國家節(jié)能減排要求，同時(shí)可以提高機(jī)組深度調(diào)峰收益，增強(qiáng)企業(yè)競爭力?！?/p>