兩班制調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性與安全性探討

冒志敏 徐小軍

華能國(guó)際電力江蘇能源開發(fā)有限公司南通電廠 江蘇 南通 226000

引言

隨著十四五的進(jìn)行,環(huán)保要求愈加嚴(yán)格;而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,加上風(fēng)電、水電、光伏等新能源裝機(jī)容量迅速增大,我國(guó)用電結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生更大的改變,直接體現(xiàn)在電網(wǎng)谷峰差日益增加。這就對(duì)火電機(jī)組的調(diào)峰能力和運(yùn)行靈活性、安全性的要求愈加嚴(yán)格。在這樣的大背景下實(shí)施兩班制調(diào)峰和低負(fù)荷運(yùn)行是解決調(diào)峰需求的重要途徑。以我廠機(jī)組為對(duì)象,對(duì)比兩種典型汽輪機(jī)調(diào)峰方式的技術(shù)特點(diǎn),研究汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行和兩班制運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性分析。

1 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行可行性分析

1.1 機(jī)組概況

350 MW機(jī)組鍋爐為單汽包,單爐膛,具有一次中間再熱的亞臨界自然循環(huán)鍋爐。汽輪機(jī)為一次中間再熱、亞臨界、單軸、雙排汽、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下表。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

本文主要對(duì)2種調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究,不考慮轉(zhuǎn)子壽命損耗的影響,且基于機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。

2 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 機(jī)組運(yùn)行能耗試驗(yàn)

低負(fù)荷調(diào)峰時(shí)能量損耗的主要原因是機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷低于額定負(fù)荷,機(jī)組的發(fā)電煤耗率大幅提高。通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行性能試驗(yàn),熱耗率變化趨勢(shì)如圖1所示;煤耗變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖1 熱耗率變化趨勢(shì)

圖2 煤耗率變化趨勢(shì)

2.2 機(jī)組啟停能耗計(jì)算

兩班制調(diào)峰的可行性取決于熱態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短。根據(jù)表2可知,熱態(tài)啟動(dòng)停機(jī)時(shí)間可持續(xù)51h,能夠滿足夜間調(diào)峰需求。兩班制運(yùn)行計(jì)算中啟停一次的能量消耗主要考慮鍋爐啟停過程總耗油、總耗煤、總廠用電量、總除鹽水量、總發(fā)電量、總用汽量等,同時(shí)均將所有量都用標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格折合成標(biāo)準(zhǔn)煤量統(tǒng)一計(jì)算:

表2 汽輪機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)

式中Qryl為燃油量折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,Qrml為燃煤量折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,Qcyd為廠用電折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,Qcys為除鹽水損失折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,Qfdl為啟停機(jī)發(fā)電量折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,Qyql為啟動(dòng)時(shí)耗用的蒸汽折合標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。

因此啟停機(jī)一次損失折合標(biāo)準(zhǔn)煤約為

∑Q=Qryl+Qrml+Qcyd+Qcys+Qyql-Qfdl

=87.9+80+18.77+4.1+6.8=197.57t

2.3 兩種調(diào)峰方式熱力分析

兩種調(diào)峰方式的熱力特性對(duì)比是通過給定總負(fù)荷,對(duì)比兩班制（1臺(tái)機(jī)組夜間停機(jī),1臺(tái)機(jī)組以總負(fù)荷運(yùn)行）和低負(fù)荷（2臺(tái)機(jī)組將總負(fù)荷平分）在夜間運(yùn)行的總能耗差。兩班制運(yùn)行與低負(fù)荷運(yùn)行之間的能耗差異除了表現(xiàn)在機(jī)組啟停過程所需煤耗,還有單臺(tái)機(jī)組高負(fù)荷和2臺(tái)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行之間的節(jié)煤量。其中單臺(tái)機(jī)組高負(fù)荷和2臺(tái)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行之間的節(jié)煤量計(jì)算公式為

式中:N為機(jī)組總負(fù)荷,MW;t為機(jī)組夜間停機(jī)時(shí)間,h;b1為2臺(tái)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的煤耗率,g/（kW·h）;b2為單臺(tái)機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的煤耗率,g/（kW·h）。

假設(shè)低負(fù)荷運(yùn)行過程中2臺(tái)機(jī)組負(fù)荷相同,進(jìn)而計(jì)算可得不同總負(fù)荷下,2臺(tái)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行與單臺(tái)機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤耗率差異如圖3所示。由圖3可以看出,機(jī)組總負(fù)荷在280MW以上的煤耗率差異變化不明顯,但總負(fù)荷在280MW以下的煤耗率差急劇升高。

圖3 兩種調(diào)峰方式的煤耗率差異

根據(jù)兩個(gè)公式計(jì)算發(fā)現(xiàn)如表5所示,當(dāng)調(diào)峰時(shí)間固定時(shí),2種調(diào)峰運(yùn)行方式的煤耗差（ΔQ-∑Q）隨總負(fù)荷增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),但兩班制的煤耗遠(yuǎn)大于低負(fù)荷運(yùn)行的煤耗。

表4 兩種運(yùn)行方式的煤耗差隨總負(fù)荷變化趨勢(shì)

表5 數(shù)次機(jī)組啟停的差賬、缸脹和第一級(jí)金屬壁溫

依據(jù)《江蘇電力輔助服務(wù)（調(diào)峰）市場(chǎng)啟停交易補(bǔ)充規(guī)則解讀20190920》,燃煤機(jī)組的啟停調(diào)峰分為啟機(jī)調(diào)峰和停機(jī)調(diào)峰。若我廠單位容量報(bào)價(jià)700元/兆瓦,最大可調(diào)處理350MW,停機(jī)48小時(shí)來計(jì)算的話,可估算245000+650000=895000元。若不計(jì)設(shè)備壽命損耗等因素,我廠每次啟停48小時(shí)調(diào)峰可獲得最少75.3萬元的收益。

3 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行可靠性分析

3.1 我廠機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的可行性

機(jī)組能否進(jìn)行啟停調(diào)峰需求首先取決于第一級(jí)金屬壁溫能否達(dá)到熱態(tài)啟動(dòng)的要求。機(jī)組在停運(yùn)后的48小時(shí)后第一級(jí)金屬壁溫降至377℃;由此可知,機(jī)組在停機(jī)后的48小時(shí)內(nèi)的汽機(jī)第一級(jí)金屬壁溫在370℃以上,滿足機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)的要求。

對(duì)比機(jī)組停運(yùn)48小時(shí)內(nèi)和預(yù)啟動(dòng)后的差脹和缸脹數(shù)值可知,機(jī)組短時(shí)停運(yùn)后的缸脹和差脹數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于預(yù)啟動(dòng)時(shí)參數(shù),機(jī)組具備能夠并網(wǎng)快速帶負(fù)荷的能力。

結(jié)論

我廠機(jī)組進(jìn)行啟停調(diào)峰能夠給取得一定的收益并且不受低負(fù)荷穩(wěn)燃的限制。啟停調(diào)峰過程易引起金屬產(chǎn)生交變應(yīng)力,頻繁啟停機(jī)引起轉(zhuǎn)子壽命產(chǎn)生一定損耗,根據(jù)當(dāng)前火電參與調(diào)峰需求進(jìn)一步強(qiáng)烈,啟停調(diào)峰具備一定的經(jīng)濟(jì)效益,值得推廣。