深度調(diào)峰下供熱機(jī)組出力特性研究

張 駿, 李 勇, 叢星亮, 蘇 陽(yáng)

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 安徽 合肥 230601)

0 前言

隨著全社會(huì)用電需求增速放緩以及可再生能源的大規(guī)模發(fā)展，截至2020年底，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)20.0億千瓦，其中，煤電裝機(jī)容量10.8億千瓦，占比為49.1%，首次降至50%以下。2020年，新增發(fā)電裝機(jī)以新能源為增量主體。并網(wǎng)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電新增裝機(jī)合計(jì)11 987萬千瓦，占2020年新增發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?2.8%(1)資料來源：《中國(guó)能源大數(shù)據(jù)報(bào)告(2021)》。。未來數(shù)年，我國(guó)可再生能源消費(fèi)總量還將持續(xù)高速增長(zhǎng)。風(fēng)電、光伏發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性較強(qiáng)，其大規(guī)模并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了負(fù)面影響?；痣娎眯r(shí)數(shù)將會(huì)逐年下降，為此火電機(jī)組提升運(yùn)行靈活性，為提高可再生能源的消納能力，大規(guī)模參與電網(wǎng)深度調(diào)峰將是大勢(shì)所趨[1-3]。

近年來，安徽省供熱發(fā)展迅速。截至2020年底，公用燃煤機(jī)組中供熱機(jī)組42臺(tái)，占比49%。全省公用燃煤機(jī)組2020年供汽875.6萬噸，較2016年增長(zhǎng)126%(2)資料來源：《2020年安徽省公用燃煤火電機(jī)組節(jié)能減排分析報(bào)告》。。同時(shí)，安徽省2017年開展燃煤機(jī)組40%深度調(diào)峰試驗(yàn)工作，供熱機(jī)組深度調(diào)峰環(huán)境下調(diào)峰能力計(jì)算成為熱點(diǎn)問題。

等效焓降法是一種熱平衡方法，既可用于熱力系統(tǒng)的整體計(jì)算也可用于熱力系統(tǒng)的局中定量分析[4-6]。將等效焓降法應(yīng)用于火力發(fā)電廠以熱平衡圖或?qū)嶋H試驗(yàn)參數(shù)為基準(zhǔn)可以方便的得到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，結(jié)合深度調(diào)峰用于供熱機(jī)組可以得到機(jī)組出力特性。

1 計(jì)算模型

1.1 抽汽等效焓降計(jì)算方法

抽汽等效焓降Hj表示在抽汽減少情況下排擠抽汽做功的增加值，反之，抽汽量增加時(shí)，則表示做功的減少值，對(duì)于回?zé)岢槠钠啓C(jī)計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Ar為當(dāng)加熱器j與r無疏水聯(lián)系時(shí)取水側(cè)焓升τr，當(dāng)加熱器j與r有疏水聯(lián)系則取疏水放熱γr；j為加熱器編碼，加熱器編碼按進(jìn)汽壓力大小從1開始排列；ηr為抽汽效率；r為加熱器j后更低壓力抽汽口編碼；qr為蒸汽在加熱器釋放的熱量；hj為加熱蒸汽焓；hn為汽輪機(jī)末級(jí)排汽焓；αj當(dāng)j級(jí)加熱器在再熱器之前時(shí)為0，之后為1；σ為汽輪機(jī)熱再熱蒸汽焓與冷再熱蒸汽焓之差。

1.2 新蒸汽等效焓降計(jì)算方法

新蒸汽等效焓降是指1 kg新蒸汽在汽輪機(jī)中實(shí)際做功，計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

式中，H0為新蒸汽等效焓降；Q為汽輪機(jī)循環(huán)熱量；HRt為汽輪機(jī)熱耗率；ηi為汽輪機(jī)循環(huán)效率。

1.3 供熱引起新蒸汽等效焓降下降

供熱蒸汽會(huì)導(dǎo)致新蒸汽做功能力下降，可以用等效焓降原理，按帶工質(zhì)的熱量出系統(tǒng)計(jì)算，如果凝結(jié)水有回收利用時(shí)，再按帶工質(zhì)熱水進(jìn)入系統(tǒng)計(jì)算其回收功。供熱抽汽從i段抽汽引出，有φ比例的凝結(jié)水返回k加熱器出口，則供熱蒸汽引起的新蒸汽等效焓降下降ΔHi計(jì)算公式如下：

(4)

式中，αi為供熱蒸汽份額；φ為供熱蒸汽回水率；bi為供熱蒸汽回水焓；bk為k號(hào)加熱器出水焓。

1.4 供熱機(jī)組出力計(jì)算

已知汽輪機(jī)有m股抽汽向外供熱，根據(jù)汽輪機(jī)新蒸汽和供熱引起新蒸汽等效焓降下降，可建立如下關(guān)系：

(5)

式中，P為機(jī)組發(fā)電功率；G0為汽輪機(jī)主蒸汽流量；H0為機(jī)組純凝工況新蒸汽等效焓降。

1.5 供熱機(jī)組調(diào)峰區(qū)間模型

機(jī)組在滿足供熱條件下，負(fù)荷的可調(diào)區(qū)間隨著供汽流量大小而改變，供汽流量越大，機(jī)組負(fù)荷可調(diào)區(qū)間相對(duì)越小。當(dāng)供熱穩(wěn)定即供汽流量變化不大時(shí)，可以通過變化主蒸汽流量，得到不同的機(jī)組發(fā)電功率，確定機(jī)組主蒸汽流量上下限即可通過等效焓降法得到機(jī)組的調(diào)峰區(qū)間。

深度調(diào)峰環(huán)境下，AGC機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整范圍為40%～100%Pe(Pe為機(jī)組額定負(fù)荷)?？梢酝ㄟ^機(jī)組調(diào)整負(fù)荷的上下限值，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的機(jī)組主蒸汽流量，以此推算出在相應(yīng)供熱負(fù)荷下的機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可調(diào)區(qū)間。

1)調(diào)峰上限：根據(jù)AGC機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整上限100%Pe確定機(jī)組的允許最大進(jìn)汽流量，即機(jī)組在夏季工況(TRL工況)下的主蒸汽流量，為供熱機(jī)組新蒸汽的最大流量。根據(jù)供熱機(jī)組負(fù)荷計(jì)算公式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)供熱工況下的最大機(jī)組負(fù)荷，即為供熱機(jī)組調(diào)峰能力的上限值。

2)調(diào)峰下限：在保證汽輪機(jī)低壓缸最小進(jìn)汽流量和鍋爐抽取工業(yè)供汽后不致引起超溫問題情況下[7]，根據(jù)深度調(diào)峰負(fù)荷調(diào)整下限40%Pe下的主蒸汽流量計(jì)算出對(duì)應(yīng)供熱工況的最小機(jī)組負(fù)荷，即為供熱機(jī)組調(diào)峰能力的下限值。

2 實(shí)例分析

選取某600 MW供熱機(jī)組為參考機(jī)組，進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

該機(jī)組從中排抽汽穩(wěn)定向外供熱，供汽流量為100 t/h，機(jī)組最大蒸汽流量取機(jī)組TRL工況的主蒸汽流量；最小流量取深度調(diào)峰下限40%Pe工況對(duì)應(yīng)的供熱工況主蒸汽流量，計(jì)算參數(shù)源自機(jī)組熱力計(jì)算書，對(duì)于運(yùn)行多年的機(jī)組也可以參考熱力試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 供熱機(jī)組調(diào)峰范圍

從表中可以看出，機(jī)組在向外供汽100 t/h時(shí)，機(jī)組的調(diào)峰范圍為256 MW至580 MW。根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行曲線和熱耗曲線，變化供汽流量可以得到機(jī)組調(diào)峰范圍隨供汽流量變化的曲線，對(duì)機(jī)組調(diào)峰有重大的參考意義。

3 結(jié)論

1)本文介紹了等效熱降法的基本原理，分析了供熱機(jī)組出力計(jì)算模型，當(dāng)供熱穩(wěn)定時(shí)，可通過變化主蒸汽流量，得到不同的機(jī)組發(fā)電功率，在確定機(jī)組主蒸汽流量上下限后可得到機(jī)組的調(diào)峰區(qū)間。

2)根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行曲線和熱耗曲線，改變供熱機(jī)組供汽流量可以得到機(jī)組調(diào)峰范圍隨供汽流量變化的曲線，對(duì)機(jī)組調(diào)峰有重大的參考意義。

3)對(duì)某600 MW機(jī)組實(shí)際供熱工況進(jìn)行了實(shí)例分析，得到了機(jī)組在中排供汽100 t/h情況下機(jī)組的調(diào)峰范圍為256 MW至580 MW。