供熱與電負(fù)荷調(diào)峰模型與性能分析

馬 寧

（神華國華（北京）燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?100024）

0 引 言

供熱季的供熱、電負(fù)荷調(diào)峰能力對(duì)熱網(wǎng)、電網(wǎng)及電廠極其重要，預(yù)先掌握其性能可以更好地進(jìn)行運(yùn)行方式、參數(shù)的調(diào)整，保證電熱協(xié)調(diào)、系統(tǒng)安全。

1 背壓模式下供熱與調(diào)峰性能

1.1 二拖一背壓工況

表1為根據(jù)運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)及熱平衡圖收集的電負(fù)荷與供熱數(shù)據(jù)。

表1 二拖一背壓負(fù)荷與供熱參數(shù)

將供熱量擬合為機(jī)組總負(fù)荷的函數(shù)，如公式（1）：

根據(jù)表1和式（1），做出二拖一背壓下供熱量與機(jī)組總負(fù)荷關(guān)系曲線，如圖1所示。只要燃機(jī)負(fù)荷固定，總負(fù)荷和供熱量就可確定。在供熱季“以熱定電”指導(dǎo)下，根據(jù)熱調(diào)供熱要求確定機(jī)組電負(fù)荷上下限，因此背壓下忽略燃機(jī)本身效率影響因素，機(jī)組電負(fù)荷不具備調(diào)峰性能，其由供熱量所決定。冬季背壓下燃機(jī)負(fù)荷最高346 MW，對(duì)應(yīng)機(jī)組總負(fù)荷836 MW，對(duì)應(yīng)最大供熱量為2 500 GJ/h；最低負(fù)荷為30%工況，對(duì)應(yīng)總負(fù)荷247 MW，最低供熱量為1 160 GJ/h。

圖1 二拖一背壓工況供熱量與電負(fù)荷關(guān)系曲線

1.2 一拖一背壓工況

通過負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及熱平衡圖，收集數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 一拖一背壓供熱與負(fù)荷參數(shù)

一拖一背壓運(yùn)行時(shí)，機(jī)組總負(fù)荷與供熱量同樣具有線性關(guān)系，是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，將機(jī)組總負(fù)荷擬合為供熱量的函數(shù)，如公式（2）：

據(jù)式（2）做出一拖一背壓下供熱與負(fù)荷的關(guān)系曲線如圖2所示。冬季背壓工況下，燃機(jī)最高負(fù)荷346 MW，對(duì)應(yīng)總負(fù)荷430 MW，能達(dá)到的最大供熱量為1300 GJ/h；最低工況按照30%算，機(jī)組總負(fù)荷116 MW，最低供熱量590 GJ/h。

1.3 電熱不協(xié)調(diào)性

供熱與電負(fù)荷峰谷具有矛盾性，冬季經(jīng)常遇到電負(fù)荷低谷時(shí)需要提高供熱量，或者在用電高峰時(shí)恰遇供熱低谷期。在電廠端具體的矛盾是供熱量需要增加時(shí)電負(fù)荷無法提高，或是遇到用電高峰時(shí)需要提高電負(fù)荷，而熱網(wǎng)側(cè)受供回水壓力及供水溫度的限制不允許提高供熱負(fù)荷，甚至出現(xiàn)電熱氣三方的不協(xié)調(diào)性，冬季用氣高峰時(shí)供熱發(fā)電同時(shí)受天然氣限制。

圖2 一拖一背壓工況供熱量與電負(fù)荷關(guān)系曲線

一般可以通過供熱參數(shù)的定量計(jì)算分析電負(fù)荷的調(diào)整區(qū)間以及熱網(wǎng)的安全裕度；通過公式（3）在已知熱網(wǎng)回水溫度的前提下，如圖3所示，互算所需供水流量和供水溫度，在熱網(wǎng)回水壓力偏低等特殊工況下，值班員可以掌握所需供水量及供水溫度的預(yù)期變化情況、電負(fù)荷的調(diào)整限值及所需熱網(wǎng)循環(huán)泵的臺(tái)數(shù)[1]。

2 抽凝模式下供熱與調(diào)峰性能

2.1 抽凝模式下供熱性能

燃機(jī)的負(fù)荷率一定后，余熱鍋爐的產(chǎn)汽量基本固定，背壓工況下SSS脫開全部蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)，此時(shí)供熱網(wǎng)蒸汽量最大。在抽凝模式下一部分蒸汽進(jìn)入低壓缸做功，一部分蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)，進(jìn)入熱網(wǎng)的蒸汽量越多則供熱量越多，進(jìn)入低壓缸的蒸汽流量有最低限制，按照汽輪機(jī)廠家要求MECV開度大于7%，對(duì)應(yīng)蒸汽流量160 T/h。因此，某一負(fù)荷下抽凝最大供熱能力為低壓缸的進(jìn)汽量達(dá)到邊界條件時(shí)。公式（4）、公式（5）分別為同一燃機(jī)負(fù)荷下抽凝與背壓的負(fù)荷及供熱模型，以確定抽凝模式下的供熱能力：

背壓下數(shù)據(jù)完整，只要知道低壓缸焓降和供熱焓降，即可求出抽凝下各負(fù)荷的供熱能力，再以此數(shù)據(jù)將供熱能力擬合為機(jī)組總負(fù)荷的函數(shù)，建立抽凝下總負(fù)荷與供熱能力的關(guān)系曲線。

表3為背壓與純凝運(yùn)行參數(shù)表。

圖3 電負(fù)荷與供熱量及供熱參數(shù)模型曲線

表3 背壓與純凝運(yùn)行參數(shù)

將低壓缸比焓、抽汽比焓分別擬合為背壓下聯(lián)合循環(huán)總負(fù)荷的函數(shù)，為：

根據(jù)式（6）、式（7）可得到二拖一抽凝模式下各負(fù)荷對(duì)應(yīng)的最大供熱能力，同時(shí)通過插值計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到抽凝模式下負(fù)荷與供熱能力曲線如圖4所示。最大供熱能力為機(jī)組總負(fù)荷861 MW時(shí)，對(duì)應(yīng)供熱量為2 025 GJ/h；供熱季二拖一負(fù)荷下限為490 MW時(shí)，對(duì)應(yīng)最大供熱量為1 208 GJ/h。

根據(jù)熱平衡圖一拖一背壓下參數(shù)，將低壓缸焓降和抽汽焓降擬合為背壓總負(fù)荷的函數(shù)，為：

根據(jù)式（8）、式（9）可以得到一拖一抽凝模式下各負(fù)荷對(duì)應(yīng)的最大供熱能力，同時(shí)通過插值計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到抽凝模式下負(fù)荷與供熱能力曲線如圖5所示。最大供熱能力為機(jī)組總負(fù)荷450 MW時(shí)，對(duì)應(yīng)供熱量為951 GJ/h；供熱季一拖一負(fù)荷下限為390 MW時(shí)，對(duì)應(yīng)最大供熱量為760 GJ/h。

圖4 二拖一抽凝供熱能力曲線

2.2 抽凝模式下調(diào)峰性能

2.2.1 二拖一抽凝調(diào)峰性能

在“以熱定電”的原則下，值班員需掌握供熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)的電負(fù)荷調(diào)峰范圍，即要達(dá)到給定熱負(fù)荷所需要的最低電負(fù)荷和能達(dá)到的最高負(fù)荷。某一供熱負(fù)荷所需最低電負(fù)荷即低壓缸進(jìn)汽量為160 T/h時(shí)，電負(fù)荷為達(dá)到此供熱量所需的最低負(fù)荷，據(jù)公式（10）、公式（11）計(jì)算出各供熱量下所需最低負(fù)荷；在燃機(jī)負(fù)荷率100%時(shí)總電負(fù)荷最高，即蒸汽流量最大時(shí)，除去供熱所需流量其他均進(jìn)入低壓缸做功（二拖一最大背壓電負(fù)荷為836 MW，最大蒸汽流量為811.8 T/h），據(jù)公式（11）、公式（12）計(jì)算出二拖一各供熱量下所能達(dá)到的最大電負(fù)荷，二拖一抽凝模式參數(shù)如表4所示，圖6為抽凝供熱下的調(diào)峰性能曲線。隨著供熱量增加，調(diào)峰能力變差[2]。

2.2.2 一拖一抽凝調(diào)峰性能

表5為一拖一抽凝調(diào)峰參數(shù)表。

一拖一抽凝模式下調(diào)峰能力區(qū)間如圖7所示。

圖5 一拖一抽凝供熱能力曲線

3 結(jié) 論

（1）背壓模式下，電負(fù)荷與熱負(fù)荷一一對(duì)應(yīng)，在“以熱定電”原則下不具備調(diào)峰性能。

（2）抽凝模式下，對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的最大供熱量受低壓缸末級(jí)金屬溫度限制，低壓缸有最低進(jìn)汽量限制；隨著熱負(fù)荷的增加，電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間逐漸減少，調(diào)峰能力變差[3]。

（3）冬季受熱網(wǎng)、電網(wǎng)及天然氣峰谷差的影響，往往出現(xiàn)電熱氣的不協(xié)調(diào)性，值班員可以根據(jù)電熱氣的定量計(jì)算做好提前準(zhǔn)備。

（4）通過PI Systerm系統(tǒng)將實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與調(diào)峰區(qū)間、供熱能力曲線圖相結(jié)合，以圖板形式展現(xiàn)，利于值班員更好地掌握運(yùn)行情況，并進(jìn)行熱網(wǎng)定量控制與調(diào)整、調(diào)峰與供熱能力報(bào)送等。

表4 二拖一抽凝模式參數(shù)

圖6 二拖一抽凝調(diào)峰性能曲線

表5 一拖一抽凝調(diào)峰參數(shù)

圖7 一拖一抽凝調(diào)峰區(qū)間