600 MW超臨界機(jī)組供熱方式選擇研究

宋 浩，陳曉利，高繼錄，傅 騰，張 敏

(1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110181；2．中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

由于風(fēng)、光等自然能源本身的地域性、時(shí)間性和穩(wěn)定性等問(wèn)題，其發(fā)展已經(jīng)從以往的增量補(bǔ)充進(jìn)入大范圍增量替代和區(qū)域性存量替代階段，同時(shí)接入電網(wǎng)也為電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了較大的沖擊，大規(guī)?？稍偕茉吹南{問(wèn)題十分嚴(yán)重，嚴(yán)重制約著新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和發(fā)展[1-4]。目前電力領(lǐng)域最常用的方式是通過(guò)火電廠的負(fù)荷調(diào)節(jié)來(lái)進(jìn)行可再生能源與化石能源發(fā)電的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)、光的消納，減少棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象。但另一方面，出于提高燃料的能源利用效率考慮，以及滿(mǎn)足城市日益增長(zhǎng)的供熱需求，如今的火電廠大多采用熱電聯(lián)產(chǎn)的混合供能形式，且普遍采用“以熱定電”的運(yùn)行模式。這種“以熱定電”的模式限制了供熱機(jī)組在供熱期的深度調(diào)峰能力，這也是我國(guó)三北地區(qū)供暖期調(diào)峰困難、棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重的重要原因[5-6]。因此，要在保證機(jī)組供熱量不變的前提下，降低機(jī)組電出力，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，就需要打破機(jī)組供熱期的熱、電耦合關(guān)系。本文針對(duì)東北地區(qū)某600 MW級(jí)供熱機(jī)組，在綜合考慮機(jī)組供熱能力和可靠性、抽汽管路的輸送能力以及機(jī)組調(diào)峰性能和供熱經(jīng)濟(jì)性的情況下，提出了可行的供熱改造技術(shù)路線，并分析了多種供熱技術(shù)路線對(duì)機(jī)組性能和供熱能力的影響，給出了最佳的供熱改造方案。

1 機(jī)組概況

某電廠在運(yùn)2×600 MW超臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)型式為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為CLNZK600-24.2/566/566，為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造。該機(jī)組設(shè)有七段回?zé)岢槠来喂┙o3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器、3臺(tái)低壓加熱器。2013年進(jìn)行機(jī)組供熱改造，采用中低壓導(dǎo)汽管打孔抽汽供熱網(wǎng)首站進(jìn)行采暖供熱。2016年對(duì)2號(hào)機(jī)組進(jìn)行雙背壓改造。改造前凝汽工況、打孔抽汽改造及2號(hào)機(jī)組雙背壓改造后的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 采暖供熱技術(shù)路線選擇

目前，該廠的供熱量130萬(wàn)GJ/a(含廠內(nèi)部分)折算供熱面積約340萬(wàn)m2，計(jì)劃替代市區(qū)原熱電廠，實(shí)供面積887萬(wàn)m2，年供熱量327萬(wàn)GJ。若按采暖綜合熱指標(biāo)取45 W/m2，折算實(shí)供面積約1200萬(wàn)m2，熱負(fù)荷540 MW，年供熱量452萬(wàn)GJ。根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，本期工程按總供熱面積1500萬(wàn)m2考慮，最大熱負(fù)荷675 MW，年供熱量565萬(wàn)GJ。

表1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

600 MW機(jī)組常規(guī)的供熱方式包括高背壓供熱、切單低壓缸、切雙低壓缸、高低壓旁路、電鍋爐、蓄熱水罐、吸收式熱泵等，本文對(duì)上述供熱方式進(jìn)行初步研究，研究過(guò)程中既考慮了機(jī)組本身的供熱能力、抽汽管路的輸送能力，又結(jié)合機(jī)組深度調(diào)峰性能和供熱經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還要考慮供熱可靠性，綜合分析論證后，得出該廠可行的技術(shù)改造方案包括雙機(jī)切單低壓缸、雙機(jī)切雙低壓缸、中低壓導(dǎo)汽管抽汽3種。

3 3種改造方式對(duì)機(jī)組性能和供熱能力的影響分析

在采暖期考慮冷段用輔助蒸汽60 t/h，抽汽工況單低壓缸最小冷卻蒸汽175 t/h，切缸工況單低壓缸最小冷卻蒸汽20 t/h的條件下，本文計(jì)算分析了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸等3種供熱改造方式對(duì)機(jī)組調(diào)峰能力和供熱能力的影響。

3.1 對(duì)機(jī)組調(diào)峰能力的影響

圖1給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機(jī)組不同主蒸汽流量與發(fā)電負(fù)荷的關(guān)系。由圖1可知，與凝汽設(shè)計(jì)工況相比，在主蒸汽流量相同的情況下，3種供熱改造方式均可降低機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷，大幅提升機(jī)組的調(diào)峰能力，其中切雙低壓缸供熱方式可使機(jī)組發(fā)電負(fù)荷最低，深調(diào)能力最強(qiáng)。切雙低壓缸供熱方式可實(shí)現(xiàn)發(fā)電負(fù)荷最低達(dá)到107.4 MW，深調(diào)負(fù)荷達(dá)17.9%；切單低壓缸供熱方式可使發(fā)電負(fù)荷最低達(dá)到185.3 MW，深調(diào)負(fù)荷達(dá)30.8%，而抽汽工況僅能實(shí)現(xiàn)深調(diào)負(fù)荷至41.7%。

圖1 3種供熱方式下機(jī)組不同主蒸汽流量時(shí)的發(fā)電負(fù)荷曲線

3.2 對(duì)機(jī)組供熱能力的影響

圖2給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機(jī)組不同主蒸汽流量與供熱能力的關(guān)系。在主蒸汽流量相同的情況下，與其他2種供熱改造方式相比，切雙低壓缸方式下機(jī)組供熱能力最大，其次為切單低壓缸方式，最后為抽汽方式。當(dāng)主蒸汽流量為1700 t/h時(shí)，切雙低壓缸方式下機(jī)組供熱能力為656 MW，比切單低壓缸方式下的供熱能力提升了22.8%，比抽汽工況提升了58.7%。當(dāng)3種供熱方式均達(dá)到最低深調(diào)負(fù)荷時(shí)，切雙低壓缸方式下機(jī)組供熱能力最大，為215 MW，比切單低壓缸方式提升了38.9%，比抽汽工況提升了125.6%。

圖2 3種供熱方式下機(jī)組在不同主蒸汽流量時(shí)的供熱能力曲線

3.3 對(duì)機(jī)組抽汽量的影響

圖3給出了抽汽方式、切單低壓缸、切雙低壓缸3種供熱改造方式下機(jī)組不同主蒸汽流量與抽汽量的關(guān)系。在主蒸汽流量相同的情況下，與其他2種供熱改造方式相比，切雙低壓缸方式下機(jī)組抽汽量最大，其次為切單低壓缸方式，最后為抽汽方式。當(dāng)主蒸汽流量為1700 t/h時(shí)，切雙低壓缸方式下機(jī)組抽汽量為921.5 MW，比切單低壓缸方式下的抽汽量增加了23.1%，比抽汽工況增加了57.9%。當(dāng)3種供熱方式均達(dá)到最低深調(diào)負(fù)荷時(shí)，切雙低壓缸方式下機(jī)組抽汽量最大，為278.7 MW，比切單低壓缸方式下的抽汽量增加了34.1%，比抽汽工況增加了108.3%。

圖3 3種供熱方式下機(jī)組在不同主蒸汽流量時(shí)的抽汽量曲線

因此，綜合考慮機(jī)組深度調(diào)峰能力和供熱能力，最佳的供熱方式為切雙低壓缸方式。

4 結(jié)論

a.在綜合考慮機(jī)組供熱能力和可靠性、抽汽管路的輸送能力以及機(jī)組調(diào)峰性能和供熱經(jīng)濟(jì)性的情況下，可行的供熱技術(shù)改造方案包括雙機(jī)切單低壓缸、雙機(jī)切雙低壓缸、中低壓導(dǎo)汽管抽汽3種。

b.綜合考慮機(jī)組深度調(diào)峰能力和供熱能力，最佳的供熱方式為切雙低壓缸方式。切雙低壓缸供熱方式可實(shí)現(xiàn)發(fā)電負(fù)荷最低達(dá)到107.4 MW，深調(diào)負(fù)荷可達(dá)17.9%。

c.當(dāng)3種供熱方式均達(dá)到最低深調(diào)負(fù)荷時(shí)，切雙低壓缸方式下機(jī)組的供熱能力最大，分別比切單低壓缸方式提升了38.9%和125.6%。