基于汽轮机乏汽余热利用空冷供热机组的灵活性调峰应用研究

侯登峰

（山西大唐国际云冈热电有限责任公司，山西 大同 037039）

基于汽轮机乏汽余热利用空冷供热机组的灵活性调峰应用研究

侯登峰

（山西大唐国际云冈热电有限责任公司，山西 大同 037039）

随着城市供热改造进度的逐渐深入，以某热电公司为例，该公司接带的供热面积逐年增加，而电量形势不容乐观，面临小电量、大供热的外部环境。针对该难题，该公司从大温差换热出发，优化供热运行方式，研究最小的电量和最大的供热量的配比关系，确定供热机组的最小电负荷，确认机组深度调峰负荷，满足供热机组50%负荷的调峰能力。通过该技术方案的实施，实现了供热机组深度调峰。

供热机组；最小电负荷；调峰

1 现状分析

某公司地处山西的北方高寒地区（大同市），承担着市区2 480万m2的供热任务。现有4台直接空冷供热机组，总装机容量为1 040 MW。一期为2台220 MW机组，2003年投产，单机额定抽汽工况下采暖抽汽量为390 t/h，抽汽压力0.294 MPa，排汽量110 t/h。二期为2台300 MW机组，2009年投产，单机额定抽汽工况下采暖抽汽量为 500 t/h，抽汽压力 0.4 MPa，排汽量214 t/h。2012年4台机组全部实施乏汽余热利用改造，2014年配套增加外网热泵，实施大温差换热改造，热网循环水设计回水温度39℃，热网循环水回水首先进入热泵进行换热，热网循环水最终温度达到74℃后进入原热网首站继续加热。

因山西电网容量逐年增加，该公司2016年利用小时下降至约3 600 h，预计2017年供热机组利用小时将继续受到挤压，供热期机组负荷率偏低，而随着城市供热改造进度的不断拓展，接带的供热面积已经达到2 400万m2，面临小电量、大供热的外部环境。

目前热电比大于0.8的供热机组均按照“以热定电”方式运行，存在两个问题：机组调峰范围小，基本在65%~85%额定负荷运行；变负荷率小，为了保证供热抽汽压力和流量稳定，变负荷率基本维持在3~4.5 MW/min之间（300 MW及以下机组）。

为适应电网火电机组深度调峰要求，同时火电机组负荷率日趋降低，而城市供热量日渐增加，通过研究机组的最小运行方式，结合机组各个工况的供热试验数据，确定不同供热量的最小运行电负荷确认机组深度调峰负荷，满足供热机组50%负荷以上的调峰能力。

2 研究面临问题

在保证供热量不变的情况，降低机组电负荷调峰，重新绘制等供热曲线，主要受三方面原因限制：中压缸排汽压力低于限制值，中压缸末级叶片断裂风险；低压缸进汽量不足，造成低压缸鼓风，排汽温度升高；空冷进汽量不足，造成空冷散热器冻结。

针对中压末级叶片的保护问题，首先确认中压缸排汽压力的运行范围和低压调门调整范围，经过和厂家沟通，确认中压缸排汽压力不得低于0.15 MPa，且低压供热蝶阀后压力不得低于0.065 MPa，经过和厂家共同核算，重新制定中压缸排汽压力的下限值，保证中压缸末级叶片的安全。

针对空冷防冻的问题，结合厂家给定的不同环境温度的空冷单列最小防冻流量以及实际运行情况，制定了空冷进汽列的下限值。并在其基础上结合中压末级叶片保护限值，绘制了初期的等供热曲线。

表1 300 MW机组最小防冻流量 t/h

而对于低压缸进汽量不足鼓风引起的排汽温度升高，在2016年供热期间，结合供热实际运行情况，在各个负荷和不同供热抽汽流量下，根据低压缸排汽温度升高的情况，确定低压缸的最低进汽量大于105 t/h。

确立了“以乏汽供热为基础、抽汽供热为补充”的研究思路，然后再确立“2（4） 号机组为主力供热、1（3） 号机组为辅助供热”的调整思路，据此对不同的日供热量情况进行针对性的调峰和变负荷研究。

3 研究内容

通过在不同的供热量情况，对机组运行方式进行探索试验，在不同的电负荷情况下进行试验，确认机组每一个负荷段的最大接带供热量，并根据不同的供热量摸索机组的最小运行电负荷，确认机组的调峰深度，据此进行等供热曲线的绘制。等供热曲线汇总见图1至图5。

3.1 一期（200 MW）

机组负荷可以在90~190 MW之间调整。热电比在0.7~1.8之间（图1）。

机组负荷可以在110~180 MW之间调整。热电比在0.9~1.6之间（图2）。

机组负荷可以在135~170 MW之间调整。热电比在1.23~1.88之间（图3）。

图1 1号机组供热1万GJ或者2号机组供热1.4万GJ供热曲线

图2 1号机组供热1.4万GJ或2号机组供热1.7万GJ供热曲线

图3 1号机组供热1.8万GJ，2号机组供热2.2万GJ供热曲线

3.2 二期（300 MW）

3号机组供热1.4万GJ，4号机组供热1.9万GJ供热曲线机组负荷可以在150~290 MW之间调整。热电比在0.6~1.47之间（图4）。

图4 3号机组供热1.4万GJ，4号机组供热1.9万GJ供热曲线

3号机组供热1.8万GJ或4号机组供热2.3万GJ供热曲线机组负荷可以在170~280 MW之间调整。热电比在0.74~1.57之间。

3.3 二期（300 MW）

3号机组供热2.3万GJ或4号机组供热2.6万GJ供热曲线机组负荷可以在200～270 MW之间调整。热电比在0.98～1.50之间。

图5 3号机组供热1.8万GJ或4号机组供热2.3万GJ供热曲线

图6 3号机组供热2.3万GJ或4号机组供热2.6万GJ供热曲线

4 试验效果

在2016年供热期间，在保证供热稳定的情况下，进行机组变负荷试验，同时针对变负荷率进行试验，供热思路确立为“以机组乏汽供热为基础、机组抽汽供热为补充”，同时一（二） 期2台机组运行方式调整为“2（4） 号机组为主力供热、1（3）号机组为辅助供热”，高真空运行机组做供热补充，这样机组的变负荷率就可以不受“以热定电”的影响，分别在50%～80%以及45%～90%额定负荷之间做变负荷供热试验，变负荷率分别以5 MW/min、6 MW/min、7 MW/min、8 MW/min 进行调整，经过试验机组变负荷率完全可以达到6～8 MW/min，供水温度变化率在3℃/min以内，调峰范围亦可以达到50%以上。

以乏汽余热利用供热为基础的等供热曲线确定了机组的运行范围，通过不断地试验完善，确定了供热期间机组变负荷率，负荷运行范围扩大至50%以上，变负荷率达到6～8 MW/min，既满足了电网调峰要求，又保证了供热稳定。

5 实践成效

a）本研究成果基本不需要投资，在原有设备的基础上，以优化供热、优化机组运行方式、优化全厂供热调整为目的，完成了等供热曲线绘制，达到了节约投资的最大目的。

b） 通过试验，调峰范围由原有的65%～85%拓宽为45%～90%，变负荷率达到6～8 MW/min，在保证供热量稳定的基础上，基本满足了电网供热机组调峰要求。

c）该调整操作属于供热机组首创，打破原有的厂家供热曲线限制，结合现场实际情况绘制针对性强、调整灵活的等供热曲线，指导运行人员操作调整，达到最佳的热电配比。

d） 供热期间机组投入 ACE（area control error） 区域控制误差运行，提高机组负荷调整的灵活性，实现机组深度调峰，在2016年3号机组投入ACE运行，全年单机盈利440余万元，2017年计划2台机组投入ACE运行，预计利润在600万元以上。

Flexible Peak Regulation of Air-cooling Heat Supply Unit Based on Turbine Waste-heat Utilization

HOU Dengfeng
（Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.,Datong,Shanxi037039,China）

With the gradual progress of urban heating reform,the heating area supplied by Shanxi Datang International Yungang Thermal Power Co.,Ltd.(hereinafter referred to as"the company")increased year by year,while the electricity supply situation is not optimistic.In viewof this problem,the company optimized the heating mode and studied the ratio between the minimum electricity supply quantityand the maximumheat supplyquantitytodetermine the minimumheatingload ofthe unit toconfirmthe unit deep peak-regulating load.Through the implementation ofthe technical program,the deep participatingin peak regulatingin heatingunit has been achieved.

heat-supplyunit;minimumpower load;peak regulation

TM621

A

1671-0320（2017）05-0063-03

2017-06-28，

2017-07-25

侯登峰（1980），男，山西平遥人，2007年毕业于太原电力高等专科学校火电厂集控运行专业，工程师，从事汽轮机安全经济运行工作。