300MW火电机组工业抽汽供电煤耗及调峰特性仿真研究

蔡 文，吴 辉，熊 辉，权星军，万忠海

（1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096；2.国家电投集团江西电力有限公司新昌发电分公司，江西南昌 330117；3.国家电投集团江西电力有限公司景德镇发电厂，江西 景德镇 333001）

0 引言

随着经济和城镇化的快速发展，工业用汽需求不断增加，省内部分火电企业为充分利用热电联产的优越性积极开拓供热市场，因地制宜、因厂制宜地开展汽轮机组的供热改造项目，以提升高效清洁发展水平[1]。基于客户工业用汽参数需求及机组运行安全，火电厂可灵活选择高排供热、热再供热或抽汽加装压力匹配器供热等多种不同供热方式。如此一来，供热改造机组的实际运行极为复杂，具体表现在发电量、供热量、供热方式存在数目庞大的多种组合，是一个典型的多维数据模型。对于热电联产的研究，最复杂的莫过于发电和供热二者成本的分摊计量——这是因为供热蒸汽在从汽轮机本体抽出前也作了功，发了电。业内一直存在“好处归电”、“好处归热”和其他数种以能量价值理论、单耗理论为核心的相对折中的分摊方案[2]。本项目借助数值仿真软件研究热电联产对机组运行经济性和调峰出力的影响；同时，依据文献[3]计算供热机组的热耗率和煤耗率，以指导电厂生产运行管理。

1 仿真建模

仿真建模Ebsilon软件平台是一款来自德国STEAG公司的专业电站性能仿真计算软件（见图1），其主要特点是组件丰富，功能强大，设计灵活，尤其适用于热力系统变工况计算及分析。

1.1 仿真对象

火力发电厂是一个集多设备、多介质、多流程的复杂系统。本项目以某300MW机组典型工况热平衡图作为EBSILON软件的DESIGN工况输入参数，并在此工况基础上，进行不同抽汽位置和供热流量的变工况仿真计算。

1.2 仿真工况设置

通过数值仿真，探究300MW机组热电联产能耗及出力特性。具体内容包括：

1）不同发电量、供热量及供热方式下供热改造机组能耗研究；

2）不同发电量、供热量及供热方式下供热改造机组出力研究；

3）环境温度（边界条件变化）对供热改造机组能耗和出力的影响。循环水温调整至33℃，即夏季工况{TRL工况（300MW）}；

4）发电量：选取了THA工况（300MW）、75%THA工况（225MW）和50%THA工况（150MW）三个典型工况；

5）供热量：选择了六档抽汽流量（10t/h、20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h）；

6）供热方式：选择了高排供热、热再供热。

1.3 仿真建模组态

在DESIGN工况页面完成典型工况设计参数输入后，通过对调节级与过桥汽封的设置、末级排汽损失的设置以及汽动给水泵组轴功匹配等方面的参数调校，使得DESIGN工况仿真计算出来的机组热耗率等指标与制造厂热平衡图一致（见图2）。

图2 仿真建模DESIGN工况

2 仿真数据分析

2.1 THA工况（300MW）仿真结果（表1）

1）当供热流量达到40t/h时，机组供电煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗可减少9.88g/（kW·h）。

表1 THA工况（300MW）仿真结果汇总

2.2 75%THA工况（225MW）仿真结果（表2）

1）当供热流量达到50t/h时，机组供电煤耗降低至310g/（kW·h）以下；

2）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗可减少12.25g/（kW·h）。

表2 75%THA工况（225MW）仿真结果汇总

2.3 50%THA工况（150MW）仿真结果（表3）

1）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗可减少19g/（kW·h）。

表3 50%THA工况（150MW）仿真结果汇总

2.4 TRL工况（300MW）仿真结果（表4）

1）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗仍高于310g/（kW·h）；

2）当供热流量达到60t/h时，机组供电煤耗可减少9.86g/（kW·h）。

表4 TRL工况（300MW）仿真结果汇总

2.5 热电联产对机组调峰出力的潜在影响[4]

以THA工况为例（表5），锅炉蒸发量若保持900.08t/h不变，当供热流量由0t/h调整至60t/h时，发电机功率将由300.02MW下降至284.80MW。在实际运行中，运行人员可以在协调控制系统的配合下，通过适时增加燃煤及给水，将锅炉蒸发量逐步提升至949.23t/h；并在整个过程中，由协调控制系统维持发电机功率300MW不变。

表5 热电联产对机组调峰出力的潜在影响

2.6 工业用汽量大幅扰动对调峰品质的潜在影响

通过数值仿真（表6），分别模拟了THA工况（300MW）以及50%THA工况（150MW）下工业用汽量大幅扰动（30～60t/h）对于发电机功率输出的影响——二者最大波动幅度分别为2.53%、4.88%。

表6 不同用汽量对调峰品质的潜在影响

当此扰动过程较为缓慢时，协调控制系统可在充裕的时间内予以正常消纳，不影响调峰品质。倘若扰动过程剧烈快促，将对机组一、二次调频性能产生一定干扰，尤其是在低负荷工况下。

3 结语

供热机组热电联产工况极为复杂，具体表现在发电量、供热量、供热方式三者之间存在着数目庞大的组合方式，是一个典型的多维数据模型。通过300 MW供热机组仿真计算，获取了热电联产对机组运行经济性和调峰出力的影响，并相关标准计算出机组典型工况下的供热热耗率和煤耗率。针对所选工况，最大供热流量60t/h不影响机组的铭牌调峰出力和最低调峰出力；供热流量波动对调峰的潜在影响可通过厂内多台机组协调控制予以正常消纳。