供热与电负荷调峰模型与性能分析

马 宁

（神华国华（北京）燃气热电有限公司，北京 100024）

0 引 言

供热季的供热、电负荷调峰能力对热网、电网及电厂极其重要，预先掌握其性能可以更好地进行运行方式、参数的调整，保证电热协调、系统安全。

1 背压模式下供热与调峰性能

1.1 二拖一背压工况

表1为根据运行时间数据及热平衡图收集的电负荷与供热数据。

表1 二拖一背压负荷与供热参数

将供热量拟合为机组总负荷的函数，如公式（1）：

根据表1和式（1），做出二拖一背压下供热量与机组总负荷关系曲线，如图1所示。只要燃机负荷固定，总负荷和供热量就可确定。在供热季“以热定电”指导下，根据热调供热要求确定机组电负荷上下限，因此背压下忽略燃机本身效率影响因素，机组电负荷不具备调峰性能，其由供热量所决定。冬季背压下燃机负荷最高346 MW，对应机组总负荷836 MW，对应最大供热量为2 500 GJ/h；最低负荷为30%工况，对应总负荷247 MW，最低供热量为1 160 GJ/h。

图1 二拖一背压工况供热量与电负荷关系曲线

1.2 一拖一背压工况

通过负荷试验数据及热平衡图，收集数据如表2所示。

表2 一拖一背压供热与负荷参数

一拖一背压运行时，机组总负荷与供热量同样具有线性关系，是一一对应的关系，将机组总负荷拟合为供热量的函数，如公式（2）：

据式（2）做出一拖一背压下供热与负荷的关系曲线如图2所示。冬季背压工况下，燃机最高负荷346 MW，对应总负荷430 MW，能达到的最大供热量为1300 GJ/h；最低工况按照30%算，机组总负荷116 MW，最低供热量590 GJ/h。

1.3 电热不协调性

供热与电负荷峰谷具有矛盾性，冬季经常遇到电负荷低谷时需要提高供热量，或者在用电高峰时恰遇供热低谷期。在电厂端具体的矛盾是供热量需要增加时电负荷无法提高，或是遇到用电高峰时需要提高电负荷，而热网侧受供回水压力及供水温度的限制不允许提高供热负荷，甚至出现电热气三方的不协调性，冬季用气高峰时供热发电同时受天然气限制。

图2 一拖一背压工况供热量与电负荷关系曲线

一般可以通过供热参数的定量计算分析电负荷的调整区间以及热网的安全裕度；通过公式（3）在已知热网回水温度的前提下，如图3所示，互算所需供水流量和供水温度，在热网回水压力偏低等特殊工况下，值班员可以掌握所需供水量及供水温度的预期变化情况、电负荷的调整限值及所需热网循环泵的台数[1]。

2 抽凝模式下供热与调峰性能

2.1 抽凝模式下供热性能

燃机的负荷率一定后，余热锅炉的产汽量基本固定，背压工况下SSS脱开全部蒸汽进入热网，此时供热网蒸汽量最大。在抽凝模式下一部分蒸汽进入低压缸做功，一部分蒸汽进入热网，进入热网的蒸汽量越多则供热量越多，进入低压缸的蒸汽流量有最低限制，按照汽轮机厂家要求MECV开度大于7%，对应蒸汽流量160 T/h。因此，某一负荷下抽凝最大供热能力为低压缸的进汽量达到边界条件时。公式（4）、公式（5）分别为同一燃机负荷下抽凝与背压的负荷及供热模型，以确定抽凝模式下的供热能力：

背压下数据完整，只要知道低压缸焓降和供热焓降，即可求出抽凝下各负荷的供热能力，再以此数据将供热能力拟合为机组总负荷的函数，建立抽凝下总负荷与供热能力的关系曲线。

表3为背压与纯凝运行参数表。

图3 电负荷与供热量及供热参数模型曲线

表3 背压与纯凝运行参数

将低压缸比焓、抽汽比焓分别拟合为背压下联合循环总负荷的函数，为：

根据式（6）、式（7）可得到二拖一抽凝模式下各负荷对应的最大供热能力，同时通过插值计算和实际运行数据进行校正，得到抽凝模式下负荷与供热能力曲线如图4所示。最大供热能力为机组总负荷861 MW时，对应供热量为2 025 GJ/h；供热季二拖一负荷下限为490 MW时，对应最大供热量为1 208 GJ/h。

根据热平衡图一拖一背压下参数，将低压缸焓降和抽汽焓降拟合为背压总负荷的函数，为：

根据式（8）、式（9）可以得到一拖一抽凝模式下各负荷对应的最大供热能力，同时通过插值计算和实际运行数据进行校正，得到抽凝模式下负荷与供热能力曲线如图5所示。最大供热能力为机组总负荷450 MW时，对应供热量为951 GJ/h；供热季一拖一负荷下限为390 MW时，对应最大供热量为760 GJ/h。

图4 二拖一抽凝供热能力曲线

2.2 抽凝模式下调峰性能

2.2.1 二拖一抽凝调峰性能

在“以热定电”的原则下，值班员需掌握供热负荷对应的电负荷调峰范围，即要达到给定热负荷所需要的最低电负荷和能达到的最高负荷。某一供热负荷所需最低电负荷即低压缸进汽量为160 T/h时，电负荷为达到此供热量所需的最低负荷，据公式（10）、公式（11）计算出各供热量下所需最低负荷；在燃机负荷率100%时总电负荷最高，即蒸汽流量最大时，除去供热所需流量其他均进入低压缸做功（二拖一最大背压电负荷为836 MW，最大蒸汽流量为811.8 T/h），据公式（11）、公式（12）计算出二拖一各供热量下所能达到的最大电负荷，二拖一抽凝模式参数如表4所示，图6为抽凝供热下的调峰性能曲线。随着供热量增加，调峰能力变差[2]。

2.2.2 一拖一抽凝调峰性能

表5为一拖一抽凝调峰参数表。

一拖一抽凝模式下调峰能力区间如图7所示。

图5 一拖一抽凝供热能力曲线

3 结 论

（1）背压模式下，电负荷与热负荷一一对应，在“以热定电”原则下不具备调峰性能。

（2）抽凝模式下，对应负荷下的最大供热量受低压缸末级金属温度限制，低压缸有最低进汽量限制；随着热负荷的增加，电负荷调峰区间逐渐减少，调峰能力变差[3]。

（3）冬季受热网、电网及天然气峰谷差的影响，往往出现电热气的不协调性，值班员可以根据电热气的定量计算做好提前准备。

（4）通过PI Systerm系统将实际运行参数与调峰区间、供热能力曲线图相结合，以图板形式展现，利于值班员更好地掌握运行情况，并进行热网定量控制与调整、调峰与供热能力报送等。

表4 二拖一抽凝模式参数

图6 二拖一抽凝调峰性能曲线

表5 一拖一抽凝调峰参数

图7 一拖一抽凝调峰区间