600 MW超临界机组供热方式选择研究

宋 浩，陈晓利，高继录，傅 腾，张 敏

(1.国家电投集团东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181；2．中电投东北能源科技有限公司，辽宁 沈阳 110179)

由于风、光等自然能源本身的地域性、时间性和稳定性等问题，其发展已经从以往的增量补充进入大范围增量替代和区域性存量替代阶段，同时接入电网也为电力系统运行带来了较大的冲击，大规模可再生能源的消纳问题十分严重，严重制约着新型电力系统构建和发展[1-4]。目前电力领域最常用的方式是通过火电厂的负荷调节来进行可再生能源与化石能源发电的协同，实现对风、光的消纳，减少弃风和弃光现象。但另一方面，出于提高燃料的能源利用效率考虑，以及满足城市日益增长的供热需求，如今的火电厂大多采用热电联产的混合供能形式，且普遍采用“以热定电”的运行模式。这种“以热定电”的模式限制了供热机组在供热期的深度调峰能力，这也是我国三北地区供暖期调峰困难、弃风弃光现象严重的重要原因[5-6]。因此，要在保证机组供热量不变的前提下，降低机组电出力，实现深度调峰，就需要打破机组供热期的热、电耦合关系。本文针对东北地区某600 MW级供热机组，在综合考虑机组供热能力和可靠性、抽汽管路的输送能力以及机组调峰性能和供热经济性的情况下，提出了可行的供热改造技术路线，并分析了多种供热技术路线对机组性能和供热能力的影响，给出了最佳的供热改造方案。

1 机组概况

某电厂在运2×600 MW超临界燃煤空冷发电机组，汽轮机型式为超临界参数、一次中间再热、单轴、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机，型号为CLNZK600-24.2/566/566，为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造。该机组设有七段回热抽汽，依次供给3台高压加热器、1台除氧器、3台低压加热器。2013年进行机组供热改造，采用中低压导汽管打孔抽汽供热网首站进行采暖供热。2016年对2号机组进行双背压改造。改造前凝汽工况、打孔抽汽改造及2号机组双背压改造后的设计参数见表1。

2 采暖供热技术路线选择

目前，该厂的供热量130万GJ/a(含厂内部分)折算供热面积约340万m2，计划替代市区原热电厂，实供面积887万m2，年供热量327万GJ。若按采暖综合热指标取45 W/m2，折算实供面积约1200万m2，热负荷540 MW，年供热量452万GJ。根据发展规划，本期工程按总供热面积1500万m2考虑，最大热负荷675 MW，年供热量565万GJ。

表1 汽轮机主要技术参数

600 MW机组常规的供热方式包括高背压供热、切单低压缸、切双低压缸、高低压旁路、电锅炉、蓄热水罐、吸收式热泵等，本文对上述供热方式进行初步研究，研究过程中既考虑了机组本身的供热能力、抽汽管路的输送能力，又结合机组深度调峰性能和供热经济性，同时还要考虑供热可靠性，综合分析论证后，得出该厂可行的技术改造方案包括双机切单低压缸、双机切双低压缸、中低压导汽管抽汽3种。

3 3种改造方式对机组性能和供热能力的影响分析

在采暖期考虑冷段用辅助蒸汽60 t/h，抽汽工况单低压缸最小冷却蒸汽175 t/h，切缸工况单低压缸最小冷却蒸汽20 t/h的条件下，本文计算分析了抽汽方式、切单低压缸、切双低压缸等3种供热改造方式对机组调峰能力和供热能力的影响。

3.1 对机组调峰能力的影响

图1给出了抽汽方式、切单低压缸、切双低压缸3种供热改造方式下机组不同主蒸汽流量与发电负荷的关系。由图1可知，与凝汽设计工况相比，在主蒸汽流量相同的情况下，3种供热改造方式均可降低机组的发电负荷，大幅提升机组的调峰能力，其中切双低压缸供热方式可使机组发电负荷最低，深调能力最强。切双低压缸供热方式可实现发电负荷最低达到107.4 MW，深调负荷达17.9%；切单低压缸供热方式可使发电负荷最低达到185.3 MW，深调负荷达30.8%，而抽汽工况仅能实现深调负荷至41.7%。

图1 3种供热方式下机组不同主蒸汽流量时的发电负荷曲线

3.2 对机组供热能力的影响

图2给出了抽汽方式、切单低压缸、切双低压缸3种供热改造方式下机组不同主蒸汽流量与供热能力的关系。在主蒸汽流量相同的情况下，与其他2种供热改造方式相比，切双低压缸方式下机组供热能力最大，其次为切单低压缸方式，最后为抽汽方式。当主蒸汽流量为1700 t/h时，切双低压缸方式下机组供热能力为656 MW，比切单低压缸方式下的供热能力提升了22.8%，比抽汽工况提升了58.7%。当3种供热方式均达到最低深调负荷时，切双低压缸方式下机组供热能力最大，为215 MW，比切单低压缸方式提升了38.9%，比抽汽工况提升了125.6%。

图2 3种供热方式下机组在不同主蒸汽流量时的供热能力曲线

3.3 对机组抽汽量的影响

图3给出了抽汽方式、切单低压缸、切双低压缸3种供热改造方式下机组不同主蒸汽流量与抽汽量的关系。在主蒸汽流量相同的情况下，与其他2种供热改造方式相比，切双低压缸方式下机组抽汽量最大，其次为切单低压缸方式，最后为抽汽方式。当主蒸汽流量为1700 t/h时，切双低压缸方式下机组抽汽量为921.5 MW，比切单低压缸方式下的抽汽量增加了23.1%，比抽汽工况增加了57.9%。当3种供热方式均达到最低深调负荷时，切双低压缸方式下机组抽汽量最大，为278.7 MW，比切单低压缸方式下的抽汽量增加了34.1%，比抽汽工况增加了108.3%。

图3 3种供热方式下机组在不同主蒸汽流量时的抽汽量曲线

因此，综合考虑机组深度调峰能力和供热能力，最佳的供热方式为切双低压缸方式。

4 结论

a.在综合考虑机组供热能力和可靠性、抽汽管路的输送能力以及机组调峰性能和供热经济性的情况下，可行的供热技术改造方案包括双机切单低压缸、双机切双低压缸、中低压导汽管抽汽3种。

b.综合考虑机组深度调峰能力和供热能力，最佳的供热方式为切双低压缸方式。切双低压缸供热方式可实现发电负荷最低达到107.4 MW，深调负荷可达17.9%。

c.当3种供热方式均达到最低深调负荷时，切双低压缸方式下机组的供热能力最大，分别比切单低压缸方式提升了38.9%和125.6%。