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亚临界300MW供热机组调峰能力的研究与应用
作者:管理员    发布于:2017-08-24 11:06:43    文字:【】【】【

  摘 要:本文首先介绍了一次调节抽汽式供热机组的动力特性,指出了锅炉最大负荷、最低稳燃负荷以及汽轮机低压缸最小排汽量几个边界条件对机组稳定运行的影响,从而从理论上确定了在特定采暖热负荷下该类机组的调峰特性。然后,以某电C300/220-16.67/537/537型汽轮机组为例,建立了严格的数学模型,并对电厂采暖期典型工况进行了分析计算,为调度中心对机组进行有效、合理调度以及制定年度电量计划提供了一定的依据。

  1 前言

  近年来,由于国家大力发展城市“集中供热”和“热电联产”,同时随着大容量供热式汽轮机组的不断投运,供热式汽轮机组在电网中所占的比重越来越大,加之受到供热式汽轮机组对外热负荷的限制,整个电网的调峰能力受到越来越大的制约。2016年国家能源局对外发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》,要求通过加快能源技术创新,挖掘燃煤机组调峰能力,提升火电机组灵活性,全面提高系统调峰和新能源消纳能力。在电网仍然缺乏调峰能力,为了搞好电力平衡,有必要使供热式汽轮机组更加深入地参与电网调峰,但是供热式汽轮机组参与电网调峰的能力受到该汽轮机供热负荷的影响和制约。由此,研究供热机组供热特性,确定一定的供热量条件下的机组最大和最小出力是必要的。

  目前的供热机组供热特性确定有两种方法:现场试验法和工况图分析法。

  现场试验方法是通过供热式汽轮机组的热力性能试验,针对特定的供热机组,通过调整机组的热、电负荷,从而得出机组在各种外界热负荷下所能承担的最大、最小电负荷。此方法可得到准确可靠的热、电负荷关系,但是需要的工作量较大,耗费的时间较长。同时由于试验期间需要不断调整热、电负荷,将对外界的热用户和电网调度产生一定的影响。

  工况图分析法可以利用供热式汽轮机的工况图进行分析,依据工况图上提供的热、电负荷关系曲线,确定各种热负荷下电负荷的可调范围,该方法需要的试验工作量较小,现场使用起来方便快捷。由于工况图的热、电负关系是在设计工况下得出的,如果考虑到汽轮机及其热力系统的实际运行状态,如汽轮机的实际效率与设计值有偏差,低于设计值会造成汽轮机的进汽流量增大,同时热力系统的运行状态如加热器的焓升、端差偏离设计值,会造成非调整抽汽流量与设计流量的偏差。以上这些因素的存在会造成通过工况图得出的结论与供热汽轮机的实际调峰特性产生一定的偏差。

  因此,可以利用工况图对供热汽轮机的热电负荷特性进行初步分析后,再利用现场试验法根据供热汽轮机的实际运行状态,对通过工况图得出的结论进行适当的偏差修正,这种偏差修正在实际应用时可以通过少量的现场热力试验得到。

  2 单抽供热汽轮机特性

  2.1 动力特性

  单抽汽供热式汽轮机,又称一次调节抽汽式汽轮机,由高压段和低压段组成,相当于一台背压式汽轮机与一台凝汽式汽轮机的组合。新蒸汽进入高压段做功,膨胀至一定压力后分为2股,1股抽出供给热用户,另1股进入低压部分继续膨胀做功,最后排入凝汽器。

  单抽汽式汽轮机的功率为高﹑低压段所生产的功率之和,由汽轮机进汽量和流经低压段的蒸汽流量所决定。调节进汽量可以得到不同的功率,因此,在一定范围内可同时满足热﹑电负荷的需要。

  2.2 汽耗特性

  单抽汽式汽轮机在供热抽汽量为零时,相当于1台凝汽式汽轮机;理论上若将进入高压缸的蒸汽全部抽出供给热用户,则相当于1台背压式汽轮机。但在实际运行中,为了冷却低压缸,带走由于鼓风摩擦损失所产生的热量,必须有一定量的蒸汽流过低压段而进入凝汽器,所需最小流量约为低压缸设计流量的5%~10%,其工况图见图1。

  De=x—抽汽流量定值工况线;De=0—凝汽工况线;DⅠmin—锅炉最低稳燃蒸发量;

  DⅠmax—最大进汽流量;DⅡ=x—凝汽量定值工况线;

  DⅡ=0—背压工况线;DⅡ=DⅡmin—最小凝汽量工况线

  图1 单抽供热式汽轮机工况图

  3 单抽汽轮机调峰性能

  对于单抽汽式汽轮机来讲,在某给定外界热负荷时,通过调节汽轮机的进汽流量可以改变汽轮发电机的输出功率,因而电负荷可以在一定范围内上、下变动,依据供热汽轮机的工况图可以从理论上确定这个范围。

  3.1 最大输出功率的确定

  从图1可以看出:在保持外界热负荷稳定不变的情况下,汽轮发电机的最大输出功率首先受到了汽轮机最大进汽流量以及发电机最大出力的限制,而汽轮机进汽量主要受高压段通流能力以及所对应锅炉最大蒸发量的制约,此时只需要在工况图上查出抽汽流量De线与汽轮机最大进汽量DImax线的交点,该交点所对应的电功率值即为该供热负荷下汽轮发电机能发出的最大功率;如果该抽汽流量De线与汽轮机最大进汽量DImax线不能相交,那么它一定与汽轮发电机的最大出力Pelmax线相交,此时该交点所对应的电功率值即为该供热负荷下汽轮机发电机能发出的最大功率。

  3.2 最小输出功率的确定

  在保持外界热负荷稳定不变的情况下,汽轮发电机的最小输出功率首先受到最小凝汽量DⅡmin 工况线的限制,用以冷却低压缸由于摩擦鼓风损失所带来的热量,保证汽轮机的安全稳定运行;其次受到汽轮机最小进汽量的限制,即该汽轮机所对应锅炉的最低稳燃蒸发量DImin。当汽轮机的进汽量大于锅炉的最低稳燃蒸发量DImin时,抽汽流量De线与最小凝汽量DⅡmin 工况线的交点所对应的电功率即为汽轮机所能带的最小功率;当汽轮机的进汽量等于锅炉的最低稳燃蒸发量DImin(平行于电功率Pel坐标轴)时,抽汽流量De线与最低稳燃蒸发量DImin线的交点所对应的电功率即为汽轮机所能带的最小功率。

  4 应用实例

  某电厂两台机组为300MW一次调节抽汽式机组,其型号为C300/220-16.67/537/537型。通过上面的理论分析,可以利用工况图得出该类机组采暖期的调峰特性,为了使分析结果有一定的代表性,特地选取了机组采暖期的典型运行工况,使供热汽轮机在保证热负荷稳定的前提下,安全灵活的上、下调整其输出功率。

  从表1可以看出:该公司2台机组的负荷为261MW左右,对外采暖抽汽热负荷为310~320t/h。

 

  为了校核电厂提供的热电机组月度统计数据,根据表1中的数据,经过热力计算得出两台机组的采暖抽汽累积热负荷,并将电负荷进行累加得出两台机组的累积电负荷,详细的计算结果见表3。

 

  从表2、表3中的累积热电负荷数据可以看出,两台机组的累积热电负荷统计数据和计算数据基本一致,从而验证了两台机组热电负荷数据的合理性,为以下的计算分析提供了依据。

  结合表3的计算数据,依据C300/220-16.67/537/537型汽轮机的工况图,并参照现场热力试验进行修正,可以分别计算得出采暖抽汽压力Ph=0.35MPa和Ph=0.245MPa时两台机组的调峰性能,计算结果见表4和表5。

  

  结合表4和表5的计算结果,采用线性插值方法,可以分别得出#1机组在Ph=0.299MPa时和#2机组在Ph=0.270时机组的调峰特性,计算结果见表6。

  6 结论及建议

  本文介绍了一次调节抽汽式供热机组的动力特性,并依据厂家提供的汽轮机工况图详细分析了该类汽轮机组电功率、主汽流量及采暖抽汽流量之间的关系,指出了锅炉最大负荷、最低稳燃负荷以及汽轮机低压缸最小排汽量几个边界条件对机组稳定运行的影响,从而从理论上确定了在特定采暖热负荷下该类机组的调峰特性,解决了供热机组在满足对外热负荷时的机组出力范围问题,为运行调度管理部门对机组进行有效、合理调度以及电量计划编制部门制定年度电量计划提供了一定的依据。

 

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