天津地区300 MW供热机组调峰能力研究与分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，张 利

（国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384)

天津地区300 MW供热机组调峰能力研究与分析

王梓越，屈 斌，甘智勇，王 建，张 利

（国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384)

介绍了供热机组调峰能力试验和最大供热能力试验的试验原理、边界条件和注意事项；针对天津地区300 MW供热机组的供热情况进行了专项试验；通过分析供热期内不同供热量对应的发电负荷数据，找出供热负荷和发电负荷之间的关系，模拟发电负荷的变化曲线，为供热期间天津电网调控和电厂机组运行提供详实的数据支持和依据。

供热机组；调峰能力；供热能力；等效热降理论

0 引言

供热机组可同时承担热力和电力2种形式的负荷，随着天津地区冬季供热量的逐年增加和供热机组装机容量占比的不断提升，供热机组对电网冬季调峰的影响越来越明显。近年来，天津地区新投产了一批燃气-蒸汽联合循环发电机组，电网在冬季调峰较为困难，电网负荷供大于求。供热机组既要保证冬季供热期的供热安全，又要同时兼顾节能调度。因此，亟需开展机组供热期调峰能力及最大供热能力的试验研究，以满足电网在冬季调峰的需要，确保供热机组安全稳定运行。

供热期间，供热机组的发电负荷范围随热负荷增加而相应减小；机组供热抽汽量越大，发电负荷可调节范围就越小。因此，当机组供热负荷不断变化时，需要通过改变相应参数来确定机组的发电负荷变化范围。

天津华能杨柳青电厂是天津市重要的电源、热源支撑点。截至2014年7月，全厂装机容量占天津市统调机组装机容量的12.77 %，累计发电530亿kWh；集中供热面积已达1 700万m2，占天津市热电联产集中供热面积的40 %左右。为此，针对天津华能杨柳青电厂(以下简称杨电)4期工程7，8号机组的供热情况，进行了专项试验，通过整理不同供热量对应的发电负荷，对机组供热期的供热数据进行统计分析，找出供热负荷和发电负荷之间的关系，计算机组在不同供热负荷下的发电负荷，从而模拟发电负荷的变化曲线，为供热期间天津电网的调控和电厂机组的运行提供详实的数据支持和依据，以便科学、合理地引导供热机组参与调峰。

1 供热机组调峰能力试验

1.1 试验原理

杨电2×300 MW机组汽轮机是上海汽轮机制造厂生产的C300-16.7/0.43/538/538型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。对于抽汽凝汽式机组，汽轮机功率由汽轮机进汽量和流经低压端的蒸汽流量决定，调节进汽量可得到不同的输出功率。因此，在一定的供热量条件下，其电功率的输出具有安全调整范围，可根据供热机组的供热量来确定电负荷波动范围，并由此合理安排此类供热机组参与电网调峰。

对于杨电抽汽凝汽式汽轮机，试验工况以试验采暖供热流量为基准，当采暖抽汽量分别为200 t/h，300 t/h和400 t/h时，通过调节汽轮机的进汽流量，改变发电机的输出功率，分别确定机组负荷高、低限工况点。

(1) 负荷高限的确定。在保持外界热负荷稳定不变的情况下，汽轮发电机的最大输出功率首先受到汽轮机最大进汽量以及发电机最大出力的限制。试验工况以试验采暖抽汽流量为基准，维持额定的采暖抽汽参数，通过改变锅炉的蒸发量来改变机组负荷。当汽轮机达到最大进汽量时，此时的电功率值即为该热负荷下汽轮发电机能发出的最大功率。

(2) 负荷低限的确定。首先，汽轮发电机的最小输出功率受到最小凝汽量的限制，该凝汽量可用来冷却低压缸，带走因摩擦鼓风损失所产生的热量，保证汽轮机的安全稳定运行；其次，汽轮发电机的最小输出功率也受到汽轮机最小进汽量的限制。试验工况以试验采暖抽汽流量为基准，维持额定的采暖抽汽参数，当CV阀后压力不低于额定值时，将CV阀开度调至最小，此时电功率值即为该热负荷下汽轮发电机能发出的最小功率。

(3) 当汽轮机达到最大进汽量，且保证CV阀后压力不低于额定值时，此时工况即为最大采暖抽气量的工况，此时电功率值即为最大热负荷下汽轮发电机能发出的功率。

1.2 核定供热机组调峰负荷边界条件

根据汽轮机技术条件规定，结合电网调峰需要，尖峰负荷通常以额定功率为调峰依据，也允许机组在最大连续出力(TMCR)工况下运行；低谷负荷时，应保证工业抽汽和采暖抽汽参数。无论尖峰负荷或低谷负荷，均需在满足供热条件下，计算两者的发电调峰范围。

核定供热机组调峰负荷的边界条件，主要应考虑以下几个方面：

(1) 满足锅炉不投油最低稳燃蒸发量；

(2) 满足汽轮机低压缸冷却蒸汽最小流量；

(3) 保证抽汽供热参数达到供热要求。

结合杨电机组的实际运行情况，确定本次试验的边界条件为：

(1) 保证采暖抽汽参数要求，中排压力0.43 MPa (不低于0.379 MPa)，中排温度不超温；

(2) 保证低压缸最小进汽流量78 t/h，即保证CV阀门开度不低于3 %，且低压缸进汽压力高于0.176 MPa；

(3) 汽轮机最大进汽量为1 025 t/h。

1.3 供热机组调峰试验的注意事项

(1) 主蒸汽、再热蒸汽参数为额定值，蒸汽品质满足规定要求，且机组单元制运行。

(2) 采暖系统主要阀门(CV阀、EV阀)动作灵活，无卡涩现象，试验时保持阀位不变。

(3) 试验应严格按照边界条件和机组安全运行规程进行。在确定负荷低限的试验工况时，若不能同时满足CV阀开度与CV阀后压力这2个条件时，应优先满足CV阀后的压力达到额定最小值，再确定CV阀的开度。

2 试验数据的计算与分析

2.1 试验数据

该试验以采暖供热流量为基准，当采暖抽汽量分别为200 t/h，300 t/h，400 t/h时，通过调节汽轮机的进汽流量以改变发电机的输出功率，分别确定机组负荷工况点(高、低限负荷)，其主要试验数据如表1所示。

表1 不同采暖抽汽流量工况下的测点数据

2.2 数学模型修正计算结果

以原始试验数据为基础，利用等效热降理论，对汽轮机主蒸汽和采暖抽汽的实际做功能力进行修正，得到机组发电功率与主蒸汽流量和采暖抽汽流量的关系方程式为：

式中：N——机组发电功率，kW；

A——修正后主蒸汽实际做功能力，

kJ/kg；

G0——机组主蒸汽流量，kg/h；

B——修正后采暖抽汽实际做功能力，

kJ/kg；

GCN——机组采暖抽汽流量，kg/h。

结合表1试验数据，可得出A与B的值，方程式(1)可变换为方程式(2)：

将表1中实际机组主蒸汽流量和采暖抽汽流量值代入式(2)，对比所得发电功率计算结果与实际机组试验负荷，如表2所示，可知计算结果与实际负荷偏差极小。

表2 等效热降理论公式计算结果与实际机组试验负荷的对比数据

2.3 绘制调峰能力曲线

修正后汽轮机各采暖抽汽流量对应的机组试验负荷，如表3所示。

表3 修正后采暖抽汽流量与机组试验负荷对应表

根据表3试验数据，模拟杨电7，8号机组供热调峰能力曲线，如图1所示。

图1 杨电7，8号机组供热调峰能力曲线

2.4 机组主蒸汽流量与采暖抽汽流量的关系

结合试验数据与方程式(2)，可分别求出不同采暖抽汽量所对应的机组的最大主蒸汽流量和最小主蒸汽流量值，如表4所示。

根据表4数据，可模拟杨电7，8号机组供热期主汽流量曲线，如图2所示。

图2 杨电7，8号机组供热期的主汽流量曲线

3 结论

(1) 由杨电4期工程供热机组进行供热调峰能力试验可知，当采暖抽汽流量为200 t/h时，机组的电负荷调整范围为152-292 MW；当采暖抽汽流量为300 t/h时，机组的电负荷调整范围为175-270 MW；当采暖抽汽流量为400 t/h时，机组的电负荷调整范围为211-256 MW，试验结果可供电网公司调度部门参考。

(2) 由杨电4期工程供热机组进行供热调峰能力试验可知，保证采暖抽汽流量为0，100 t/h，200 t/h，300 t/h和400 t/h时，机组的最小主蒸汽流量分别为468 t/h，515 t/h，584 t/h，680 t/h和809 t/h，可供机组运行管理部门参考。

(3) 本文提出的供热机组调峰能力试验方法，为电力调度机构解决供暖期无法对供热机组正常调度的问题提供了有效方法。供热机组调峰能力试验能够正确、客观地反映供热机组出力调整裕度，提高电网调峰能力，进而促进节能减排。

1 田 超，栗向鑫，张圣楠.京津唐电网供热机组冬季调峰能力分析[J].华北电力技术，2013，(3)：5-8.

2 王 漪，薛永锋，邓 楠.供热机组以热定电调峰范围的研究[J].中国电力，2013，46(3)：59-61.

3 吕世文.供热机组切换抽汽引起的跳机事件分析[J].电力安全技术.2011，13(8)：34-36.

2015-07-28。

王梓越(1989-)，男，助理工程师，主要从事热能经济计算与节能工作，email：ronaldo7wzy@126.com。

屈 斌(1987-)，男，助理工程师，主要从事热能经济计算与节能工作。

甘智勇(1981-)，男，高级工程师，主要从事安全技术管理工作。

王 建(1985-)，男，助理工程师，主要从事热能经济计算与节能工作。

张 利(1985-)，男，工程师，主要从事热能经济计算与节能工作。