高寒地区300MW机组热电解耦技术研究

曹善辉

摘 要：在冬季，东北高寒地区出现了严重的新能源供热期消纳矛盾，其主要原因是冬季受到供热的限制降低了调峰的能力，且300MW机组有很大的装机容量，导致其弃光弃风。基于此，本文将从高寒地区300MW机组发展的状况出发，对高寒地区300MW机组热电解耦技术进行分析与探究，汇总了多种300MW机组热电解耦技术的工作原理、主要特征与具体运用，希望为相关人员的工作提供一些帮助。

关键词：高寒地区；300MW机组；热电解耦

中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0180-02

到去年年底为止，国内发电装机的容量约为18亿kW，十三五期间，国家将发展可再生能源列为重点的任务。而太阳能与风能等快速、集中发展的东北高寒地区，冬季在采暖时出现了逐渐严重的弃光弃风情况，对太阳能与风能的发电并网空间产生了很大的挤压，增强300MW机组调峰的能力已经迫在眉睫。

1 高寒地区300MW机组发展的状况

1.1 300MW机组迅速发展，出现过剩供热能力

在最近的十几年里，国家推出了环境加强保护、系统能效提升、供热集中等一系列政策，使得东北地区增加了大量的热电联产机组等火电机组，并供热改造了当前很多的纯凝火电机组，使得300MW机组得到了迅速的发展，在火电机组里，300MW机组所占比例不断增加，降低了供热阶段火电的调峰能力。东北地区火电的装机里300MW机组的装机占比与容量在近年来发生了很大的变化，近十几年东北组装的火电机容量每年平均增加百分之七，而300MW机组的装机容量每年平均增百分之十四。根据相关统计，东北对300MW机组的供热能力在理论上增速比具体供热需要的增速高出许多，出现明顯的供热能力过剩现象。将东北不小于十万kW的供热机组进行分析，初步测算下一年的供热水平，只需要三千多万kW的300MW机组就能达到供热要求，但当前装机容量为四千多万kW，容量过剩一千多万kW，相当于百分之五十，其中，建设的热电联差机组容量过剩的比较少，改造的供热机组容量过剩的比较大。

1.2 300MW机组占据新能源空间，两者矛盾加剧

伴随300MW机组逐渐增加，出现了愈发激烈的调峰矛盾。为了对最小300MW机运行的方法进行规范，相关电力部门在十二五期间，定时带领专家现场勘查热电机组，根据供热中期、供热初末期与非供热期这三个阶段对运行的最小方式进行核定。东北地区在十二五期间300MW机组的最小核定总出力呈现每年上升的趋势，各省的增加量均达到几百万kW，至去年年末，东北300MW机组供热中期技术的最小总处理约为三千万kW。同时东北地区在供热期间最小电负荷缓慢的增长，在300MW机组最小出力不断上升的条件下，新能源上网发电的空间每年都收到压缩，对系统安全产生了一定影响。一些省份采取了300MW机组停轮等方法进行应急调峰，使电网的运行安全得到保证，但单机的供热也关系到供热的安全，使得保护新能源的消纳、保护电网的安全、保护供热之间的矛盾不断加剧。

2 高寒地区300MW机组热电解耦技术

当前高寒地区常用300MW机组热电解耦技术包括零出力的低压缸供热、电极锅炉、储热供热与旁路的高中压钢供热等。

2.1 零出力的低压缸供热

2.1.1 技术工作原理

这一技术突破了汽轮机的低压缸传统冷却流量最小限制的说法，将低压缸的进汽切除于供热的阶段，只留下较少的冷却蒸汽，在高真空的环境下，低压缸的运行能够零出力，从而使汽轮机调峰能力与供热能力都得到提高。在高真空的环境下，低压缸使用密封液压的蝶阀对低压缸进汽的原有管道进行切除，在旁路添加新的管道，使一些冷却蒸汽能够进入，将切除后出现的鼓风热量带走，在相关计算与改造以外，还要对辅机部分进行配套的改造。在主蒸汽的流量相同时，供热抽汽的能力经过改造可以得到很大的提高，在供热的热负荷相同时，发电的功率经过改造可以得到有效降低，提高了300MW机组调峰的能力与供热的能力，有效降低了供热期所需的发电煤耗。

2.1.2 技术主要特征

零出力的低压缸供热技术在供热运行的传统模式上进行了较大突破，和光轴供热与高背压供热改造相比较，可以使供热机组灵活地对高背压和抽汽凝汽这两种运作的方法进行切换。和其他300MW机组的热电解耦技术作比较，只需要少量改造费用与维护运行费用，具有较高的经济程度。

2.1.3 技术运用成绩

这一技术的应用与研究国外已经开展多年，有很多成功长期运行的实例。我国的高寒地区，该供热技术仍属于热电解耦的一个新兴技术，末级的低压缸叶片能够在蒸汽流量很低的条件下长时间的可靠、安全运行，受到了人们的重点关注。通过一系列的研究，证明零出力的低压缸在运行过程中，流量容积较小时候，末级的长叶片会受到气流力作用，使最大的动应力比设计的工况值要小，动强度在符合制造厂的要求规范设计的情况下能够平稳运行[1]。此安全性的核算将300MW机的叶型数据当做基础来进行计算，其他同型机组安全性的核算胡伴随边界条件不同而出现一定变化，应在采用该技术前进行现场的测试并分析先期的数值。从国内运用零出力的低压缸供热技术至今，国内已经有多个汽轮机的制造厂应用成功，不过运行的总体时间较短，其可靠性与安全性还需要更加深入、更长时间的现场研究。

2.2 电极锅炉

2.2.1 技术工作原理

电极锅炉主要是对水所具有的高热阻特征进行利用，把电能直接转变成热能，并把热能对介质进行传递的一种热能装置。从根本上讲，该方案通过汽轮机一部分发电功率电极锅炉对300MW机组缺乏供热能力的部分进行补充，做到热点结构，使300MW机组的上网功率得以降低。300MW机组使用此方案进行调峰的具体运行方法是：在风电过剩的阶段，300MW机组使发电负荷降低，对风电上网进行接纳，电极锅炉对另外一些风电进行消耗，从而对供热的缺陷进行补偿。或是供热机组在发电负荷下降较少的情况下，电极锅炉对厂内全部或部分发电负荷进行消耗来补充供热，做到300MW机组零上网或少上网，工况较为特殊时能够消耗电网的电量做到负上网。[2]

2.2.2 技术主要特征

该方案的优势为自动化的程度高，控制方便，系统也十分简单，机组和系统处于并联运行，没有汽水物质进行交换，一旦出现故障能够轻松解列，具有很高的安全性。以转换能源环节的角度来看，300MW机组热力循环的效率低于百分之五十以下时对热网水进行加热，有一定的大材小用小巷存在，不符合当前的节能减排战略，况且此方案有较大的初期投资。

2.2.3 技术运用成绩

在国内高寒地区有电力调峰辅助奖励的市场机制，受其影响使得一些电厂运用能源管理的合同模式改造電极锅炉的供热，做到热电解耦，高寒地区外的其他地区暂无相关运用。

2.3 储热供热

2.3.1 技术工作原理

300MW机组和固定容量储热的装置进行并联，汽轮机组在承受发电负荷相对较高的时候，汽轮机进行抽汽能够大量提供所需热量，并能对热网进行供热，对热水储热罐里的水进行加热，热水储热罐在这时处于储能的过程。如果需要调峰，汽轮机降低了发电的负荷，便会减少抽汽量，能够抽取汽轮机的热量无法满足热网供热需要的时候，把热水储热罐里的热水抽出对热网进行供热，从而使汽轮机的供热缺陷得到弥补，达到供热需要的同时降低汽轮机的负荷，做到300MW机组的热电解耦。在该方案中，热水储热罐是最重要的设备，按照水在各种温度下密度存在差异出现热冷分层这一原理来运行，温度较高的供水在上部区域，温度较低的回水在下部区域，冷水与热水之间有一个过渡层存在[3]。

2.3.2 技术主要特征

该技术改造300MW机组原有的热力系统相对较少，有很好的供热经济性。其缺陷与不足是储热装置需要投资较大的改造成本，并占据较大的面积，不能很好地适应连续、长时间的调峰。因此，应添加锅炉新蒸汽等高压的汽源，但是这样做又会使供热的经济性降低。

2.3.3 技术运用成绩

该技术在我国北方有广泛的应用，高寒地区建成了相应储热装置用于区域的供热，该蓄热装置有较大的体积与储热容量，能够承受很高的运行温度，供热持续时间也较长。另外，某发电厂300MW机组新建两台热水储热罐，容量高达一万平方米，当前已经建成并投入使用。

2.4 旁路的高中压缸供热

2.4.1 技术工作原理

在主蒸汽中进行抽汽，当减压和减温以后连接到高压缸进行排汽，随后在再热的正管道进行抽汽并当作补充供热抽汽的主要汽源。一部分主蒸汽在高压的旁路避开高压缸，使得高压缸的做功得到降低，一部分再热蒸汽在低压的旁路避开中压缸，使得中压缸的做功得到降低，以300MW机组供热抽汽水平的提高为前提使发电机组的出力得到降低，实现300MW机组的热电解耦。

2.4.2 技术主要特征

300MW机组和超过300MW这个级别的供热机组都配备相应的联合高低旁系统。此方案将此作为基础对局部进行相应改造，在初期仅需要很少的投资，能够使300MW机组热电解耦得到较好实现，停机而不停炉是其基本上限[4]。旁路的高中压缸中具有高压高温蒸汽，并配备相应的减压与减温系统，在较大程度上变换参数，启停得十分频繁，处于恶劣的工作环境，要想使此系统可靠、安全、长期运行就应推广和应用本方案。

2.4.3 技术运用成绩

从理论上来说，旁路的高中压缸供热技术可以对全部300MW机组适用。到现在为止，高寒地区已经有一些电厂实现了旁路的高中压缸供热。该供热不是工况的正常运行，而是频繁对不同供热的模式进行切换，其管路系统、调节阀、减温减压器的可靠性与安全性还需要更加深入、更长时间的现场研究。

3 结语

总而言之，研究高寒地区300MW机组热电解耦技术具有十分重要的意义。相关人员应对高寒地区300MW机组发展的状况有一个全面、深入的了解，掌握零出力的低压缸供热、电极锅炉、储热供热与旁路的高中压钢供热等热电解耦技术的工作原理、主要特征、运用成绩，从而采取科学的热电解耦举措。

参考文献

[1]郭勇，李立人.华能营口电厂I期俄供300MW机组引风机变频改造炉膛负压自动调节的优化[J].仪器仪表用户，2016，23（08）：79-81.

[2]缪春琼，滕开良，赵树宗，等.电力系统稳定器在某300MW火力发电机组上的应用及参数优化试验研究[J].大众科技，2016，18（05）：38-41.

[3]李维.国产300MW级双水内冷发电机转子线圈水路局部堵塞造成振动增大的原因分析及处理[J].中外企业家，2016，（12）：215.

[4]李建锋，周宏.中国300MW等级循环流化床锅炉机组与煤粉锅炉机组可靠性对比与分析[J].中国电力，2016，49（01）：14-18+22.