火电转型发展的调峰节能管理研究

中国电力企业联合会科技开发服务中心 张博

吉林电力股份有限公司白城发电公司 吴哲 靳玉峰

依据我国提出的2020、2030年非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%、20%的能源发展战略目标，新能源仍然是国家重点发展方向，新能源的发展使火电企业调峰任务逐渐加大，在此背景下《东北电力辅助服务市场运营规则（暂行）》的发布实施，市场化的辅助服务分摊与补偿为火电企业经营发展带来了新的机遇，并对节能管理提出了新的要求。

调峰期间节能管理存在的问题

1.常规负荷的节能管理各单位已经较为完善和规范，但越来越多的调峰时段中，运行管理以安全为主而放弃了机组的节能管理，尤其是涉及到燃烧调整系统和主要辅机运行方式方面，节能管理存在很大的盲区。

2.在东北区域辅助服务分摊与补偿机制引导下，火电的调峰任务逐渐加大，参与调峰获得补偿避免分摊成为当今火电机组经营发展的重要手段，如何科学参与深度调峰保证机组收益最大化，是提高火电机组核心竞争力的有效手段。

3.吉林电力股份有限公司白城发电公司（简称白城发电公司）当前供热系统为抽汽供热、电锅炉供热以及今年可以投运的双背压供热三套供热系统组成的复杂供热系统，且三套供热系统热源呈阶梯分布，优化调整热负荷分配比例对机组整体节能管理和灵活性提升显得十分必要。

调峰期间节能管理方法

低负荷优化指标节能管理

1.建立指标安全管理模型。

梳理机组低负荷运行各指标的节能量和调节对可靠性的影响程度，将指标的节能量分为Ⅰ、Ⅱ两级，调节指标对机组或设备可靠性影响分为Ⅰ、Ⅱ两级（表1），依据四象限法则建立指标安全管理模型图（图1），飞灰含碳量和炉渣含碳量的调整需要调整锅炉配风、降低过量空气系数，不利于低负荷锅炉稳燃，同时由于指标对供电煤耗影响偏小，节能管理思路为定期进行人工化验，确保指标在设计范围内，锅炉专工依据化验结果指导运行人员逐步优化调整。

2.建立指标调整管理模型。

在指标节能量分级不变的基础上对机组指标调整难度进行分级（表2），依据四象限法则建立指标调整管理模型图（图2）。

3.低负荷节能管理思路。

背压（非冬季）、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度作为节能量高、可靠性高、易调整的指标要实施跟踪、严格控制，调整不当要严肃考核。

表1 指标节能量与可靠性分级

图1 指标安全管理模型

表2 指标节能量与已调整性分级

图2 指标调整管理模型

凝结水过冷度、加热器端差、补水率、过热器减温水、再热器减温水作为节能量低、可靠性高的指标要引导为主，编制《白城发电公司指标管理手册》指导各指标调整方式，在月度运行分析会中组织调整经验交流，以小指标竞赛为抓手，根据指标调整难易程度调整SIS 系统同步绩效得分，引导运行人员积极主动调整这部分指标。

背压（冬季）、排烟温度、锅炉氧量、发电厂用电率作为节能量高、可靠性低、难调节的指标要以技术攻关为主，白城发电公司通过技术论证和试验摸索，将凝结水母管运行压力由最低1.3MPa 降至1MPa，日节省凝结水泵耗电量约0.26 万千瓦时，冬季双机运行采用单循环水泵的运行方式，日节省用电量约0.77 万千瓦时，成立QC 小组开展空冷岛经济背压研究和尖峰冷却器经济运行研究，利用“封停必检”对尾部烟道吹灰器区域管束吹损情况进行检查，根据检查结果不断优化吹灰器投运方式，根据现场燃烧区域测温和锅炉燃烧调整试验，逐步优化锅炉氧量曲线，通过一系列技术攻关制定低负荷时可靠性低和难调整的指标调整方案。

飞灰含碳量和炉渣含碳量的调整需要调整锅炉配风、降低过量空气系数，不利于低负荷锅炉稳燃，同时由于指标对供电煤耗影响偏小，节能管理思路为定期进行人工化验，确保指标在设计范围内，锅炉专工依据化验结果指导运行人员逐步优化调整。

深度调峰经济调度

根据《东北电力辅助服务市场运营规则（暂行）》，结合火电机组调峰能力，研究机组边际条件变化与最佳安全经济工况的关系，建立供热期和非供热期经济调度管理模型，推算出机组当前边际条件下各负荷收益情况（图3和图4），并同步推算出机组参与调峰和处于非调峰期间的经济性出力，为生产现场值长提供直观数据支撑，判断机组当前的经济性情况，指导电厂开展收益最大化的经济运行方式。

图3 供热期深度调峰经济调度模型

图4 非供热期深度调峰经济调度模型

热负荷优化调度

将热网系统作为一个整体计算，在不考虑热网循环水在输送过程中的损失时，系统需要补充的供热量即为热用户建筑向环境散热量，以此建立环境温度与热负荷优化模型，设计流程见图5。

图5 热负荷优化调度流程图

1.双背压热负荷能力。

通过热力计算方程和对数平均温差计算环境温度与防冻流量对应曲线，综合考虑机组带满负荷双背压加热器无法消纳的排汽量和空冷岛低负荷防冻需要的最小流量，得出供热初末期双背压侧空冷岛需保留2列，供热中期双背压侧空冷岛需保留1列的运行方式，此时根据空冷岛管束最小防冻流量和管束最大流量可以计算出机组双背压侧空冷岛进汽量的上下限，双背压加热器进汽量为此时低压缸排汽扣除双背压侧空冷岛进汽量后剩余汽量，而低压缸排汽为机组当前负荷正常排汽扣除辅助蒸汽用汽（暖风器等辅助系统）和抽汽供热用汽剩余蒸汽。

2.综合热负荷优化。

深度调峰时在保证机组稳定运行的情况下降低负荷，双背压加热器随着负荷降低排汽减少出力下降，在对外热负荷一定的情况下以能源阶梯利用最大化和调峰空间最优化为原则，以不同热负荷对机组热耗率影响为依据计算热负荷供热曲线，调整热负荷分配比例，优化热负荷调度方式。

3.优化效果对比。

抽汽供热与双背压供热相比，抽汽供热的供热蒸汽没有进行低压缸做功且相同供热量下耗蒸汽量不一致，供热中期在不考虑5、6、7号低加抽汽的情况下抽汽供热每吨蒸汽损失的低压缸有效焓降为432.4kJ/kg，双背压供热受高背压影响每吨蒸汽损失的低压缸有效焓降为39.48kJ/kg，优化热负荷分配方式后热耗率最高可以降低19.65kJ/kWh。供热初末期在不考虑5、6、7号低加抽汽的情况下抽汽供热每吨蒸汽损失的低压缸有效焓降为478.66kJ/kg，双背压供热每吨蒸汽损失的低压缸有效焓降为35.09kJ/kg，优化热负荷分配方式后热耗率最高可以降低102.31kJ/kWh。

结论

本文以火电机组深度调峰期间节能管理空间作为研究对象，通过四象限法则对指标进行分级，根据分级结果制定对应管理措施，建立经济调度管理模型，计算当前边际条件下收益最大化运行方式，科学参与深度调峰，对复杂热负荷能量梯级利用情况进行分析，可计算出机组热负荷优化调度方案。据此研究，火电机组在调峰期间仍有较大的节能空间，通过指标、调度方式和热负荷分配的优化管理，提高机组调峰期间经济性，不仅满足国家节能减排要求，同时可以提高机组深度调峰收益，增强企业竞争力。■