深度调峰下供热机组出力特性研究

张 骏, 李 勇, 丛星亮, 苏 阳

(国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230601)

0 前言

随着全社会用电需求增速放缓以及可再生能源的大规模发展，截至2020年底，我国发电装机容量达20.0亿千瓦，其中，煤电装机容量10.8亿千瓦，占比为49.1%，首次降至50%以下。2020年，新增发电装机以新能源为增量主体。并网风电、太阳能发电新增装机合计11 987万千瓦，占2020年新增发电装机总容量的62.8%(1)资料来源：《中国能源大数据报告(2021)》。。未来数年，我国可再生能源消费总量还将持续高速增长。风电、光伏发电的随机性、间歇性较强，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了负面影响。火电利用小时数将会逐年下降，为此火电机组提升运行灵活性，为提高可再生能源的消纳能力，大规模参与电网深度调峰将是大势所趋[1-3]。

近年来，安徽省供热发展迅速。截至2020年底，公用燃煤机组中供热机组42台，占比49%。全省公用燃煤机组2020年供汽875.6万吨，较2016年增长126%(2)资料来源：《2020年安徽省公用燃煤火电机组节能减排分析报告》。。同时，安徽省2017年开展燃煤机组40%深度调峰试验工作，供热机组深度调峰环境下调峰能力计算成为热点问题。

等效焓降法是一种热平衡方法，既可用于热力系统的整体计算也可用于热力系统的局中定量分析[4-6]。将等效焓降法应用于火力发电厂以热平衡图或实际试验参数为基准可以方便的得到机组的经济性评估，结合深度调峰用于供热机组可以得到机组出力特性。

1 计算模型

1.1 抽汽等效焓降计算方法

抽汽等效焓降Hj表示在抽汽减少情况下排挤抽汽做功的增加值，反之，抽汽量增加时，则表示做功的减少值，对于回热抽汽的汽轮机计算公式如下：

(1)

式中，Ar为当加热器j与r无疏水联系时取水侧焓升τr，当加热器j与r有疏水联系则取疏水放热γr；j为加热器编码，加热器编码按进汽压力大小从1开始排列；ηr为抽汽效率；r为加热器j后更低压力抽汽口编码；qr为蒸汽在加热器释放的热量；hj为加热蒸汽焓；hn为汽轮机末级排汽焓；αj当j级加热器在再热器之前时为0，之后为1；σ为汽轮机热再热蒸汽焓与冷再热蒸汽焓之差。

1.2 新蒸汽等效焓降计算方法

新蒸汽等效焓降是指1 kg新蒸汽在汽轮机中实际做功，计算公式如下：

(2)

(3)

式中，H0为新蒸汽等效焓降；Q为汽轮机循环热量；HRt为汽轮机热耗率；ηi为汽轮机循环效率。

1.3 供热引起新蒸汽等效焓降下降

供热蒸汽会导致新蒸汽做功能力下降，可以用等效焓降原理，按带工质的热量出系统计算，如果凝结水有回收利用时，再按带工质热水进入系统计算其回收功。供热抽汽从i段抽汽引出，有φ比例的凝结水返回k加热器出口，则供热蒸汽引起的新蒸汽等效焓降下降ΔHi计算公式如下：

(4)

式中，αi为供热蒸汽份额；φ为供热蒸汽回水率；bi为供热蒸汽回水焓；bk为k号加热器出水焓。

1.4 供热机组出力计算

已知汽轮机有m股抽汽向外供热，根据汽轮机新蒸汽和供热引起新蒸汽等效焓降下降，可建立如下关系：

(5)

式中，P为机组发电功率；G0为汽轮机主蒸汽流量；H0为机组纯凝工况新蒸汽等效焓降。

1.5 供热机组调峰区间模型

机组在满足供热条件下，负荷的可调区间随着供汽流量大小而改变，供汽流量越大，机组负荷可调区间相对越小。当供热稳定即供汽流量变化不大时，可以通过变化主蒸汽流量，得到不同的机组发电功率，确定机组主蒸汽流量上下限即可通过等效焓降法得到机组的调峰区间。

深度调峰环境下，AGC机组的负荷调整范围为40%～100%Pe(Pe为机组额定负荷)。可以通过机组调整负荷的上下限值，对应相应的机组主蒸汽流量，以此推算出在相应供热负荷下的机组发电负荷可调区间。

1)调峰上限：根据AGC机组的负荷调整上限100%Pe确定机组的允许最大进汽流量，即机组在夏季工况(TRL工况)下的主蒸汽流量，为供热机组新蒸汽的最大流量。根据供热机组负荷计算公式，计算出对应供热工况下的最大机组负荷，即为供热机组调峰能力的上限值。

2)调峰下限：在保证汽轮机低压缸最小进汽流量和锅炉抽取工业供汽后不致引起超温问题情况下[7]，根据深度调峰负荷调整下限40%Pe下的主蒸汽流量计算出对应供热工况的最小机组负荷，即为供热机组调峰能力的下限值。

2 实例分析

选取某600 MW供热机组为参考机组，进行实例计算，机组的主要技术参数如表1所示。

表1 机组主要技术参数

该机组从中排抽汽稳定向外供热，供汽流量为100 t/h，机组最大蒸汽流量取机组TRL工况的主蒸汽流量；最小流量取深度调峰下限40%Pe工况对应的供热工况主蒸汽流量，计算参数源自机组热力计算书，对于运行多年的机组也可以参考热力试验结果计算，计算结果如表2所示。

表2 供热机组调峰范围

从表中可以看出，机组在向外供汽100 t/h时，机组的调峰范围为256 MW至580 MW。根据机组的运行曲线和热耗曲线，变化供汽流量可以得到机组调峰范围随供汽流量变化的曲线，对机组调峰有重大的参考意义。

3 结论

1)本文介绍了等效热降法的基本原理，分析了供热机组出力计算模型，当供热稳定时，可通过变化主蒸汽流量，得到不同的机组发电功率，在确定机组主蒸汽流量上下限后可得到机组的调峰区间。

2)根据机组的运行曲线和热耗曲线，改变供热机组供汽流量可以得到机组调峰范围随供汽流量变化的曲线，对机组调峰有重大的参考意义。

3)对某600 MW机组实际供热工况进行了实例分析，得到了机组在中排供汽100 t/h情况下机组的调峰范围为256 MW至580 MW。