热电联产机组常见灵活性改造技术调峰能力探究

浙江浙能港口运营管理有限公司 卢建中

1 引言

近年来，随着电力行业的要求不断提高，发电机组的深度调峰技术也需满足要求。然而，现有的调峰技术对机组调峰后，会在一定程度上限制机组的供热能力。为了满足国家要求以及行业发展，解决该问题的相关技术应运而生。目前诸多的调峰技术已经可以在实现提升机组调峰能力的同时满足热负荷的需求，即在低负荷下正常运行。综上所述，本文概述了相关调峰改造技术，并针对不同调峰技术所能表现出的调峰能力模拟计算分析，同时结合实际生产运行工况，针对性地提出合理的调峰改造建议。

2 常规改造

调峰技术最为常规的改造方式主要有电锅炉法、旁路蒸汽供热法、蓄热罐法以及电驱动热泵等，这些方法也是目前企业最为成熟的技术。

2.1 电锅炉法

电锅炉改造技术主要有三种，一是通过在电锅炉相应的部位安装阀门；二是在电锅炉内安装相应的管道，在热网系统中接入该管道；三是降低低谷时的电负荷。这些方法不仅可以使热网水通过电锅炉时被加热，还可以实现上网电量减少，同时还能够满足热负荷需求[1]。电锅炉直接加热的介质主要是水，对水中无机盐的含量要求甚高。通常使用除盐水，并将电解质加入其中，电导率调整到100μs/cm[2]。

2.2 旁路蒸汽法

旁路蒸汽法，其原理就是通过加装一些管件及小设备，如管道、阀门和减压减温等装在旁路系统中，从而使在降低低谷时整体电负荷满足需求。在供热能力达不到要求时，则通过对补充汽轮机抽汽供热不足部分满足对外热负荷需求[3]。

2.3 蓄热罐法

蓄热罐法是通过回水和热网供水连接到配备的蓄热罐体，实现回收的热量加热热网供水，并加以储存。但其缺陷在于当运行负荷降低到低谷时则不能满足供热的要求，必须对蓄热罐输送热网水才能使工况运行正常。

2.4 电驱动热泵耦合法

该技术是对电驱动热泵机组进行有效耦合，同时也需要改造循环水系统。其原理在于使用热泵机组将汽轮机循环水中的预热回收，并将回收热量注入热网循环水中，再加热到120℃对外进行供热[4]。

3 不同改造技术调峰能力的综合评价与分析

在国内，哈汽73D 型汽轮机具有一定的代表性。因此，本文选用其作为研究和分析对象。同时，选取了多种目前较为常见且优势明显的改造技术为支撑，模拟计算并分析了机组调峰能力所能达到的峰值。

3.1 哈汽汽轮机的调峰能力

本文选用研究对象为C250/N300-16.67/537/537/0.4型号汽轮机，其主要最大工作指标值有供热流量、额定供热流量和额定抽汽压力，气值分别为550t/h，480t/h，和0.4MPa，压力调整在0.256～0.698MPa，末级叶片长度为90cm，低缸最小排气流量为140t/h。通过该汽轮机供热图可查得最小电负荷和供热流量之间的关系，最小电负荷为161MW、164MW、202MW 和221MW。 最小主汽量为531t/h、586t/h、766t/h 和856t/h。供热抽汽量为211t/h、311t/h、411t/h 和511t/h。 热负荷为483GJ/h、719GJ/h、955GJ/h 和1191GJ/h。负荷率为61%、62%、64.8%和81%。

3.2 电锅炉改造对调峰能力的影响

经过改造，相同的热负荷与电负荷下，有较多的运行方式，每种电锅炉供热量和抽汽供热量的配比就是一种运行方式[5]。在众多改造方法中，经济性较高的一种运行方式方法则是将电锅炉作为汽轮机供热的备用热源使用，此方法可将损失冷源的量降到最低。

3.3 旁路蒸汽法对调峰能力的影响

首先，假定变量因素，如将30%的额定电负荷假设为机组低谷时发电功率及整机功率。与此同时，将热网的最小冷流量同汽轮机的低缸进汽量设定一致。据此，通过对低缸进汽流量的模拟而计算出汽轮机供热抽汽流量。除此之外，在不同热负荷情况下，供热量的缺口也不尽相同。因此，也计算了供热量缺口随热负荷的变化而产生的变化值，从而确定需旁路补充的蒸汽量，具体计算的数据结果见表1。

表1 电负荷90MW 下需旁路补充的蒸汽量及所需过热蒸汽量

3.4 蓄热罐改造对调峰能力的影响

与调峰能力在旁路蒸汽法改造后的效果计算步骤相同，其假设条件也相一致。据此计算，得到了高缸进汽流量，汽轮机供热抽汽流量以及不同热负荷缺口下的供热量，结果见表2。

表2 电负荷90MW 下的供热量缺口

结合表2进行相关计算，如果配备的蓄热罐2万m2，冷水60℃，热水120℃，低谷时作为补充，在111t/h、211t/h、311t/h、411t/h 和511t/h，对外热负荷时，汽供热时间可以维持在185.5h、18.0h、9.0h、6.7和5.1h。通常，该机组可以在负荷的低谷情况下运行约8h。若发电功率达到额定电负荷的30%，以及供热流量提高到361 t/h 时，蓄热罐的体积要达到2万m3才能够恰好满足正常工作要求。在热负荷不断提升的条件下，也就意味着对蓄热罐的容积要求也更高。若对蓄热罐进行改造，必须考量汽轮机富余的供热能力。若富余供热能力小，则出现蓄热量不充足的状况，会导致低谷时所需要的热量将无法满足。

3.5 电驱动热泵改造对调峰能力的影响

假设汽轮机低缸最小冷却流量未超出额定限制，机组的能效比设定为4.1，将水温的影响考虑在内；计算了热泵机组从循环水中提取的热量与循环水中的热值之间的最小差值，具体计算结果见表3。

表3 改造后的电驱动热泵最小负荷和供热流量之间的关系

通过表3中的数据分析可知，改造电驱动热泵耦合受机组出水温度的影响，即出水温度越高，则最小电负荷的降幅则越低。尽管在额定电负荷下，最小电负荷的降幅也仅为额定负荷的约15%。该调峰后所得到的电负荷率相较于其他技术较高，满足不了深度调峰所要求的硬性指标。当机组供热达到饱和后，改造电驱动热泵耦合技术更有利于供热能力的提升。此外，热泵机组所能回收热量的多少和热网回水温度、循环水温度具有较强联系，在运行以及选择型号时需要注意。

4 结语

在供热满足的前提条件下，电锅炉、旁路蒸汽与蓄热罐法改造技术均可实现深度调峰。对于电锅炉改造技术，其改造投入较大，但较为灵活、操作简单。同时也要求汽轮机抽汽过程中需要充分利用供热，才能使电锅炉的供热经济性强。相较于前者，旁路蒸汽改造投入少，但是其工艺调整、运行都十分复杂，并且要求阀门质量高。对蓄热罐进行改造，需要机组供热能力富余以及有充足的厂区空间，蓄热罐在非低谷时蓄热量必须充足，否则无法满足低谷时的供热需求。