中调门参调工况下供热机组可降低电负荷性能的探究

广东能源集团有限公司粤泷发电公司 黄舒伟

某发电公司#1、#2锅炉是东方锅炉厂制造的DG420/13.7-II2型锅炉，#1、#2汽轮机是上海汽轮机厂制造的N135-13.24/535/535型汽轮机组。2013年，#1、#2机组进行了再热冷段抽汽供热改造，供热系统为母管制，机组在再热冷段蒸汽管道开孔抽汽，高排蒸汽通过减压减温器进行降压降温后输送到供热蒸汽联箱，通过供热管网连接用户接口端，蒸汽参数为设计压力1.8MPa，温度235℃，在锅炉满负荷运行时（蒸发量420t/h），单机最大供汽量80t/h 左右。

在机组负荷低时，特别是在机组进行深度调峰时，对外供热的能力明显下降，远远达不到80t/h 的设计能力。此外，如节假日电网负荷显著降低，外界对供热的要求下降不多，加上部分机组调停，那么在运机组负荷被迫降低，而这时机组的供热能力低，两者产生了较大的矛盾。

随着周边热用户的增加，供热需求旺盛。为满足需求，某发电公司对供热方式进行了调整，将中调门引入供热系统进行调节，在保证机组运行安全性的基础上通过控制中调门开度，增加供热负荷[1]。中调门加入调节后，机组供热全流量最低电负荷将随中调门开度的降低而降低，因此更利于机组的灵活运行。

1 中调门未参调时机组供热量与最小电负荷关系

某发电公司机组供热系统共有两个供热集箱，其中一个供纸厂专用，另一个集箱为公用，既可供纸厂用，也可以供其他热用户使用。在所有热用户中，纸厂对蒸汽品质的要求最高，其最低用汽压力为1.55MPa，考虑到输送途中的管损，故供热集箱的压力不能低于1.60MPa。根据相关专业测试，#1、#2机组的中调门未参调时供热参数与机组电功率对应关系如下。

图1 #1机组供热工况图

#1、#2机组供热工况图解析：#1、#2机组供热工况下的最小发电负荷主要受减温减压器后的压力限制。为满足供热联箱的压力要求（由纸厂用汽压力决定），在减温减压器调门全开的情况下，必须维持减温减压器后供热总管压力高于1.60MPa，此要求作为机组降负荷约束条件之一。受此限制，根据测试得出供热流量和机组最小发电负荷的对应结果如下。

图2 #2机组供热工况图

2 中调门参调技术方案

中调门参调后会改变机组原有的运行特性，例如中调门开度减少后，中压缸进气量减少，一方面轴向推力不平衡会造成轴向位移的增加，另一方面机组电负荷会降低，此外高压缸排气压力、温度也会上升，也有可能影响各轴承的振动、温度[2]。因此，中调门参调后，结合机组的运行特性，制定了以下的运行安全控制措施。

一是根据厂家说明书，结合机组实际情况，当机组供热时，锅炉负荷60%及以上时可进行节流中调门的操作，中调门最低开度限制值设定为32%。

二是当机组供热量增大，高排压力低于纯凝工况下高排压力值（以下简称“高排压降”）0.5MPa时，可将中调门节流至42%～50%，提高高排压力约0.2MPa，确保高压缸末级叶片安全运行。

三是供热机组在中调门节流的运行方式下，机组升降负荷、供汽量突降、调门活动试验期间，加强高排温度监视，最高不得超过330℃。节流运行期间的中调门活动试验，在节流开度的基础上操作6%开度。

四是在操作画面增加监视参数：调节级压力、纯凝工况的理论高排压力、高排压降。高排压降高于0.5MPa 时黄色报警，高于0.55MPa 时红色报警。高排温度高于325℃时黄色报警，高于330℃时红色报警。

五是增加联锁保护：高排温度高于330℃时，若此时中调开度低于60%，联锁打开中调门至60%，同时闭锁关中调门。

六是中调门开度由100%关小到50%时，按每次步长3%进行关闭操作，中调门开度由50%关小到32%时，按每次步长1%进行关闭操作。

3 中调门参调后机组供热量与最小电负荷关系

中调门参调后，机组可在保证供热参数的同时降低电负荷，为探究机组可以降低多少电负荷，故对#1、#2机组进行了一系列测试。

#1、#2机组进行压中调门降电负荷试验时，以任一供热联箱压力下降至1.60MPa 为低限，此时机组电负荷即为指定供热流量下的最小电负荷。#1、#2机组在10～80t/h 供热组合下进行最小出力试验（试验画面如图3所示），每台机组各进行10个试验工况，汇总实测结果见表2及表3。

图3 进行试验时的机组供热参数画面

由以上数据，绘制#1、#2号机组加入中调门调节后的供热工况图如图4所示。

图4 #1机组中调门参调后供热工况图

图5 #2机组中调门参调后供热工况图

#1、#2机组供热工况图解析：由数据可知，10～70t/h 供热量时受减温减压器后供热总管压力不低于1.60MPa 的限制，80t/h 供热量受高排温度不超过335℃限制，根据测试得出以下供热流量和机组最小发电负荷的对应结果。

根据表1及表4，可得出中调门参调后机组在相同的供热工况下，可降低电负荷的性能，详见表5。

表1 中调门未参调时机组供热量与最小电负荷关系表

表2 中调门参调后#1机组负荷与供热参数测试结果

表3 中调门参调后#2机组负荷与供热参数测试结果

4 结论

4.1 概述

#1、#2机组根据实际运行情况，将中调门节流运行，增强了供热蒸汽参数的稳定性，进一步满足用户要求，增加了机组负荷的调节区间，提高了机组的调峰能力，在当前电力系统运行状况下，进一步满足了电网的需求。

4.2 中调门参调后可降低电负荷的性能

中调门参调后，机组高压缸排汽和再热汽压力得到了提高。经过试验，在供热流量为60t/h，供热压力为1.6MPa，供热温度210～230℃的最常见工况下，中调门未参调前，#1、#2机组电负荷至少要达到103.09MW 及100.24MW；在中调门参调后，#1、#2机组电负荷可以降低至85.2MW 和85.0MW，降幅分别达到17.35%、15.2%，效果非常明显。此外，当供热流量达到70～80t/h 时，仍可通过节流中调门的方式，在85.2～90MW 的低负荷下保证供热的压力和温度稳定。中调门参调后，汽轮机的相关运行参数较为稳定，故中调门参调后汽轮机可安全、稳定运行。

综上，中调门参调可使机组在保持较高的供热压力和稳定的流量下降低电负荷，对于机组的灵活调峰运行有重要的作用和意义。