王 野，鄧 楠，楊劍永，郎 強(qiáng)

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大唐國際發(fā)電股份有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110001）

利用低溫省煤器吸納棄風(fēng)電量研究

王 野1，鄧 楠1，楊劍永1，郎 強(qiáng)2

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大唐國際發(fā)電股份有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110001）

為了解決我國冬季棄風(fēng)嚴(yán)重的問題，提出了一種利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)來吸納棄風(fēng)電量的方法，該方法建設(shè)成本低、維護(hù)簡單、效率高且不會對環(huán)境造成污染。通過對江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司1號機(jī)組試驗(yàn)分析可知，該方法可以最大限度降低機(jī)組能耗，避免由于氣候原因造成資源浪費(fèi)，能夠吸納的棄風(fēng)電量非常可觀。

低溫省煤器；棄風(fēng)電量；熱力系統(tǒng)

煤炭、石油和天然氣等典型傳統(tǒng)能源的大量開發(fā)和利用給生態(tài)環(huán)境造成了難以恢復(fù)的破壞。如何高效開發(fā)風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等新能源成為急需解決的問題，其中風(fēng)能作為一種潔凈且可再生的新能源在近幾十年來得到了廣泛利用，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也不斷趨于成熟。但是，風(fēng)電自身的多變性和反調(diào)峰特性制約了風(fēng)電的發(fā)展，造成了全國各地的棄風(fēng)現(xiàn)象。由于“以熱定電”的限制，棄風(fēng)現(xiàn)象最為嚴(yán)重的是我國“三北”地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計，2011年棄風(fēng)電量為123億kWh，棄風(fēng)率達(dá)16.23%，直接棄風(fēng)經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)66億元［1］。因此，合理吸納棄風(fēng)電量不僅能夠帶來一定的社會經(jīng)濟(jì)效益，還能緩解日漸嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

1 吸納棄風(fēng)電量的幾種常用方法

1.1 抽水蓄能

利用抽水蓄能電站可以在負(fù)荷低谷時吸納棄風(fēng)電量蓄能，在負(fù)荷高峰時利用蓄能發(fā)電。研究人員也認(rèn)為采用水電來平衡風(fēng)電的波動性是一種增加電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的有效方法［2］。但是，水電站建設(shè)周期長、成本高和選址要求高等問題制約了此方法的應(yīng)用。

1.2 電動汽車

發(fā)展電動汽車技術(shù)是一種吸納棄風(fēng)的方法，在負(fù)荷低谷時利用棄風(fēng)電量對電動汽車進(jìn)行充電，負(fù)荷高峰時電動汽車儲存的電能又可以返回電網(wǎng)。目前丹麥將這種方法作為平衡風(fēng)電的重要手段之一［3］。然而，這種方法需要堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)技術(shù)，目前我國的智能電網(wǎng)技術(shù)還不成熟，在我國無法通過發(fā)展電動汽車技術(shù)來吸納棄風(fēng)電量。

1.3 棄風(fēng)外送

當(dāng)本區(qū)域負(fù)荷需求量低且風(fēng)電產(chǎn)量過剩時，將風(fēng)電外送至其他地區(qū)，當(dāng)本區(qū)域負(fù)荷需求量高時，從其他地區(qū)輸送風(fēng)電至本區(qū)域。棄風(fēng)外送在丹麥等國家已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用［4］。但是，我國的電網(wǎng)線路還不能滿足棄風(fēng)電量在各地區(qū)間的輸送，即使現(xiàn)在建設(shè)電網(wǎng)線路，也存在著周期長、投資大、維護(hù)成本高和利用率低等諸多問題。

1.4 旁路補(bǔ)償

在負(fù)荷需求量低且風(fēng)電產(chǎn)量過剩時，利用汽輪機(jī)旁路將蒸汽減溫減壓后直接通過熱交換器對外供熱。旁路補(bǔ)償不僅可以降低機(jī)組本身對外輸出的電負(fù)荷，使電網(wǎng)有能力吸納更多的棄風(fēng)電量，還能夠增加對外供熱量。外國學(xué)者研究表明，短時間內(nèi)采用旁路補(bǔ)償?shù)姆椒▉砦{棄風(fēng)電量有一定的可行性［5］。然而，大量高溫高壓蒸汽通過減溫減壓后對外供熱，會造成能量品質(zhì)降低，降低電廠運(yùn)行效率，而且汽輪機(jī)長期處于非設(shè)計工況運(yùn)行，無論從安全性還是經(jīng)濟(jì)性考慮都不合適。

由于受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的制約，上述幾種方法均不適用于解決我國的棄風(fēng)問題［6－8］。本文以江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司600 MW超臨界機(jī)組為例，提出一種利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量的技術(shù)，這種方法建設(shè)成本低、維護(hù)簡單、效率高且不會對環(huán)境造成污染。

2 利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

低溫省煤器是安裝在鍋爐尾部煙道的熱交換設(shè)備，它利用鍋爐排煙余熱加熱凝結(jié)水，不僅能夠降低鍋爐排煙溫度，減少引風(fēng)機(jī)耗電量，還能回收煙氣“廢熱”，使之返回?zé)崃ρh(huán)，降低汽輪機(jī)熱耗率。目前，國內(nèi)很多火電機(jī)組都通過改造低溫省煤器來提高整個機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司1號機(jī)組于2014年進(jìn)行了低溫省煤器改造并取得了顯著效果，熱力系統(tǒng)見圖1。低溫省煤器的投入受到季節(jié)性的限制，冬季環(huán)境溫度較低且為了防止鍋爐尾部煙道低溫腐蝕，必須嚴(yán)格控制省煤器出口煙溫，這就使得低溫省煤器無法在冬季按設(shè)計狀態(tài)投入，熱力系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)。

圖1 低溫省煤器熱力系統(tǒng)

我國棄風(fēng)問題在冬季供暖期最為嚴(yán)重，主要因?yàn)轱L(fēng)能自身的特點(diǎn)和“以熱定電”對火電機(jī)組出力的制約。這時可以利用低溫省煤器原有的熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量來加熱凝結(jié)水，不僅能夠解決我國冬季棄風(fēng)嚴(yán)重的問題，還能夠使閑置設(shè)備發(fā)揮作用，降低機(jī)組熱耗，提高熱力循環(huán)經(jīng)濟(jì)性。

將棄風(fēng)電量轉(zhuǎn)換為凝結(jié)水的熱能，必須在低溫省煤器凝結(jié)水管道加裝電鍋爐，改造后系統(tǒng)見圖2。電鍋爐是利用電加熱管將冷水加熱至規(guī)定溫度的熱水或者蒸汽的一種常用設(shè)備。目前，我國電鍋爐技術(shù)已經(jīng)較為成熟，市場上電鍋爐的規(guī)格、功能和種類也比較齊全，可以根據(jù)氣候條件和機(jī)組狀態(tài)自由選擇加熱后的水溫和熱水返回系統(tǒng)的位置，配合低溫省煤器靈活使用。另外，電鍋爐結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)費(fèi)用低、不產(chǎn)生污染且效率高，利用電鍋爐作為加熱設(shè)備非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

圖2 利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量系統(tǒng)

綜上所述，利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量的方法，在夏季風(fēng)電出力較低時將低溫省煤器全部投入，冬季風(fēng)電出力較高時切除或部分切除低溫省煤器，投入吸納棄風(fēng)電量的電鍋爐來加熱凝結(jié)水，實(shí)現(xiàn)熱力系統(tǒng)的低溫省煤器和吸納棄風(fēng)電量的電鍋爐之間靈活配合，能最大限度降低機(jī)組能耗，并節(jié)約建設(shè)成本，發(fā)揮已有設(shè)備的作用。

2.2 試驗(yàn)研究

江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司1號機(jī)組是東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、一次中間再熱、兩級抽汽供熱（可調(diào)式）、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，型號為CC600－24.2／4.2／1.0／538／566，額定功率為600 MW，該機(jī)組設(shè)有8段回?zé)岢槠?，依次供給3臺高壓加熱器、1臺除氧器和4臺低壓加熱器，其中4段抽汽還作為拖動汽動給水泵的小汽輪機(jī)汽源，主要設(shè)計參數(shù)見表1。該機(jī)組于2014年進(jìn)行了低溫省煤器改造，設(shè)計發(fā)電煤耗至少降低2.3 g／kWh。為了評估低溫省煤器在冬季由于不能全部投入所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失，挖掘利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量的潛力，分別在低溫省煤器投入和切除狀態(tài)下對機(jī)組進(jìn)行熱耗率測定試驗(yàn)。

表1 主要設(shè)計參數(shù)

試驗(yàn)于2015年2月4日進(jìn)行，依照GB／T 8117.2—2008《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程第2部分：方法B各種類型和容量的汽輪機(jī)寬準(zhǔn)確度試驗(yàn)》。試驗(yàn)工況點(diǎn)以額定負(fù)荷為基準(zhǔn)，熱力系統(tǒng)保持常規(guī)狀態(tài)，關(guān)閉對外供汽和與相鄰機(jī)組聯(lián)絡(luò)的閥門（包括吹灰、輔汽等），關(guān)閉補(bǔ)水門，保持機(jī)組單元制運(yùn)行，回?zé)嵯到y(tǒng)按廠家熱平衡圖設(shè)計系統(tǒng)正常投入，將運(yùn)行參數(shù)調(diào)整到接近額定值，并在規(guī)定范圍內(nèi)波動。試驗(yàn)中的運(yùn)行參數(shù)應(yīng)接近設(shè)計值，使偏差修正值減到最小，機(jī)組運(yùn)行參數(shù)按表2給出的主要參量容許偏差和容許波動范圍調(diào)整并穩(wěn)定。為了保持凝結(jié)水流量的穩(wěn)定性，禁止人為調(diào)整凝汽器熱水井水位、除氧器水箱水位及凝結(jié)水系統(tǒng)水側(cè)調(diào)整門，使各加熱器保持正常水位。調(diào)整后機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行1 h，記錄相關(guān)參量2 h，汽輪機(jī)組熱耗率試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 主要參數(shù)容許偏差和容許波動范圍

表3 汽輪機(jī)組熱耗率測試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，相比低溫省煤器切除狀態(tài)，僅經(jīng)二類修正后的機(jī)組在額定負(fù)荷、低溫省煤器投入狀態(tài)下，熱耗率降低58.26 kJ／kWh，發(fā)電煤耗降低2.15 g／kWh?？梢缘贸觯捎诙镜蜏厥∶浩鞑荒苋客度朐斐芍苯咏?jīng)濟(jì)損失0.15 g／kWh。在我國北方，冬季氣候更加寒冷，低溫省煤器投入率更低，損失將會更多。如果投入能夠吸納棄風(fēng)電量的電鍋爐來配合低溫省煤器加熱凝結(jié)水，不僅能解決北方冬季棄風(fēng)嚴(yán)重的問題，還能最大限度降低機(jī)組能耗，避免由于氣候原因造成的資源浪費(fèi)。

在低溫省煤器投入狀態(tài)下，7號低壓加熱器出口水側(cè)溫度為99.74℃，6號低壓加熱器入口水側(cè)溫度為106.78℃，溫升為7.04℃，比焓升高29.58 kJ／kg，每小時回收總熱量38.38 GJ。由于我國電鍋爐技術(shù)已經(jīng)比較成熟，電鍋爐換熱效率能夠達(dá)到95%以上，要達(dá)到低溫省煤器的節(jié)能效果，至少需要電量11 222 kW。由此可知，在冬季利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)能夠吸納的棄風(fēng)電量非?？捎^。

3 結(jié)論

a.利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量可以解決我國冬季棄風(fēng)嚴(yán)重的問題。

b.與吸納棄風(fēng)電量的幾種傳統(tǒng)方法相比，利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)不僅可以降低建設(shè)成本，還可以自由選擇加熱后的水溫和熱水返回系統(tǒng)的位置，操作靈活，可控性強(qiáng)。

c.通過對江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司1號機(jī)組試驗(yàn)分析可知，利用低溫省煤器原有熱力系統(tǒng)吸納棄風(fēng)電量可以最大限度降低機(jī)組能耗，避免由于氣候原因造成的資源浪費(fèi)，能夠吸納的棄風(fēng)電量非?？捎^。

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Research on Absorbing Curtailed Wind Power by Low Temperature Economizer

WANG Ye1，DENG Nan1，YANG Jian?yong1，LANG Qiang2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Datang Liaoning Branch Company，Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110001，China）

In order to solve the problem of curtailed wind seriously in winter，this paper puts forward the method of absorbing curtailed wind power by the thermodynamic system of low temperature economizer.Low temperature economizer has the characteristics of low con?struction cost，simple maintenance，high efficiency and non?pollution.The method reduces energy consumption of unit extremely，a?voids resource waste because of the climate and absorbs the considerable curtailed wind power greatly according to the test analysis of u?nit 1 of NanRe thermal power plant in Jiangsu province.

Low temperature economizer；Curtailed wind power；Thermodynamic system

TM621

A

1004－7913（2016）05－0027－04

王 野（1985—），男，碩士，工程師，從事汽輪機(jī)節(jié)能技術(shù)研究工作。

2016－01－12）