梁金柁,李　洋，肖增弘

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 a.研究生部；b.能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

?

“棄風(fēng)”在熱電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中的應(yīng)用研究

梁金柁a,李洋a，肖增弘b

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 a.研究生部；b.能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：由于電網(wǎng)容量的限制，風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。為解決風(fēng)電棄風(fēng)，以某熱電廠300 MW機(jī)組為例，將風(fēng)力發(fā)電作為電鍋爐的熱源來(lái)加熱熱電廠的回水，以消納棄風(fēng)，并利用等效熱降理論分析了300 MW工況和240 MW工況下電鍋爐對(duì)該機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。分析結(jié)果表明，采用電鍋爐加熱熱電廠的回水，可使熱電廠獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，從而為解決風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題提供了合適的途徑和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：棄風(fēng)；電鍋爐；回?zé)嵯到y(tǒng)；等效熱降

1基于等效熱降理論基礎(chǔ)

利用等效熱降理論來(lái)計(jì)算電鍋爐加熱熱電廠回水帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。其中，抽汽等效熱降、抽汽效率、新蒸汽等效熱降、裝置效率是計(jì)算過(guò)程中的基礎(chǔ)。對(duì)于具有回?zé)岢槠碾姀S熱力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，抽汽的等效熱降為

(1)

式中，hj為加熱器j的抽汽焓；hn為汽輪機(jī)排氣焓；r為加熱器j之后更低加熱器抽汽口腳碼；qr為1kg蒸汽在加熱器r中的放熱量；Ar可取τr或γr,τr為1kg水在加熱器r中的焓升； γr為1kg疏水在加熱器r中的放熱量。

當(dāng)加熱器j為匯集式加熱器時(shí)，Ar取τr；當(dāng)加熱器j為疏水放流式加熱器時(shí)，從加熱器j到匯集式加熱器，Ar取γr，匯集式加熱器之后的加熱器(不論是匯集式加熱器還是疏水放流式加熱器)，Ar都取τr。

抽汽效率為

(2)

其中，qj為加熱器j的1kg抽汽放熱量。

用變熱量分析法推出新蒸汽的等效熱降為

(3)

式中，h0為新蒸汽初焓，σ為1kg蒸汽在再熱器中的吸熱量，∑為各種作功損失總和。

鍋爐循環(huán)吸熱量為

(4)

裝置效率為

(5)

2電鍋爐加熱熱電廠回水的計(jì)算模型

電鍋爐加熱熱電廠回水時(shí)，回?zé)嵯到y(tǒng)吸收電鍋爐的熱量Q，則蒸汽在單位質(zhì)量下獲得的熱量為

(6)

式中，Q為電鍋爐每秒產(chǎn)生的熱量，D為主蒸汽流量。

圖1　電鍋爐布置

假設(shè)將電鍋爐加裝在(j-1)號(hào)回?zé)峒訜崞鞒隹诤蚸號(hào)回?zé)峒訜崞鞯娜肟谥g，如圖1所示，回?zé)嵯到y(tǒng)獲得的鍋爐熱量將會(huì)利用在j加熱器上，由此使得新蒸汽等效熱降增加ΔH：

ΔH=q×ηj

(7)

裝置效率相對(duì)提高δηi：

(8)

全年節(jié)省的耗煤ΔBb：

ΔBb=δηiBb

(9)

電鍋爐加熱回水的消納棄風(fēng)方案不僅能節(jié)省煤耗，同時(shí)也會(huì)減少CO2的排放。此電廠用煤含碳量約為68%，每燃燒1g的C，就產(chǎn)生3.6g的CO2，因此得到煤耗 與CO2排放量 之間的系數(shù)為2.5。由此每年減少CO2排放量為

Δd=2.5ΔBb

(10)

3電鍋爐加熱回水的消納棄風(fēng)方案的經(jīng)濟(jì)效益

某電廠采用300MW亞臨界、一次中間再熱、單軸兩排汽、雙抽、凝汽式汽輪機(jī)，該型機(jī)組設(shè)有8段回?zé)岢槠?，依次供給3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)除氧器、4臺(tái)低壓加熱器。

3.1機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

根據(jù)機(jī)組的機(jī)械效率ηm=0.988和發(fā)電機(jī)效率ηg=0.995，可計(jì)算出兩種工況下1kg新蒸汽在汽輪機(jī)中所做的功H、循環(huán)吸熱量Q、裝置效率ηi、汽輪機(jī)熱耗率q及標(biāo)準(zhǔn)煤耗量Bb，結(jié)果如表2所示。

3.2電鍋爐加熱熱電廠回水系統(tǒng)布置方式

現(xiàn)選用功率為1 400 kW的電鍋爐對(duì)熱電廠回水系統(tǒng)進(jìn)行加熱。鍋爐轉(zhuǎn)換效率為97%，若運(yùn)行7 000 h，則每年可消納的棄風(fēng)電功率為N=1 400×7 000=9.0×106kW·h,單位時(shí)間可產(chǎn)生的熱量為Q=1 400×97%=1 357 kJ。

采用電鍋爐加熱熱電廠回水系統(tǒng)有5種布置方式，即1#加熱器入口、1#加熱器和2#加熱器之間、2#加熱器和3#加熱器之間、3#加熱器和4#加熱器之間、4#加熱器和除氧器之間,如圖2～6所示。

表1　機(jī)組原始數(shù)據(jù)及加熱器抽汽效率　kJ/kg

表2　兩種工況下機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性

圖2　電鍋爐布置方案1

圖3　電鍋爐布置方案2

圖4　電鍋爐布置方案3

圖5　電鍋爐布置方案4

3.3經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)式(1)～(5)可計(jì)算出5種電鍋爐布置方案所對(duì)應(yīng)的年省煤量以及年CO2減少量，分析結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖6　電鍋爐布置方案5

圖7　不同電鍋爐布置方案對(duì)應(yīng)年省煤

圖8　不同電鍋爐布置方案對(duì)應(yīng)年CO2排放減少量

由此可見(jiàn)，兩種工況下均是電鍋爐布置在越高級(jí)加熱器前所取得的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益越大，即布置在4#低壓加熱器和除氧器之間所取得的效益最大。300 MW工況下，最大可降低煤耗700.8 t/a，最大可減少CO2排放量1 752.08 t/a。240 MW工況下，最大可降低煤耗597.45 t/a，最大減少CO2排放量1 493.6 t/a。

4結(jié)論

隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、電網(wǎng)容量的限制，棄風(fēng)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，為解決棄風(fēng)問(wèn)題，可利用電鍋爐加熱熱電廠回水系統(tǒng)來(lái)消納棄風(fēng)，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

電鍋爐布置在越高級(jí)的低壓加熱器前所取得的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益越大，即布置在4#低壓加熱器和除氧器之間取得效益最大。在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)最大可降低煤耗700.8 t/a,最大可減少CO2排放量1 752.08 t/a。由此可見(jiàn)，利用電鍋爐加熱熱電廠回水系統(tǒng)可取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，可為消納風(fēng)電棄風(fēng)提供合理途徑。

參考文獻(xiàn)

[1]劉新東，方科，陳煥遠(yuǎn)，等.利用合理?xiàng)夛L(fēng)提高大規(guī)模風(fēng)電消納能力的理論研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012,40(6)：35-39.

[2]朱向東.目前中國(guó)風(fēng)電棄風(fēng)現(xiàn)狀及對(duì)策[J].能源與節(jié)能，2012(10)：30.

[3]Ackermann T.Wind power in power systems[M].Chichester:Wiley-Blackwell,2005.

[4]姜浩.基于電鍋爐的熱電廠消納棄風(fēng)方案研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[5]劉志真.熱電聯(lián)產(chǎn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[6]郭容赫.火電廠汽輪機(jī)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)消納風(fēng)電的研究[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，10(2)：128-131.

[7]顧為動(dòng).大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008,32(19)：1-5.

[8]Bludszuweit H,Dominguez-navarro J A,Llombart A.Statistical analysis of wind power forecast error[J].IEEE Transactions on Power Systems，2008,23(9):983-991.

[9]Lange M,Focken U.Physical approach to short-term wind power prediction[M].Berlin:Springer,2006.

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇)

Application of Wind Curtailment in Power Plant Heat Recovery System

LIANG Jin-tuoa,LI Yanga,XIAO Zeng-hongb

(a.Graduate department;b.School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：Due to the Grid capacity constraint,the wind curtailment increases more and more while integrating large amounts of wind energy into power system.To relieve the problem and improve the wind consumption,the wind power curtailment was used as the heat source of electric boiler to heat the backwater in the heat power plant.In this paper,the equivalent heat drop theory was applied to analyze the impact on economy of a 300MW power plant unit under 300MW and 240MW conditions with the wind curtailment consumption.The result showed that the wind curtailment used as the heat source of electric boiler to heat the backwater can bring greater economic and environmental benefits for the heat power plant,and it provides a reasonable approach to solve the wind curtailment.

Key words：Wind curtailment;Electric boiler;Heat recovery systems;Equivalent heat drop

中圖分類號(hào)：

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2016)01-0028-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.01.006

作者簡(jiǎn)介：梁金柁(1992-)，男，遼寧昌圖人，碩士研究生。通訊作者： 肖增弘(1963-)，女，遼寧遼中人，教授，碩士，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事火電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方面的研究。

收稿日期：2015-09-23

現(xiàn)階段可行的消納棄風(fēng)方案有：建設(shè)抽水蓄能方案、聯(lián)絡(luò)線外送棄風(fēng)方案、發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)方案、旁路補(bǔ)償供熱方案和電鍋爐補(bǔ)償供熱方案。以某熱電廠300 MW機(jī)組為例，將風(fēng)力發(fā)電作為電鍋爐的熱源來(lái)加熱熱電廠的回水，以消納棄風(fēng)，并利用等效熱降理論分析了該機(jī)組在300 MW工況和240 MW工況下，電鍋爐布置在5個(gè)不同位置時(shí)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，分析結(jié)果為解決風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題提供了合適的途徑和理論依據(jù)。