何志瞧,陳巍文,張江豐
(1.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江 蘭溪 321100;2.杭州意能電力技術(shù)有限公司,杭州 310012;3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院,杭州 310014)
當(dāng)前電力供應(yīng)富余與需求減速之間的矛盾加劇,受電力供應(yīng)量持續(xù)增長(zhǎng)、外購(gòu)電規(guī)模不斷擴(kuò)大及省內(nèi)電力消費(fèi)增速放緩的多重影響,電力供需矛盾體現(xiàn)為調(diào)峰幅度增加和省內(nèi)煤電機(jī)組發(fā)電利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降,由于調(diào)峰任務(wù)主要由煤電機(jī)組承擔(dān),現(xiàn)有機(jī)組調(diào)峰容量已經(jīng)無(wú)法滿足電網(wǎng)調(diào)峰發(fā)展趨勢(shì)的要求。
浙江省發(fā)改委于2018 年8 月發(fā)布《關(guān)于深入開展統(tǒng)調(diào)燃煤機(jī)組深度調(diào)峰和節(jié)能提效改造工作的通知》(浙發(fā)改能源[2018]436 號(hào)),要求2020 年前300 MW 及以上燃煤機(jī)組最小技術(shù)出力達(dá)到40%及以下額定容量,并鼓勵(lì)不助燃穩(wěn)燃運(yùn)行純凝工況最小技術(shù)出力達(dá)到20%~30%額定容量[1]。
在此政策要求及用電供求關(guān)系的背景下,結(jié)合某發(fā)電廠各臺(tái)機(jī)組的生產(chǎn)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),并剖析AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)及一次調(diào)頻在各個(gè)負(fù)荷段的特點(diǎn),梳理深度調(diào)峰試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)及注意點(diǎn),通過(guò)對(duì)試驗(yàn)所涉及的控制策略及各控制難點(diǎn)的深層次研究,順利完成了4 臺(tái)機(jī)組40%負(fù)荷段的深度調(diào)峰試驗(yàn)工作。
與此同時(shí),統(tǒng)計(jì)各機(jī)組低負(fù)荷段深度調(diào)峰的時(shí)長(zhǎng),結(jié)合華東電網(wǎng)新版“兩個(gè)細(xì)則”對(duì)深度調(diào)峰的補(bǔ)償措施,研究機(jī)組在新形勢(shì)下的經(jīng)濟(jì)性。
某發(fā)電廠4 臺(tái)機(jī)組為超臨界燃煤機(jī)組,鍋爐采用北京巴威公司制造的超臨界、中間再熱螺旋爐膛直流鍋爐,型號(hào)為B&WB-1903/25.40-M。鍋爐采用正壓直吹MPS 中速磨制粉系統(tǒng),前后對(duì)沖燃燒方式,并配置有36 只低NOX雙調(diào)風(fēng)旋流煤粉燃燒器,燃燒器上層配有前后各8 個(gè)OFA(燃燼風(fēng))風(fēng)門。露天戴帽布置,噴燃器以下緊身封閉。在尾部豎井下設(shè)置2 臺(tái)豪頓華三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器,燃用具有中等結(jié)渣性的煙煤,機(jī)組配有帶啟動(dòng)循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)。
汽機(jī)采用東方汽輪機(jī)廠& 阿爾斯通生產(chǎn)的中間再熱凝汽式汽輪機(jī),機(jī)組型號(hào)為N660-24.2/566/566。汽輪機(jī)高低壓旁路系統(tǒng)采用兩級(jí)串聯(lián)旁路,高旁容量是在額定壓力和溫度下的40%BMCR(鍋爐最大出力工況)流量,低旁容量是40%BMCR流量加高旁額定減溫水流量,高壓加熱器采用大旁路系統(tǒng),給水系統(tǒng)采用2 臺(tái)容量為50%的汽動(dòng)給水泵和1 臺(tái)30%的電動(dòng)給水泵,除氧器可滑壓運(yùn)行,凝汽器為單流程雙背壓,高低壓凝汽器各配2 臺(tái)50%容量的機(jī)械真空泵。
與亞臨界汽包爐不同,直流爐中給水變成過(guò)熱蒸汽一次完成,鍋爐的蒸發(fā)量不僅決定于燃料量,同時(shí)也決定于給水流量,而深度調(diào)峰期間機(jī)組處于低負(fù)荷段,由于燃燒工況的弱化,金屬工質(zhì)的吸熱量有所降低,在變負(fù)荷初期,極易發(fā)生因鍋爐主控前饋?zhàn)饔?,特別是給水、給煤前饋量的變化造成瞬時(shí)的水煤比失衡,導(dǎo)致過(guò)熱度的急劇波動(dòng),造成過(guò)熱蒸汽溫度的突變。這在一定程度上會(huì)導(dǎo)致金屬疲勞破壞,造成汽水管道中的氧化皮的生成及剝離[2]。與此同時(shí),前饋?zhàn)饔玫牟黄ヅ洌貏e是給煤、送風(fēng)前饋量的改變,勢(shì)必導(dǎo)致主再熱汽溫的波動(dòng),從而影響SCR(選擇性催化還原脫硝系統(tǒng))入口煙溫的變化。此外,前饋?zhàn)饔玫恼{(diào)節(jié)不當(dāng)極易惡化爐內(nèi)燃燒,加劇MFT(主燃料跳閘)風(fēng)險(xiǎn)。因此,前饋?zhàn)饔玫臋z查與低負(fù)荷基礎(chǔ)自動(dòng)的整定和協(xié)調(diào)優(yōu)化至關(guān)重要。
常規(guī)協(xié)調(diào)控制過(guò)程中,鍋爐主控、前饋?zhàn)饔靡约懊壕€、水線、風(fēng)線等主要控制對(duì)象均將下限設(shè)置在50%額定負(fù)荷,因此在進(jìn)行深調(diào)負(fù)荷變動(dòng)之前,還需確認(rèn)整定部分重要參數(shù)。
(1)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制邏輯優(yōu)化[3]。檢查CCS(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))邏輯中各主、重要參數(shù)和各功能塊的下限邊界限制值,適當(dāng)?shù)貙⒏鲄?shù)向下延伸。檢查給煤、給水前饋?zhàn)饔?,特別是減負(fù)荷過(guò)程中的前饋量。修改和優(yōu)化燃料線、水線、修改燃料和給水前饋量。修改負(fù)荷指令回路,鍋爐與汽機(jī)主控回路,燃料主控、給水、送風(fēng)量控制的下限值,避免因?yàn)橄孪迣?dǎo)致工質(zhì)失衡。修改、優(yōu)化和延長(zhǎng)滑壓曲線,使得深度調(diào)峰區(qū)間的滑壓曲線滿足機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行要求。
(2)確定降負(fù)荷過(guò)程中磨煤機(jī)運(yùn)行方式(停磨時(shí)機(jī)與磨煤機(jī)運(yùn)行配合),盡量減少低負(fù)荷停磨操作,根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中確定的最佳一次風(fēng)量和煤量的值,修改低負(fù)荷下磨煤機(jī)相關(guān)模擬量控制的設(shè)定值。
(3)降負(fù)荷過(guò)程中觀察SCR 反應(yīng)器入口煙氣溫度變化情況,如果降負(fù)荷速度過(guò)快導(dǎo)致煙溫降低較大,應(yīng)當(dāng)降低降負(fù)荷速率或者降低前饋幅度,保證入口煙氣溫度。觀察降負(fù)荷過(guò)程中SCR進(jìn)出口NOX的變化趨勢(shì),適當(dāng)調(diào)整脫硝自動(dòng)控制品質(zhì)[4]。
在升負(fù)荷過(guò)程中需著重加強(qiáng)對(duì)過(guò)熱度和貯水箱水位的監(jiān)視,一旦出現(xiàn)過(guò)熱度快速下降的現(xiàn)象,機(jī)組應(yīng)立即撤出CCS 方式,并適當(dāng)減少給水量,確保機(jī)組的干態(tài)安全穩(wěn)定[5]。而在降負(fù)荷過(guò)程中,因動(dòng)態(tài)前饋?zhàn)饔玫挠绊?,將?dǎo)致煤量指令快速且大幅度減少,此時(shí)應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)火檢畫面的監(jiān)視,若出現(xiàn)火檢同煤層有2 個(gè)或不同煤層有多個(gè)信號(hào)丟失的現(xiàn)象,同時(shí),在降負(fù)荷過(guò)程中,可能會(huì)造成鍋爐的分離器出口工質(zhì)過(guò)熱度消失,分離器出現(xiàn)水位,也應(yīng)立即終止降負(fù)荷的過(guò)程,并適當(dāng)增加負(fù)荷確保機(jī)組的安全穩(wěn)定[6]。當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),關(guān)注MCS(模擬量控制系統(tǒng))中各主、重要參數(shù)的調(diào)節(jié)性能,必要時(shí)進(jìn)行重新整定。
一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí),若汽輪機(jī)調(diào)門的變化幅度遠(yuǎn)大于預(yù)想值,尤其是出現(xiàn)調(diào)門關(guān)閉幅度過(guò)大時(shí),應(yīng)立即終止試驗(yàn),將汽輪機(jī)調(diào)門恢復(fù)到試驗(yàn)前值,使相關(guān)參數(shù)控制在正常范圍內(nèi),確保機(jī)組的安全穩(wěn)定。
另外,為保證40%Pe(額定功率)負(fù)荷段時(shí)一次調(diào)頻試驗(yàn)動(dòng)作的正確性,建議先進(jìn)行-0.066 7 Hz 小頻差負(fù)荷方向試驗(yàn),以驗(yàn)證主汽調(diào)門動(dòng)作的方向及主機(jī)振動(dòng)的情況。因40%Pe 負(fù)荷段需要進(jìn)行-0.183 Hz 大頻差試驗(yàn),由于調(diào)門的快速且大幅度開啟,需著重加強(qiáng)EH(抗燃)油壓、大機(jī)振動(dòng)及軸向位移等參數(shù)的監(jiān)視,若發(fā)生異常變化應(yīng)立即終止試驗(yàn),將汽輪機(jī)調(diào)門恢復(fù)到試驗(yàn)前值[7]。涉及主汽調(diào)門為順序閥方式運(yùn)行時(shí),在一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)關(guān)注順序閥的流量線性度。
在試驗(yàn)過(guò)程中,主要調(diào)整優(yōu)化了以下內(nèi)容:
(1)檢查CCS 邏輯中各主、重要參數(shù),將機(jī)組負(fù)荷生成回路各功能塊的下限調(diào)整至230 MW。
(3)由于300 MW 與240 MW 主汽調(diào)門開度偏差較大,優(yōu)化增大了240 MW 負(fù)荷段對(duì)應(yīng)的滑壓設(shè)定值。
(4)240 MW 穩(wěn)態(tài)時(shí),重新調(diào)整了爐膛負(fù)壓、一次風(fēng)壓、除氧器上水閥等基礎(chǔ)自動(dòng)控制回路的變參數(shù)。
(5)在300 MW 負(fù)荷段,對(duì)DEH(數(shù)字電液控制系統(tǒng))中一次調(diào)頻邏輯的主汽流量前饋量進(jìn)行優(yōu)化。
該發(fā)電廠4 臺(tái)機(jī)組深度調(diào)峰試驗(yàn)均已完成。試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組負(fù)荷最低降至240 MW,實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定不投油燃燒,各個(gè)環(huán)保參數(shù)指標(biāo)正常,AGC 試驗(yàn)、一次調(diào)頻試驗(yàn)滿足電網(wǎng)要求,試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2 所示。
表1 各臺(tái)機(jī)組AGC 試驗(yàn)結(jié)果
表2 各臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)考核結(jié)果
隨著機(jī)組運(yùn)行區(qū)間的下探,鍋爐燃燒減弱,爐膛溫度降低,機(jī)組已偏離設(shè)計(jì)的最佳運(yùn)行區(qū)域,各主、輔設(shè)備也偏離了額定工況點(diǎn),性能發(fā)生較大幅度的變化。因此,掌握機(jī)組在低負(fù)荷段的鍋爐熱效率、汽輪機(jī)發(fā)電熱耗率、廠用電率等指標(biāo)的相對(duì)變化程度變得尤為重要。
在定負(fù)荷和變負(fù)荷工況下,通過(guò)對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)本體及其附屬系統(tǒng)低負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行能力的評(píng)估考察;對(duì)鍋爐效率、機(jī)組發(fā)電熱耗率、廠用電率的計(jì)算比較可以看出,較之50%額定工況,40%額定工況下鍋爐熱效率降低,汽機(jī)發(fā)電熱耗率、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、廠用電率均有增加,機(jī)組經(jīng)濟(jì)性變差,具體數(shù)據(jù)如表3 所示。
表3 各機(jī)組40%額定工況下經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比結(jié)果
表3 中經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)僅針對(duì)試驗(yàn)期間的試驗(yàn)工況,且對(duì)比基準(zhǔn)值為50%額定負(fù)荷,表中符號(hào)“-”為下降,“+”為增加。根據(jù)文獻(xiàn)8 可知,因供電煤耗的明顯上升所導(dǎo)致的供電成本相應(yīng)上升,其供電成本增加量可由式(1)計(jì)算得到:
式中: ΔE 為供電成本增量;ΔB 為供電煤耗增量;Q 為燃煤發(fā)熱量;D 為燃煤市場(chǎng)價(jià)[8]。
根據(jù)表3 可知,該發(fā)電廠4 臺(tái)機(jī)組40%負(fù)荷時(shí),機(jī)組供電煤耗增加了13.56~16.83 g/kWh,參考2019 年5 月底CCTD(中國(guó)煤炭市場(chǎng)網(wǎng))秦皇島動(dòng)力煤綜合交易價(jià)格,5 500 大卡(即229 90 kJ/kg)發(fā)熱量的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力煤按588 元/t 計(jì)算,各臺(tái)機(jī)組的供電煤耗增加引起的發(fā)電成本增加約為10.15~12.59 元/MWh。另外,脫硝環(huán)保設(shè)備的連續(xù)投用以及廠用電率的增加也會(huì)進(jìn)一步提高機(jī)組的發(fā)電成本,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。
成聯(lián)方:編寫這本教材最主要的初衷是為滿足大學(xué)通識(shí)課教學(xué)的需要。編寫大學(xué)通識(shí)課的書法教材,是有一定難度的。首先要考慮到學(xué)習(xí)課時(shí),同時(shí),還得考慮到書體的豐富性,還要考慮書法歷史知識(shí)和書法審美知識(shí)與理論。這本書是在鄭曉華教授的統(tǒng)籌之下,根據(jù)參編者的特長(zhǎng)分別編寫,最后再由鄭曉華教授最后統(tǒng)編審稿的。時(shí)代在進(jìn)步,對(duì)書法這門學(xué)問、對(duì)書法教育的思考也越來(lái)越清晰,我們編寫這本《大學(xué)書法》,便是在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上完成的,相對(duì)成熟的書法教育思考與方案都呈現(xiàn)在教材的編排中,希望這部教材能在高校的書法教育中起到良好的推動(dòng)作用。
在完成機(jī)組深度調(diào)峰驗(yàn)證試驗(yàn)、核定機(jī)組銘牌出力之后,各臺(tái)機(jī)組的AGC 下限從50%調(diào)整至40%,并已根據(jù)調(diào)度中心的控制目標(biāo)正常運(yùn)行。表4 為1 號(hào)機(jī)組在2019 年2 月份參與深度調(diào)峰的時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)。
表4 1 號(hào)機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)
由表4 可知,1 號(hào)機(jī)組二月份深調(diào)總時(shí)長(zhǎng)約為40.2 h,約占機(jī)組總運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的16.7%。
國(guó)家能源局華東監(jiān)管局于2019 年3 月底發(fā)布了新版《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》和《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱“兩個(gè)細(xì)則”),細(xì)則中明確了有償調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制及補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)[9],補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)如表5 所示。
表5 低于基本調(diào)峰下限少發(fā)電量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)
通過(guò)對(duì)補(bǔ)償機(jī)制及補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的解讀可以發(fā)現(xiàn),新版“兩個(gè)細(xì)則”試用之前,盈利較大的是負(fù)荷響應(yīng)能力較強(qiáng)的機(jī)組,而試用之后盈利大戶則變?yōu)榱司邆渖疃日{(diào)峰能力的機(jī)組。不僅如此,“兩個(gè)細(xì)則”中還明確了在夜間負(fù)荷低谷時(shí)段,機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行將獲得輔助調(diào)峰的補(bǔ)償費(fèi)用。
對(duì)2019 年2 月份1 號(hào)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),機(jī)組發(fā)電量如圖1 所示。
圖1 1 號(hào)機(jī)組發(fā)電量
根據(jù)新版“兩個(gè)細(xì)則”的規(guī)定,浙江省發(fā)電機(jī)組基本調(diào)峰范圍為51%,即機(jī)組的出力調(diào)整范圍為額定容量的49%~100%。因此,表5 所表述的低于基本調(diào)峰下限的發(fā)電量標(biāo)準(zhǔn)為49%額定工況,即323.4 MW。
通過(guò)對(duì)圖1 中發(fā)電曲線的數(shù)字積分運(yùn)算,可由式(2)計(jì)算得到低于調(diào)峰下限的發(fā)電總量:
式中: P 為發(fā)電總量;f(t)為發(fā)電曲線;t 為時(shí)間。根據(jù)計(jì)算,剔除啟停機(jī)帶初負(fù)荷階段,2 月份1號(hào)機(jī)組低于調(diào)峰下限的發(fā)電總量為12 875.54 MWh,具體電量如表6 所示。
表6 低于基本調(diào)峰下限實(shí)發(fā)電量明細(xì)
以49%額定工況323.4 MW 為基準(zhǔn),折算少發(fā)電量,如式(3)、式(4)所示:
式中: ΔP1為40%~50%的少發(fā)電量;ΔP2為30%~40%的少發(fā)電量;f1(t)和f2(t)為發(fā)電曲線;t 為時(shí)間。
結(jié)合表5 中的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),可以得到相應(yīng)的補(bǔ)償金額,如式(5)、式(6)所示:
式中: ΔF1為40%~50%的少發(fā)電量對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償;ΔF2為30%~40%的少發(fā)電量對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償。
綜上所述,該機(jī)組低于基本調(diào)峰下限少發(fā)電量而得到的補(bǔ)償大致如表7 所示。
表7 深調(diào)少發(fā)電量補(bǔ)償明細(xì)
根據(jù)前文,該機(jī)組在40%額定負(fù)荷時(shí),供電煤耗增加引起發(fā)電成本增加約10.15 元/MWh,而煤耗的增加與發(fā)電量成反向關(guān)系,因此,通過(guò)線性分析推斷出供電煤耗增加引起的發(fā)電成本增加的函數(shù)關(guān)系為:
式中: ΔD 為發(fā)電成本增加量。
將ΔF1與ΔD 相減即可得到40%~50%負(fù)荷段機(jī)組深調(diào)補(bǔ)償與發(fā)電成本增加的關(guān)系:
式中: ΔY 為補(bǔ)償與成本之差。
根據(jù)驗(yàn)算可以得到,在f1(t)∈(264,323.4)區(qū)間內(nèi),函數(shù)成單調(diào)遞增,且ΔY∈(887.57,1 459.24),因此該機(jī)組在40%~50%負(fù)荷段,使用試驗(yàn)工況的煤種所增加的煤耗量的發(fā)電成本稍小于深調(diào)補(bǔ)償量,機(jī)組未造成虧損,且盈利空間僅與少發(fā)電量有關(guān),與少發(fā)時(shí)長(zhǎng)無(wú)關(guān),如圖2 所示。
同理,參照40%額定負(fù)荷時(shí),大致估算供電煤耗增加引起的發(fā)電成本,可以得到30%~40%負(fù)荷段機(jī)組深調(diào)補(bǔ)償與發(fā)電成本增加的關(guān)系:
圖2 深調(diào)補(bǔ)償后盈利能力與負(fù)荷的關(guān)系
當(dāng)f(t)∈(198,264)區(qū)間內(nèi),雖函數(shù)成遞減狀態(tài),但ΔY∈(8 022.3,2 072.4),即負(fù)荷越低,補(bǔ)貼力度越明顯。
除了燃料成本上升這一直接影響因素之外,影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能的指標(biāo)還包括廠用電率、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的能耗和設(shè)備檢修維護(hù)管理成本等綜合因素。因此,結(jié)合深度調(diào)峰試驗(yàn)所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)可以認(rèn)為1 號(hào)機(jī)組在深度調(diào)峰階段的盈利能力并不明顯,但2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組因煤耗、汽輪機(jī)發(fā)電熱耗率、廠用電率絕對(duì)值的上升,在40%~50%負(fù)荷階段已無(wú)盈利空間。
(1)通過(guò)邏輯審查及參數(shù)整定,某發(fā)電廠4 臺(tái)機(jī)組深度調(diào)峰試驗(yàn)過(guò)程順利,機(jī)組負(fù)荷最低降至240 MW,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定不投油燃燒,各主、重要參數(shù)正常,各項(xiàng)模擬量控制品質(zhì)達(dá)標(biāo),AGC 試驗(yàn)、一次調(diào)頻試驗(yàn)均能滿足電網(wǎng)考核要求。
(2)隨著電力市場(chǎng)過(guò)剩程度的增加,火電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)會(huì)逐漸下降,機(jī)組參與深度調(diào)峰將常態(tài)化。隨著新版“兩個(gè)細(xì)則”的正式實(shí)施,大型燃煤火電機(jī)組主要的盈利方向或?qū)⑥D(zhuǎn)移至深度調(diào)峰補(bǔ)償,其深度調(diào)峰下的經(jīng)濟(jì)性將成為檢驗(yàn)其盈利能力的重要指標(biāo)。
(3)深度調(diào)峰形勢(shì)下,控制燃料成本、降低廠用電率、提升機(jī)組可靠性將成為發(fā)電企業(yè)下一階段關(guān)注的重點(diǎn)工作。摻燒一定比例較低熱值的煤[10]、探索重要輔機(jī)新的節(jié)能運(yùn)行方式或?yàn)橐环N可行的手段。