李芒芒，周雪斌，易曉堅

(中國能源建設(shè)集團(tuán)華中電力試驗研究院有限公司，湖南長沙410000)

0 引言

目前，大容量機組快速發(fā)展，國內(nèi)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，大型火力發(fā)電機組必須按照要求參與電網(wǎng)調(diào)峰工作，近些年來持續(xù)低負(fù)荷運行參與深度調(diào)峰將成為常態(tài)，且參與調(diào)峰的時間越來越長，電網(wǎng)公司根據(jù)要求會對調(diào)峰的煤電機組實施相應(yīng)的補償。深度調(diào)峰下機組首先保證安全運行，但是目前機組調(diào)峰要求負(fù)荷50%以下繼續(xù)下探，導(dǎo)致機組負(fù)荷的峰谷差值不斷擴(kuò)大，機組的實際運行參數(shù)長期偏離設(shè)計值，機組效率下降。因此，能源的消耗也一直是需要考慮的問題[1-4]。

按照相關(guān)文件的工作要求，為加快建設(shè)完善電力市場體系，沿海地區(qū)推進(jìn)現(xiàn)貨市場試點建設(shè)[5]，組織開展了發(fā)電機組能耗曲線實測工作，用于電力現(xiàn)貨市場中發(fā)電機組運行費用補償、市場力檢測與緩解、報價行為評估等環(huán)節(jié)。目前火電機組的調(diào)峰方式常見的有兩種，低負(fù)荷調(diào)峰方式與兩班制調(diào)峰方式，這兩種方式是解決調(diào)峰需求的重要途徑[6]。低負(fù)荷調(diào)峰方式是發(fā)電機組在低于額定負(fù)荷的條件下通過不斷的調(diào)整滿足電網(wǎng)實際調(diào)峰需求，在鍋爐最低穩(wěn)燃基礎(chǔ)上仍能保證機組的安全性[7]。兩班制調(diào)峰方式是機組深夜從電網(wǎng)中解列6～8 h，次日早晨熱態(tài)啟機后重新并網(wǎng)[8]。

本文針對某沿海亞臨界3×660 MW調(diào)峰機組，研究該機組低負(fù)荷運行和兩班制兩種調(diào)峰方式的運行經(jīng)濟(jì)性，并且對比兩種調(diào)峰方式的優(yōu)劣，為燃煤機組調(diào)峰運行提供經(jīng)濟(jì)優(yōu)化參考。

1 機組運行能耗試驗分析

深度調(diào)峰時往往低負(fù)荷運行，調(diào)峰首要考慮安全性，保證鍋爐和汽機的安全運行，現(xiàn)在調(diào)峰機組要求最低到滿足鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷，此時機組發(fā)電煤耗會大大提高。

汽輪機熱耗率、鍋爐效率、廠用電率是影響機組經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)。通過對機組進(jìn)行性能試驗，得到某機組噴嘴配汽與節(jié)流配汽兩種運行方式下熱耗率變化情況，結(jié)果見表1—2，煤耗率的計算中，鍋爐效率取93.5%，管道效率取98.5%。整個試驗過程中，鍋爐均可穩(wěn)定運行，未采用任何助燃措施，當(dāng)負(fù)荷低于35%時，考慮到機組的安全性將投油輔助燃燒，因此試驗并未在低于35%負(fù)荷下進(jìn)行。由表1—2試驗結(jié)果可見，深度調(diào)峰時機組35%負(fù)荷運行時，在噴嘴配汽方式下比節(jié)流配汽方式下能減少發(fā)電煤耗約2.24 g/kWh。

表1 噴嘴配汽下的煤耗計算結(jié)果

表2 節(jié)流配汽下的煤耗計算結(jié)果

各試驗工況是在噴嘴配汽狀態(tài)和節(jié)流配汽狀態(tài)下完成的，圖1—2繪制了各試驗狀態(tài)負(fù)荷與兩種進(jìn)汽狀態(tài)下計算得到的修正后熱耗的關(guān)系曲線以及平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的關(guān)系曲線，了解不同負(fù)荷下的平均供電煤耗的變化情況，可以得出隨著機組負(fù)荷的降低，汽輪機熱耗率、廠用電率顯著增加，供電煤耗大幅度增加，當(dāng)機組負(fù)荷從660 MW降到230 MW時，供電煤耗增加39.55 g/kWh。特別是當(dāng)機組小于50%負(fù)荷時，機組煤耗相對上升較快[9]。為了方便計算，將供電煤耗隨負(fù)荷變化曲線擬合為:

式中，Q為供電煤耗，g/kWh；λ為機組負(fù)荷，MW。

圖1 兩種運行方式下不同負(fù)荷機組的熱耗

圖2 不同負(fù)荷下機組的能耗曲線

2 啟停過程能耗計算

啟停過程中機組能耗的計算方法主要有兩種，理論計算法和實際試驗法[10]，兩種方法有各自的優(yōu)缺點，根據(jù)文獻(xiàn)[11-15]以及電廠實際的運行情況，認(rèn)為實際試驗方法計算的結(jié)果相比理論計算方法得出的結(jié)果更具可靠性，用實際試驗方法計算啟停一次該機組的能耗。

目前實際試驗方法是將實際啟停過程中消耗的能量劃分為啟停過程中消耗的油耗、機組煤耗、機組發(fā)電量、廠用電量、除鹽水量等，將各個成分量都折合成標(biāo)煤量統(tǒng)一計算，根據(jù)實際啟停機情況統(tǒng)計以及電廠人員提供的信息進(jìn)行匯總，計算結(jié)果見表3，其中煤價、油價取當(dāng)年市場價。

表3 機組啟停過程標(biāo)煤耗

3 兩種運行方式的經(jīng)濟(jì)性比較

通過給定負(fù)荷，計算啟停兩班制與低負(fù)荷在運行過程中的能耗，根據(jù)式(2)將兩者進(jìn)行比較，得到能耗差。

式中，Q1是低負(fù)荷的供電煤耗，g/kWh；Q2是啟停兩班制的供電煤耗，g/kWh；λ1低負(fù)荷情況下的單臺機組負(fù)荷，MW；λ2啟停兩班制情況下的單臺機組負(fù)荷，MW；n1低負(fù)荷情況下運行機組的臺數(shù)；n2為啟停兩班制情況下運行機組的臺數(shù)；τ為機組運行時間，h；ΔQ為啟停機機組消耗的煤耗，g/kWh。

由式(2)可以看出，能耗差與調(diào)峰時間以及總負(fù)荷有關(guān)，當(dāng)機組在低負(fù)荷運行，由于機組煤耗較大，調(diào)峰時間達(dá)到一定的值時，機組啟停機煤耗會低于低負(fù)荷運行的煤耗總和，此時兩班制運行具有優(yōu)勢。

以某電廠3×660 MW機組為例，單臺機組運行負(fù)荷范圍在230～660 MW，根據(jù)式(2)計算機組在可運行負(fù)荷范圍內(nèi)與煤耗差的曲線如圖3所示，圖例中3-2表示可運行投入的機組3臺，采用啟停兩班制方式運行到2臺；2-1表示可運行投入的機組2臺，采用啟停兩班制方式運行到1臺。從圖中可以看出，機組容量越大，低負(fù)荷運行與啟停兩班制的煤耗差越小，而且啟停時間越長，煤耗差也越小，從圖上可以看出，臨界時間點一般超過了8 h。例如:3-2運行方式下，當(dāng)全場負(fù)荷在1 263.93 MW時，調(diào)峰時間為9 h，此時，機組啟停機所需的煤耗等于低負(fù)荷運行的煤耗總和，如果調(diào)峰時間繼續(xù)延長，則兩班制運行方式的經(jīng)濟(jì)性將開始大于低負(fù)荷運行調(diào)峰方式。由于熱態(tài)啟動停機時間的限制，停機時間一般不超過8 h，因此低負(fù)荷運行調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性始終優(yōu)于兩班制方式。

圖3 不同負(fù)荷以及不同啟停機時間下的煤耗差

4 結(jié)論

針對某3×600 MW亞臨界機組電廠，根據(jù)性能試驗的供電煤耗結(jié)果，分析該廠機組深度調(diào)峰運行下低負(fù)荷和啟停兩班制調(diào)峰運行方式的經(jīng)濟(jì)性情況，得到結(jié)論:①試驗獲得660 MW機組在不同負(fù)荷下的性能特性，噴嘴配汽運行方式比節(jié)流配汽運行方式節(jié)能，且當(dāng)機組小于50%負(fù)荷時，機組煤耗相對上升較快；②計算獲得該機組采用熱態(tài)啟動模式下的機組啟停機煤耗約為266.73t標(biāo)煤；③多臺機組的電廠總負(fù)荷容量越大、調(diào)峰時間越長，可運行機組越多，啟停兩班制節(jié)能優(yōu)勢越顯著；④對于亞臨界調(diào)峰機組，低負(fù)荷運行調(diào)峰方式的經(jīng)濟(jì)性始終優(yōu)于兩班制調(diào)峰方式，但是當(dāng)深度調(diào)峰不限于熱態(tài)時間啟機，實施啟停兩班制調(diào)峰方式將更具節(jié)能減排意義。