張 駿, 李 勇, 叢星亮, 蘇 陽

(國網安徽省電力有限公司電力科學研究院, 安徽 合肥 230601)

0 前言

隨著全社會用電需求增速放緩以及可再生能源的大規(guī)模發(fā)展，截至2020年底，我國發(fā)電裝機容量達20.0億千瓦，其中，煤電裝機容量10.8億千瓦，占比為49.1%，首次降至50%以下。2020年，新增發(fā)電裝機以新能源為增量主體。并網風電、太陽能發(fā)電新增裝機合計11 987萬千瓦，占2020年新增發(fā)電裝機總容量的62.8%(1)資料來源：《中國能源大數據報告(2021)》。。未來數年，我國可再生能源消費總量還將持續(xù)高速增長。風電、光伏發(fā)電的隨機性、間歇性較強，其大規(guī)模并網給電網的安全穩(wěn)定運行帶來了負面影響?；痣娎眯r數將會逐年下降，為此火電機組提升運行靈活性，為提高可再生能源的消納能力，大規(guī)模參與電網深度調峰將是大勢所趨[1-3]。

近年來，安徽省供熱發(fā)展迅速。截至2020年底，公用燃煤機組中供熱機組42臺，占比49%。全省公用燃煤機組2020年供汽875.6萬噸，較2016年增長126%(2)資料來源：《2020年安徽省公用燃煤火電機組節(jié)能減排分析報告》。。同時，安徽省2017年開展燃煤機組40%深度調峰試驗工作，供熱機組深度調峰環(huán)境下調峰能力計算成為熱點問題。

等效焓降法是一種熱平衡方法，既可用于熱力系統(tǒng)的整體計算也可用于熱力系統(tǒng)的局中定量分析[4-6]。將等效焓降法應用于火力發(fā)電廠以熱平衡圖或實際試驗參數為基準可以方便的得到機組的經濟性評估，結合深度調峰用于供熱機組可以得到機組出力特性。

1 計算模型

1.1 抽汽等效焓降計算方法

抽汽等效焓降Hj表示在抽汽減少情況下排擠抽汽做功的增加值，反之，抽汽量增加時，則表示做功的減少值，對于回熱抽汽的汽輪機計算公式如下：

(1)

式中，Ar為當加熱器j與r無疏水聯系時取水側焓升τr，當加熱器j與r有疏水聯系則取疏水放熱γr；j為加熱器編碼，加熱器編碼按進汽壓力大小從1開始排列；ηr為抽汽效率；r為加熱器j后更低壓力抽汽口編碼；qr為蒸汽在加熱器釋放的熱量；hj為加熱蒸汽焓；hn為汽輪機末級排汽焓；αj當j級加熱器在再熱器之前時為0，之后為1；σ為汽輪機熱再熱蒸汽焓與冷再熱蒸汽焓之差。

1.2 新蒸汽等效焓降計算方法

新蒸汽等效焓降是指1 kg新蒸汽在汽輪機中實際做功，計算公式如下：

(2)

(3)

式中，H0為新蒸汽等效焓降；Q為汽輪機循環(huán)熱量；HRt為汽輪機熱耗率；ηi為汽輪機循環(huán)效率。

1.3 供熱引起新蒸汽等效焓降下降

供熱蒸汽會導致新蒸汽做功能力下降，可以用等效焓降原理，按帶工質的熱量出系統(tǒng)計算，如果凝結水有回收利用時，再按帶工質熱水進入系統(tǒng)計算其回收功。供熱抽汽從i段抽汽引出，有φ比例的凝結水返回k加熱器出口，則供熱蒸汽引起的新蒸汽等效焓降下降ΔHi計算公式如下：

(4)

式中，αi為供熱蒸汽份額；φ為供熱蒸汽回水率；bi為供熱蒸汽回水焓；bk為k號加熱器出水焓。

1.4 供熱機組出力計算

已知汽輪機有m股抽汽向外供熱，根據汽輪機新蒸汽和供熱引起新蒸汽等效焓降下降，可建立如下關系：

(5)

式中，P為機組發(fā)電功率；G0為汽輪機主蒸汽流量；H0為機組純凝工況新蒸汽等效焓降。

1.5 供熱機組調峰區(qū)間模型

機組在滿足供熱條件下，負荷的可調區(qū)間隨著供汽流量大小而改變，供汽流量越大，機組負荷可調區(qū)間相對越小。當供熱穩(wěn)定即供汽流量變化不大時，可以通過變化主蒸汽流量，得到不同的機組發(fā)電功率，確定機組主蒸汽流量上下限即可通過等效焓降法得到機組的調峰區(qū)間。

深度調峰環(huán)境下，AGC機組的負荷調整范圍為40%～100%Pe(Pe為機組額定負荷)。可以通過機組調整負荷的上下限值，對應相應的機組主蒸汽流量，以此推算出在相應供熱負荷下的機組發(fā)電負荷可調區(qū)間。

1)調峰上限：根據AGC機組的負荷調整上限100%Pe確定機組的允許最大進汽流量，即機組在夏季工況(TRL工況)下的主蒸汽流量，為供熱機組新蒸汽的最大流量。根據供熱機組負荷計算公式，計算出對應供熱工況下的最大機組負荷，即為供熱機組調峰能力的上限值。

2)調峰下限：在保證汽輪機低壓缸最小進汽流量和鍋爐抽取工業(yè)供汽后不致引起超溫問題情況下[7]，根據深度調峰負荷調整下限40%Pe下的主蒸汽流量計算出對應供熱工況的最小機組負荷，即為供熱機組調峰能力的下限值。

2 實例分析

選取某600 MW供熱機組為參考機組，進行實例計算，機組的主要技術參數如表1所示。

表1 機組主要技術參數

該機組從中排抽汽穩(wěn)定向外供熱，供汽流量為100 t/h，機組最大蒸汽流量取機組TRL工況的主蒸汽流量；最小流量取深度調峰下限40%Pe工況對應的供熱工況主蒸汽流量，計算參數源自機組熱力計算書，對于運行多年的機組也可以參考熱力試驗結果計算，計算結果如表2所示。

表2 供熱機組調峰范圍

從表中可以看出，機組在向外供汽100 t/h時，機組的調峰范圍為256 MW至580 MW。根據機組的運行曲線和熱耗曲線，變化供汽流量可以得到機組調峰范圍隨供汽流量變化的曲線，對機組調峰有重大的參考意義。

3 結論

1)本文介紹了等效熱降法的基本原理，分析了供熱機組出力計算模型，當供熱穩(wěn)定時，可通過變化主蒸汽流量，得到不同的機組發(fā)電功率，在確定機組主蒸汽流量上下限后可得到機組的調峰區(qū)間。

2)根據機組的運行曲線和熱耗曲線，改變供熱機組供汽流量可以得到機組調峰范圍隨供汽流量變化的曲線，對機組調峰有重大的參考意義。

3)對某600 MW機組實際供熱工況進行了實例分析，得到了機組在中排供汽100 t/h情況下機組的調峰范圍為256 MW至580 MW。