350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組靈活性改造分析

1、350MW臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組靈活性改造分析引言由于近幾年可再生能源（主要是風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電）裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，棄風(fēng)、 棄光問(wèn)題愈演愈烈1,全國(guó)平均棄風(fēng)、棄光率長(zhǎng)期高于 20%2-3,對(duì)非水可再 生能源的消納成為迫切任務(wù)4-7 o為解決這一問(wèn)題，國(guó)家發(fā)改委、能源局下發(fā) 了一系列文件8-10,先后啟動(dòng)了兩批共22個(gè)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目,重點(diǎn) 推動(dòng)“三北”地區(qū)火電機(jī)組（30萬(wàn)kW級(jí)及以上供熱機(jī)組）的靈活性改造。對(duì)火電企業(yè)來(lái)講，尤其是供熱電廠，無(wú)論是從當(dāng)前國(guó)家政策形勢(shì)還是企業(yè)自身生存發(fā)展需要，機(jī)組靈活性改造都將是各企業(yè)要面對(duì)的重要課題11-12。根據(jù)當(dāng)前政策，電網(wǎng)內(nèi)靈活性改造的機(jī)組越多，未進(jìn)行靈活性改

2、造的電廠所承擔(dān)的 調(diào)峰費(fèi)用就越多，經(jīng)營(yíng)壓力將會(huì)越來(lái)越大。為此，本文將對(duì)國(guó)內(nèi)幾種主流火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)路線進(jìn)行綜合對(duì)比、分析，結(jié)合華北地區(qū)對(duì)于火電機(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償政策,評(píng)估火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造后對(duì)后期經(jīng)營(yíng)的影響，研究得出當(dāng)前形勢(shì)下火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造的最優(yōu) 方案，為新建以及即將進(jìn)行火電機(jī)組靈活性改造的供熱電廠提供技術(shù)參考。1對(duì)火電機(jī)組靈活性改造要求火電運(yùn)行靈活性主要包括調(diào)峰能力、爬坡速度、啟停時(shí)間等3個(gè)主要部分。目前我國(guó)供暖期熱電機(jī)組“以熱定電”方式運(yùn)行，冬季最小出力一般在60%70%左右，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍較小，調(diào)峰能力不足，是制約火電機(jī)組靈活性改造的關(guān)鍵因 素13。靈活性改造要求熱電機(jī)組增

3、加20%定容量的調(diào)峰能力，供熱期達(dá)到40%50額定容量的最小技術(shù)出力，實(shí)現(xiàn)熱電機(jī)組熱電解耦；純凝機(jī)組增加15%20額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到 30%35額定容量14。供熱機(jī)組進(jìn)行靈活性改造后，具備深度調(diào)峰的能力，調(diào)峰幅度增大，可以快 速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的需要。通過(guò)實(shí)施火電靈活性?xún)?yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)供熱期熱電解耦， 可以使火電廠更好地適應(yīng)未來(lái)的形勢(shì)，具備參與競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)的基本條件。2靈活性改造的幾種技術(shù)路線分析1對(duì)于供熱機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，實(shí)現(xiàn)熱電解耦，當(dāng)前的技術(shù)路線主要有：儲(chǔ) 熱技術(shù)、電熱鍋爐、主再熱蒸汽輔助供熱、低壓轉(zhuǎn)子改光軸、低壓缸零出力供熱 等技術(shù)。儲(chǔ)熱技術(shù)儲(chǔ)熱技術(shù)是在熱網(wǎng)中增加熱網(wǎng)循

4、環(huán)水儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)能量的吸收和釋放，可實(shí)現(xiàn)“熱電解耦”，在供熱期可提高機(jī)組的變負(fù)荷靈活性。圖 115為 蓄熱罐與熱網(wǎng)系統(tǒng)直接連接系統(tǒng)示意圖，蓄熱水罐系統(tǒng)在熱網(wǎng)中的連接方式一般 采用直接連接，即蓄熱水罐直接并入熱網(wǎng)中去。但采暖季熱負(fù)荷最大的時(shí)間內(nèi)， 當(dāng)蓄熱水罐無(wú)法單獨(dú)確保熱電解耦時(shí)，一般采用鍋爐抽汽方案或電鍋爐方案配合 使用，與蓄熱水罐一起繼續(xù)保證蓄熱系統(tǒng)的熱電解耦時(shí)間。另外，當(dāng)增加蓄熱系 統(tǒng)后，在考慮最冷月采暖熱負(fù)荷的情況下，熱網(wǎng)循環(huán)水泵需分流一部分流量用于 蓄熱，用于供熱的熱網(wǎng)循環(huán)水流量將減少，需要對(duì)供暖期最大供熱負(fù)荷下的熱網(wǎng)循環(huán)水流量進(jìn)行核算，避免機(jī)組在最冷月份無(wú)法參與調(diào)峰。圖1蓄

5、熱罐與熱網(wǎng)系統(tǒng)直接連接系統(tǒng)示意圖Fig. ISchematic diagram of direct connection system between heat storage tank and heat supply network表1幾抻使本況以對(duì)比Tab. 1 Comparison a( stvral T膽chn伯a(chǎn)l raut9s我使U*善”戛筌,某工70休V國(guó) 二三.J 石土雄以任一至Z3 口金十欄;將工生 要司三七占的兼大；m子翻葡恚曲窿，甥臣智負(fù)荷； 出幅習(xí)自巖.應(yīng)當(dāng)干WT偌土芋店居第苧 rRKF T把能敘縣高廠巨出豈卑笆金古文后冷也七三工會(huì)充茂點(diǎn) 枝士位手.:李三三選需n譚利毋

6、于曲碼工，仁直包理二至廣言也 X:=口弱壬電氣壟苴晏三更上 7 江英等技車(chē)三安曼,哄匡停;t食:聿要與WE曾主空軍,躲第片內(nèi)步脖爐L音值 至,蕓廣轉(zhuǎn)板麻：主麋蟒汽蹴S雌的4a Itgrtu任壬安 了技板力造，融心fl茨電過(guò),白矢用力有衽I市術(shù)tW ;現(xiàn)造 子自懂痘質(zhì)?靖連.撓度疑先之，可能與期|動(dòng)向 S : ?當(dāng)?shù)桨?疝區(qū)工B電11狂泮；任鈕 零出力術(shù)量限已蘭A上匕 色竟用邙二煙鼻T, 一黑?三=1. 0,廣工丸二芍酬鱷7。剛匕可父希團(tuán)盟女君禱01.1洋溶裳工焉法qiw-3;迨韓漁工千里蘭X主工之空亍 法美管.工宴K技中立里司事三,T隹過(guò)一廢嵯二二土2電熱鍋爐技術(shù)電熱鍋爐技術(shù)主要分為電阻式鍋爐

7、、 電極式鍋爐、電熱相變材料鍋爐和電固 體蓄熱鍋爐，其中做到高壓電直接接入和大功率直供發(fā)熱的方案是電極式鍋爐， 電極式鍋爐是利用含電解質(zhì)水的導(dǎo)電特性， 通電后被加熱產(chǎn)生熱水或蒸汽，單臺(tái) 鍋爐的最大功率可達(dá)80 MW電極鍋爐在歐洲的應(yīng)用較多，投資的商業(yè)模式是提供電力市場(chǎng)價(jià)格平衡調(diào)節(jié) 的手段，在上網(wǎng)電價(jià)低于某一定值時(shí)，通過(guò)電鍋爐將低利潤(rùn)甚至負(fù)利潤(rùn)的發(fā)電量 轉(zhuǎn)化為高利潤(rùn)的供熱量。主再熱蒸汽輔助供熱技術(shù)主再熱蒸汽輔助供熱技術(shù)是考慮到汽輪機(jī)的運(yùn)行特性和鍋爐燃燒運(yùn)行工況， 確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，并盡可能減少機(jī)組改造工作量。從鍋爐主再熱蒸汽取汽， 經(jīng)減溫減壓，并滿(mǎn)足熱網(wǎng)加熱器設(shè)計(jì)要求參數(shù)時(shí)， 進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器

8、，使機(jī)組在低 負(fù)荷運(yùn)行工況下最大限度提升機(jī)組供熱能力。低壓轉(zhuǎn)子改光軸技術(shù)光軸改造是將現(xiàn)有汽輪機(jī)改成高背壓式供熱機(jī)組，低壓缸不進(jìn)汽，主蒸汽由高壓主汽門(mén)、高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)進(jìn)入高中壓缸做功。中壓排汽 （部分低加回?zé)岢槠?除）全部進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器供熱。將低壓轉(zhuǎn)子拆除后，更換成一根光軸，連接高中 壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，光軸僅起到傳遞扭矩的作用。此技術(shù)改造后沒(méi)有低壓缸做 功，可以回收原由低壓缸進(jìn)入凝汽器排汽熱量， 減少冷源損失，使盡可能多的蒸 汽用于供熱。目前該技術(shù)應(yīng)用的供熱機(jī)組較多，但由于將低壓轉(zhuǎn)子更換為光軸后低壓缸不 進(jìn)汽，機(jī)組帶電負(fù)荷能力在整個(gè)供熱期將隨之降低， 因此機(jī)組實(shí)際調(diào)峰范圍并沒(méi) 有實(shí)質(zhì)性擴(kuò)大，采

9、用該技術(shù)主要是為提高機(jī)組供熱能力，擴(kuò)大供熱面積。低壓缸零出力技術(shù)低壓缸零出力供熱技術(shù)，其核心是僅保留少量冷卻蒸汽進(jìn)入低壓缸，實(shí)現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子“零”出力運(yùn)行，更多的蒸汽進(jìn)入供熱系統(tǒng)，提高供熱能力，降低供熱期 機(jī)組負(fù)荷的出力下限，滿(mǎn)足調(diào)峰需求，同時(shí)減少了機(jī)組冷源損失，發(fā)電煤耗下降 明顯。對(duì)于300 MW等級(jí)機(jī)組，改造后在相同主蒸汽量的條件下，采暖抽汽流量 每增加100 t/h ,供熱負(fù)荷增加約70 MW電負(fù)荷調(diào)峰能力增大約50 MW發(fā)電 煤耗降低約36g/(kW - h)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)供熱機(jī)組在抽汽凝汽與高背壓運(yùn)行方 式的不停機(jī)靈活切換，實(shí)現(xiàn)熱電解耦，總體成本低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用小。幾種技術(shù)路線對(duì)比與選

10、擇如表1所示，綜合對(duì)比分析現(xiàn)有火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)路線的投資費(fèi)用、 運(yùn)行成本以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，低壓缸零出力供熱技術(shù)在初期投資、運(yùn)行成本、深度調(diào)峰能力方面都比其他技術(shù)有優(yōu)勢(shì)，非常適合現(xiàn)階段新建電廠以及已投產(chǎn)電廠 機(jī)組靈活性改造，因此，該電廠進(jìn)行低壓缸零出力供熱技術(shù)改造具有可行性。3靈活性?xún)?yōu)化改造對(duì)后期經(jīng)營(yíng)的影響3.1華北電網(wǎng)調(diào)峰補(bǔ)償政策2017年1月15日起，華北電網(wǎng)調(diào)峰補(bǔ)償實(shí)施細(xì)則進(jìn)行了最新一次修訂(華北監(jiān)能市場(chǎng)201718號(hào)文)，將供熱月份(11月至次年3月)“調(diào)峰貢獻(xiàn)”調(diào)整為 由“低谷負(fù)荷率”計(jì)算得出。非供熱月份不變，同時(shí)適當(dāng)提高了補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)峰 時(shí)段如表2所小。10.12096/j.2

11、096-4528.pgt.2018.069.T002 表 2華北電網(wǎng)調(diào)峰時(shí)段Peak adjustment period of North China Power Grid1i).2季節(jié)負(fù)荷舄15盯葭負(fù)荷低管時(shí)段百季09:30-11.301630-19視00 00-05 加亨竽10.00-11.30140017 M0000-05:00機(jī)冬季09:3011:3016301830OO.DD-05:ODF環(huán)自助每年1：舊月12與用慮日助服宅的機(jī)臺(tái)郵機(jī)色低谷E荷壬昔房修若尋.機(jī)近.的低占云荷莖：眼/7P_W呼伯.單式中：虱叱_間$為當(dāng)日荷任三時(shí)第刃馮的平均出加MW);鼠6J$為機(jī)組衲曲定裝機(jī)吞地剛皿系

12、藐低者負(fù)荷五：SB:皿叫田上唱以m皿S式中；削P一仲小S為當(dāng)小氏任時(shí)段系燃總發(fā)電平均出力(MW);$為當(dāng)日低告匚段系琉在網(wǎng)機(jī)里總做定芳禮香墾供熱后份靜與嗯怪非助我懸的小理銀祭便日珊埠受假計(jì)算餐修菊H球近：卜忸和封庵費(fèi)用.1 )當(dāng)機(jī)組低谷調(diào)幅貴麻雪口日的大于。時(shí),毋冷機(jī)組應(yīng)茯得的日局旌輔的維蕓補(bǔ)卷袈田內(nèi)$F Q - Deto B n(nes (G_i) limes A times jpnimm i$科)式中:骷$為濟(jì)修幽價(jià),供熱月份為300元他1W ; 1或mm$為補(bǔ)償聚敬r SgamnM = 1。能革匕僧Deha B *. 0 1)S ; Sjamma = 1 5SS(0.1 UecpMDel

13、ta B 0.2)1; |i(pmma = 2(fll 2 Meqslant IDA B)L2)供熱月份京津思迪同E咽旌騎幼眼靖補(bǔ)黃登用為SF = teumlrniisji = 1fK &F$ $式中：%F聲為當(dāng)日第膝機(jī)母甚得的周喳整帶眼密補(bǔ)苫商丹(元) N為當(dāng)閂$ Della弘文于。的機(jī)筆弁.3)當(dāng)班生塘直支獻(xiàn)率$DMn B$小于。盯,第沙機(jī)組區(qū)承擔(dān)叼三調(diào)國(guó)再動(dòng)用哥稈博密用為t|FJH F Uimes Wac(U)Bla B Une* (G_1 imes kgamma _iksdnAinnitB Jf = 1*K QDeka B UnesGJ dimes (gamma _Q) S式中：FK供

14、炒月嘮京津唐電則至網(wǎng)口嗯住碎男脹將A依號(hào)用1元 內(nèi)土當(dāng)日就加ME$小于哨機(jī)堡數(shù).$(gamrna同為補(bǔ)孽字故,臺(tái)中rnrra = 1( - 0 1 xleqslamt Delta B 。悔；SigarnrTia - 1 5JS( - 0 2 UeqslanL .Oelld B - 0 i)S; Samma = 2pDeta B - D 2)SL機(jī)組因提供深度調(diào)峰服務(wù)造成的比基本調(diào)峰少發(fā)的電量, 按照250元/(MW-h) 補(bǔ)償。單機(jī)容量在100 MWZ上的機(jī)組啟停調(diào)峰一次，按機(jī)組容量補(bǔ)償1500元/MW因參與低谷調(diào)峰而將出力降至機(jī)組容量的50犯下的機(jī)組，低谷時(shí)段若出現(xiàn)滅火、非停掉閘情況，若在當(dāng)

15、日早高峰前恢復(fù)并網(wǎng)，不計(jì)入非?？己恕?.2計(jì)算結(jié)果通過(guò)3.1.2中供熱期計(jì)算方法，可得出當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)峰補(bǔ)償政策下，不同調(diào)峰 負(fù)荷下的補(bǔ)償費(fèi)用。其中，按照系統(tǒng)低谷時(shí)段負(fù)荷率為55%計(jì)算得出不同調(diào)峰負(fù)荷下有償調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用；按照基本調(diào)峰負(fù)荷率為50%計(jì)算得出不同負(fù)荷下深度調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用；當(dāng)機(jī)組不參與電網(wǎng)深度調(diào)峰服務(wù)時(shí)，計(jì)算得出機(jī)組負(fù)荷高于系 統(tǒng)低谷平均負(fù)荷時(shí)，需承擔(dān)每日的調(diào)峰分擔(dān)費(fèi)用。如圖 2所示，若在供熱期，該 電廠參與系統(tǒng)調(diào)峰，則會(huì)因調(diào)峰而少發(fā)電，同時(shí)獲得有償調(diào)峰補(bǔ)償和深度調(diào)峰補(bǔ) 償，并隨著機(jī)組負(fù)荷的降低每月獲得補(bǔ)償依次遞增。但是如果機(jī)組不參與調(diào)峰時(shí)，按照“以熱定電”方式運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷率相對(duì)較高，可

16、在供熱的同時(shí)多發(fā)電，同 時(shí)要承擔(dān)調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用。-1003U507090機(jī)組低負(fù)尚盤(pán)平均負(fù)楣4 %-有借調(diào)恪梅郎 一探摩鞫蜷補(bǔ)談 J調(diào)郵號(hào)捶黃用 O圖2不同調(diào)峰方式及機(jī)組負(fù)荷下對(duì)收益影響（按每月折算）Fig. 2Effect of different peak shaving methods and unit load on income (monthly conversion)供熱機(jī)組供熱期平均出力下限按 60麻定負(fù)荷計(jì)算，可得出不同負(fù)荷下發(fā)電量對(duì)收益的影響，如圖3、圖4所示E二n熱竊芝-bJO胡用低負(fù)荷J1甲均正向卓九* 600 mit-衿力濫 ，脈山k_圜3不同揖準(zhǔn)煤協(xié)格及機(jī)電負(fù)荷下電量對(duì)

17、收益影響（按每日折算）00800口 3 2 Iurf藍(lán)要弓三=二號(hào)彳三.350 元*5070機(jī)組假負(fù)荷段甲均負(fù)幫率先 650向:上巴T-m心 * t-*-$00 心典4供熱期不同標(biāo)牲埋始格及機(jī)組負(fù)荷下電量對(duì)收益&嗝按每月折聳）本項(xiàng)目建設(shè)2臺(tái)35萬(wàn)kW國(guó)產(chǎn)超臨界燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)間接空冷機(jī)組，安裝高效 除塵、脫硫、脫硝和在線煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，各項(xiàng)排放指標(biāo)均滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保要求， 設(shè)置2臺(tái)1266 t/h超臨界直流煤粉鍋爐，具備 820 M愀熱能力，該廠機(jī)組設(shè)計(jì) 供熱面積為1640萬(wàn)m2單臺(tái)機(jī)組額定抽汽量為580 t/h ,此抽汽量運(yùn)行工況下 機(jī)組負(fù)荷范圍在280300 MW當(dāng)進(jìn)行靈活性改造時(shí)（以低壓缸零出

18、力供熱技術(shù)方 案為例），采暖抽汽量每增加100 t/h ,供熱負(fù)荷增加約70 MW電負(fù)荷調(diào)峰能力 增大約50 MW結(jié)合額定采暖抽汽工況熱平衡圖，機(jī)組可增加 55 MW勺調(diào)峰出力， 調(diào)峰范圍達(dá)到225300 MW如圖3、圖4所示，以標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)為700元為界限，當(dāng) 標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)在700元以下時(shí)，在供熱期，該電廠收益會(huì)隨著機(jī)組負(fù)荷的升高呈上升 趨勢(shì)，在機(jī)組負(fù)荷率約為65姒上出現(xiàn)正收益；傷J如當(dāng)標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)為 500元/t ,機(jī) 組負(fù)荷率為85%寸，收益可達(dá)到83萬(wàn)元/每月，此時(shí)，機(jī)組不宜進(jìn)行調(diào)峰，應(yīng)多 帶負(fù)荷。當(dāng)標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)在700元以上時(shí)，該機(jī)組宜進(jìn)行調(diào)峰，以減少經(jīng)營(yíng)損失。4結(jié)論通過(guò)靈活性改造技術(shù)路線對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，雖然低壓缸零出力供熱技術(shù)運(yùn)行時(shí) 間不長(zhǎng)，但從國(guó)家政策、工程造價(jià)