“以热定电”下热电联产机组节能调度策略分析

“以热定电”下热电联产机组节能调度策略分析

李嘉梁

（茂名臻能热电有限公司广东茂名525000）

摘要：当下供热机组，存在煤耗高、污染环境等缺点，严重影响了国家的合理利用能源政策。针对供热机组“以热定电”的运行方式与机组调峰合理调度之间存在的矛盾,通过供热机组最小出力的计算,提出了应根据机组特性和实际热负荷计算出每台机组最合理的发电功率和“以热定电”理论考核曲线的建议,并分析供热机组出力调整及参与电网调峰的运行方式。

对于多台供热机组总的负荷应该首先考虑机组之间优化分配，在分配负荷后进一步考虑单机优化。“以热定电”就是机组的热负荷大小确定其发电负荷，让凝气发电部分达到最小，所以确定最小凝汽量是建立“以热定电”发电量数学模型的先决条件。文中通过蒸汽在机组最末级做工为零这一极限情况，也就是假设最小凝汽量判断最末级的轮周有效比焓降是否接近零而反复迭代确定最小凝汽量，因为汽轮机级中的轮周有效比焓降就是蒸汽的做工能力。机组的简化工况图中的流量与发电功率之间呈直线关系，根据汽轮机及组件化工况图中的最小凝汽工况线得出最小发电功率与主蒸汽流量之间的数学方程。再计算机组在不同抽汽量下的最小发电功率，然后进行曲线拟合，得出供热机组“以热定电”发电量的具体数学模型。

一、供热机组“以热定电”研究方法概述

1、热力计算法[1]。根据机组热负荷的变化，获取相应的热力参数，计算出机组在某一热负荷下的理论最低发电功率。前提条件是机组具有比较详细的设计及改造资料，可采用计算的方法确定机组供热期最小负荷运行方式。由于供热机组在实际运行中热负荷会经常发生变化，使机组很难完全处于设计状态下工作，这就需要对机组进行变工况计算。机组和热力系统工况发生变化时，最基本的变化因素是通过汽轮机的蒸汽流量或通过级组的蒸汽流量发生变化。级组通过蒸汽的能力决定于级组前后压力，因而通流量发生变化将引起级组前后压力的变化。为了计算准确，该方法需分级组进行计算，需要比较详细机组设计及改造资料，计算工作量比较大，计算过程比较烦琐和复杂。

2、供热工况图法。由于热、电负荷变化不规律，在进行供热机组的变工况热、电负荷计算或分配时，常把各种运行条件下的汽轮机组功率、流量和抽汽量关系表示成曲线形式，即供热机组的工况图。若机组具有比较完整的供热工况图，可采用本方法确定机组供热期最小负荷运行方式。

3、现场试验法。根据机组实际供热量，在满足供热参数的条件下，通过试验确定机组供热期最小负荷关系曲线。

二、以热定电下热电负荷的分配

1、供热机组间的运行方式优化

热电厂如何合理地将热、电负荷在各机组间进行分配，在保证热用户用热及电网调度部门所要求的发电指标下使机组能够安全高效地运行，这是每个热电厂都必须深入研究的问题。“以热定电”的实施也应该是建立在各厂负荷优化分配基础上的，只有这样才能真正保护热电厂的利益，也有利于“以热定电”的实施。

对热电厂各个机组间的热、电负荷进行最佳分配，以保证全厂的煤耗量最小是一个不断向纵深发展的节能研究领域，是进行单机经济性诊断的前提，是火电厂经济性诊断和经济运行不可分割的重要组成部分。

2、热电厂热、电负荷分配原理

热、电是两种性质迥然不同的负荷,在热电联产的前提下求解热电的最佳分配有多种可行方案,比较成熟的有等微增率法和数学优化方法。前者简单易懂,使用方便,但为了达到整个系统的标准煤耗最小,要求总的煤耗目标函数为凸函数。另外,该法对电厂的汽轮机、锅炉及其不同组合的微增率曲线有严格的精度要求,而供热机组的总热耗与功率关系线性度较差,受热电厂所带热负荷影响较大,因此用该法来同时分配热、电两种质量不同的负荷可行性较差。后者是通过建立数学模型并确立相应的约束条件,运用现代数学理论中优化算法求解,精确度、可信度都很高,但是供热机组数学模型复杂,约束条件也错综复杂,在实际运行中计算时间很长,很难及时指导不断变化的实际状况。

本文所用的方法是一种基于热、电分离,以热定电的方法,既可以简化繁杂的热力计算又可以达到较高的精确度,其基本思想是将热电厂热、电负荷简化成几个背压机进行热负荷分配和几个凝汽轮机进行电负荷分配来处理。实际计算中先分配热负荷,在以热定电的基础上再分配电负荷[2]。

三、建立以热定电的数学模型及示例

本课题的研究是为了帮助供电公司监控热电厂的额外发电量，所以我们应准确地计算出理论的“以热定电”发电量。“以热定电”就是以供热量的大小来确定发电功率的大小。相当于把发电作为供热的副产品，控制热电厂的发电量，不让其挤占电网市场，影响供电公司的售电量。机组的进汽量大体方向分为回热抽汽、供热抽汽和最后流入凝汽器的排汽。回热抽汽量由回热系统中回热加热器的热平衡方程确定;供热抽汽量由当时当地的热用户条件来确定。如果热电厂按照“以热定电”的原则运行，那流入凝汽器的蒸汽量就要尽可能达到最小。“以热定电”的发电量就是供热发电量与最小凝汽发电量之和。

在实际的工程技术中，经常把汽轮机组的进汽量、调节抽汽量及功率之间在各种运行条件下的关系画成曲线，此曲线图就是表示供热机组的工况图。可以由此供热机组的工况图中的工况线回归形成机组运行的数学模型[3]

结论

很多热电厂的生产都以发电为主，为防止其挤占电力市场销售份额，影响供电公司售电。有关部门应对热电厂进行监控，让其按照“以热定电”原则发电，但须先得知“以热定电”的发电量。本文通过理论分析得到以下结论

1.先根据供热量，由单元机组的热化发电系数K确定机组间的热负荷分配，然后配合电网调度进行发电量的调整，如机组效率低，则只进行满足热负荷的要求，即计算各机组的最小凝汽量定运行参数。

2.进入低压段的最小蒸汽量就是在机组最末级内不做功时所对应的排汽量，汽轮机级中，只有作用在叶片旋转的轮周方向的蒸汽作用力才会做功，单位时间内作用在叶片旋转的轮周方向的蒸汽作用力在动叶片上所做的功称为轮周功率。我们可通过试凑法确定最小凝汽量。

3.供热机组的工况图中的曲线就表示了汽轮机组的进汽量、调节抽汽量及功率之间在各种运行条件下的关系，为方便建立发电量的数学模型，假定低压缸的理想比焓降和内效率都不会随着流量的改变而改变，做成简化工况图，使功率与流量之间呈直线状态，根据简化工况图中的最小凝气工况线和一些基本公式把工况线回归成的电功率的数学模型。再根据最小凝汽量不同抽汽量下的发电功率通过origin软件进行拟合，就可得出具体的“以热定电”发电量的数学模型。系统应满足几点要求:（1）能准确检测供热蒸汽、回热抽汽和排汽的流量、压力及温度等参数;（2）能准确计算出不同抽汽流量下的最小发电功率;（3）能准确远传至有关电力管理部门，供其提取和调用。

参考文献

[1]宁新宇,梁绍华,张希光等.烟煤锅炉掺烧褐煤的可行性试验研究[J].热力发电.2010，39(12)：53-55.

[2]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安交通大学出版社,1994.

[3]王毅林.电厂汽轮机原理及系统[M].北京:中国电力出社.2006：169-170.

[4]倪景峰.热电联产机组以热定电运行的研究及软件实施:[D].北京；华北电力大学,2004：9-13.

[5]王漪.供热机组以热定电调峰范围的研究[J]．中国电力.2013,46(3):59-62.