热电联产机组运行节能优化及研究

热电联产机组运行节能优化及研究

王俊

江苏大唐国际如皋热电有限责任公司 江苏南通 226500

摘要：热电联产机组“以热定电”的运行方式导致其调峰能力不足是造成我国“三北”地区电网大量弃风的一个重要原因。为鼓励火电机组提升调峰能力，国家能源局提出了“谁调峰，谁受益”的原则，为可再生能源发电提供调峰能力的发电机组可以享受优先调度的激励。为了实现热电联产机组热电解耦和提高其深度调峰能力，更多消纳风力发电，电锅炉、储热罐等蓄能方式在火电厂得到快速发展。对于热电联产机组，配置储热罐后可以使热和电在生产过程中实现解耦。

关键词：热电联产机组;节能优化

引言

随着国家能源政策的调整，大力发展热电联产、集中供热，提高能源综合利用效率，促进节约能源、环境保护和经济效益的和谐与统一愈来愈受到社会各界的重视，目前以供热为主要任务的电力建设项目正在全面开展，而能源利用的不合理现象或不节能的生产方式却普遍存在。随着政府节能减排力度的推进，发电企业积极响应国家号召，节能不仅是增加经济效益的重要手段，而且是义不容辞的社会责任。

1概述

储热罐作为一种蓄能技术可在一定程度上实现热电联产机组热电解耦，提高热电联产机组深度调峰能力。针对目前热电联产机组配置储热罐后的运行优化问题，本文对某电厂亚临界2×330MW热电联产机组配置储热罐后运行方式及优化效果进行分析。

2机组自动解列

2.1并网线路故障自动解列

110kV并网线路采用高压输电线路光纤保护装置，与对侧变电站组成纵联光纤差动保护，后备保护投入距离I、II、III段以及零序过流I、II、III段，当线路发生区内故障可由光纤差动保护快速切除，当发生区外故障时可通过线路后备保护切除。

2.2系统故障自动解列

当对侧变电站发生主干线路跳闸，进入小网运行，由于地方电网主要依托于主干线路下网，主干线路跳闸后电力缺口巨大，进入小网后，频率、电压将急剧下降，网内小机组频率在1秒内降至40Hz，最终造成全网失压。为了在系统故障情况下，能快速脱离故障电网，原则上保证用户供电供热，最终保障热电联产厂用电，需要对低周自动解列装置进行整定计算。热电联产升压站、电源侧变电站、化工降压站为单回线三角环网结构，开环点在110kV油弛线122处。热电联产站110kV122开关为固定与系统联络开关，按第一轮整定，根据相关规定，低频启动频率定值49.5Hz，保留0.1Hz裕度取49.4Hz，滑差定值取1Hz，滑差闭锁取5Hz，防止电压回路故障造成误动；低频第一轮整定取49Hz，时限0.5S。热电联产站110kV121开关为化工负荷联络开关，按第二轮整定，低频启动频率定值、滑差闭锁值同122开关定值，因在第一轮动作脱离大网后，热电联产转入带用户小网运行，在出现大的有功缺口状况下，频率变化率较大，根据用户单台最大电机容量，滑差定值取2Hz；根据热电联产机组主油泵压力与最低转速关系，低于2800rpm自动主汽门TV将无法保持开度，将造成孤网瓦解，充分利用系统的旋转备用容量和足够裕度，低频第二轮整定值取48.5Hz，即机组转速在2910。

3热电特性

热电联产机组热电特性采用发电机电功率N和对外供热量Q表征。为保证热电联产机组安全运行，其安全运行区间的计算需要满足以下条件：1）满足锅炉最大连续蒸发量和汽轮机最大进汽量；2）满足锅炉不投油最低稳燃蒸发量；3）满足汽轮机低压缸最小冷却蒸汽流量；4）满足供热蒸汽参数达到供热要求；5）对于中低压联通管打孔抽汽供热模式，需保证中压缸末级叶片强度安全性，且中压缸排汽温度不超过规定限值。同热负荷Q所对应的机组调峰区间为锅炉最大负荷曲线与最大供热工况曲线之间的差值；随着机组对外供热负荷增大，电调峰能力降低。取对外供热负荷为250MW，机组最小发电功率为155.2MW，最大发电功率为296.6MW，电调峰能力为141.4MW（额定容量的42.8%）。

4热电联产机组运行策略

汽轮机热耗率是评价机组热功转换能力的重要经济指标，因而对热电联产机组的运行经济性主要体现在多台机组的总体平均热耗率最低。若将热电负荷平均分配方式作为基准，由前述计算可得：热电负荷平均分配时，3、4号机组平均热耗率为7407.0kJ/(kW·h)；当热负荷平均分配、电负荷不均匀分配时，3、4号机组平均热耗率最低为7375.5kJ/(kW·h)，平均热耗率降低31.5kJ/(kW·h)；当电负荷平均分配、热负荷不均匀分配时，3、4号机组平均热耗率最低为7337.0kJ/(kW·h)，平均热耗率降低了70.0kJ/(kW·h)。由此可知，电负荷平均分配、热负荷不均匀分配时机组总能耗最低，节能效果最好。综上所述，热电联产机组在热电负荷一定时，应优先选择电负荷均匀分配、热负荷不均匀分配的运行方式，以提高机组的运行经济性。

4运行优化效果

热电联产机组配置储热罐后，优化储热罐运行方式及合理分配供热机组热电负荷对节能降耗意义重大，其运行优化效果的评估对电厂运行人员也具有一定的技术指导意义。结合该电厂采暖期机组实际运行情况，仍以采暖季2台机组白天电负荷率75%（5:00—23:00），夜间电负荷率40%（23:00—5:00）为电负荷基准。供热初、末期对外供热负荷低，供热机组全天电负荷对应的最大供热负荷均可满足对外供热，此时供热机组处于热电负荷供需平衡状态，储热罐可投运，也可不投运；供热中期对外供热负荷较高时，供热机组全天某些时段电负荷对应的最大供热负荷不满足对外供热，此时供热机组处于热电负荷供需不平衡状态，必须投运储热罐。根据该电厂所处地区气候条件，例如：取采暖初、末期对外供热负荷为332.9MW，2台机组白天75%负荷率下对外最大供热负荷为702.8MW，夜间40%负荷率下最大供热负荷为413.3MW。考虑储热罐最大设计储热能力时，3、4号机组投运储热罐后白天对外总供热负荷为398.9MW，夜间对外总供热负荷为134.9MW。节能分析考虑该电厂采暖期3、4号机组实际运行情况，采暖季投运储热罐后节能分析边界条件为：1）3、4号机组白天电负荷率为75%，夜间电负荷率为40%，供热负荷平均值为332.9MW，供热负荷最大值为537.8MW；2）假定储热罐在整个采暖期都投运，每天储、放热时长为18h/6h，最大储热量为1188MW·h；3）采暖季供热天数为150天，对外供热负荷大于390.2MW的天数为50天（热电负荷供需不平衡），小于390.2MW的天数为100天（热电负荷供需平衡）。整个采暖季3、4号机组总节煤量为1618.2t，总收益为129.5万元。

结语

配置储热罐后可显著提高热电联产机组的深度调峰能力，在现有单台机组对外供热负荷为250MW时，配置储热罐后单台机组的调峰容量最小提高了额定容量的15.2%，最大提高了额定容量的24.2%。因此，在目前因风热冲突导致大量弃风的“三北”地区，热电联产机组配置储热罐有巨大的潜在应用效益。

参考文献

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