600MW火电机组低负荷调峰的经济运行方式分析

600MW火电机组低负荷调峰的经济运行方式分析

刘小军1陈修栋2

（江苏阚山发电有限公司江苏徐州221000）

摘要：随着电网峰谷差的日益增大，600MW火电机组调峰是其必然趋势。提高调峰机组低负荷运行的经济性，是目前亟待解决的问题。从最优化的角度出发，对600MW汽轮机低负荷调峰运行中火电机组之间负荷的优化分配、汽轮机循环水系统运行方式的优化和配汽方式的优化方法进行分析，给出了通过改变运行方式指导调峰机组低负荷经济运行的具体方法。

关键词：600MW；火电机组；调峰；经济方式；分析

1导言

随着科技的进步和工业的发展，社会对电能的需求不断地增长，电网容量不断扩大，我国的用电结构也不断发生变化，水电、风电、核电被大规模引入电网。水电风电等新型能源引入电网之后加剧了电网的峰谷差，使调峰成为电网运行的难题。

2火电机组几种调峰运行方式的分析比较

2.1安全性

在控制好负荷变化幅度的范围内,采用低负荷运行方式,不论从设备使用寿命和操作安全来看都是最好的，而两班制调峰运行方式所涉及的安全问题最多,对机组的寿命损耗最大,操作也最多,因而事故率增加,所以安全性能较差，而少汽无负荷调峰运行方式从设备的寿命损耗、操作量和操作过程中所设及的安全问题均介于减负荷和两班制运行方式之间。

2.2调峰幅度

两班制和少汽无负荷方式调峰幅度均可到百分之百,而低负荷调峰方式在锅炉不投油助燃的情况下调峰幅度通常只能到百分之七十左右,经过燃烧设备改进后国内一般可达到百分之五十左右,而且还要受煤种等条件的制约,调峰幅度的限制是低负荷调峰方式最主要的缺点。

2.3机动性

低负荷运行方式,通常可将负荷变化率控制在每分钟百分之二到每分钟百分之五的范围内,这样在二十分钟以内即可改变机组负荷百分之四十以上，两班制运行方式,对非再热机组从锅炉点火到汽轮机满负荷运行约需一百到一百二十分钟,对中间再热机组在机组的结构和旁路系统的不同,起动速度差异较大,通常约需三个小时到六个小时，少汽无负荷方式，在汽轮机工况改变(从无负荷到带负荷)过程中省去了抽真空、冲转、升速、并网等操作,而且汽缸温度保持较高的水平,故从无负荷到满负荷的过渡时间大大缩短，这一过程通常在三十分钟左右的时间即可完成。从上述的情况来看,变负荷调峰方式机动性最好,少汽无负荷方式稍差,两班制方式最差。

2.4操作量

很明显,变负荷运行方式操作量最小、两班制操作量最大,百少汽无负荷方式则介于两者之间。

2.5经济性

一般来说,当机组的负荷降低时,效率也随之降低,当负荷低于70%时,效率将急剧下降,显然经济损失的大小与带低负荷的时间有关,对启停调峰运行方式的机组,其能量损失对既定机组和既定起动方式来说,近似为常数;要对两种调峰方式的经济性进行比较,存在着一个临界时间,即超过此时间,低负荷运行的损失将大于起停方式。因此,对于一个电厂，在低负荷时,各台机组之间如何进行合理的负荷分配及调峰运行方式的选定,使整个电厂最为经济,取决于机组的经济性能、调峰负荷量及调峰运行时间。

3汽轮机循环水系统运行方式的优化

3.1循环水流量和消耗功率的确定方法

在独立的循环水泵系统中，对于采用等速电动机来拖动的循环水泵，用改变同时工作的水泵台数来调节水泵出水量的方法，已经在电厂中获得了广泛的应用。循环水流量可以采用超声波流量计进行测量。循环水泵消耗功率可以采用单相或三相电度表进行测量其在试验过程中所消耗的电量，然后，除以时间即得到消耗的电功率。依据运行中循环水泵可能的组合方式，分别测量各种可能组合方式下的循环水流量和循环水泵消耗的电功率。对于双速泵或叶片角度可调的轴流式水泵，还应该事先测量其在不同转速或叶片角度以及不同组合方式下的循环水流量和消耗的电功率。

3.2汽轮机排汽压力的计算方法

根据凝汽器当前的实际总体传热系数和理想总体传热系数，得到反映凝汽器水侧脏污程度和汽侧空气量多少的指标－凝汽器综合清洁率。这样，就可以得到循环水泵不同组合方式下的冷却水温升和凝汽器端差，再结合当前的冷却水温度，即可以确定不同循环水泵组合方式下的凝汽器压力。

3.3汽轮机排汽压力变化引起电功率的变化

在满足安全运行的前提下，选择所消耗功率最小的循环水泵组合方式为比较基准，依据不同组合方式下凝汽器压力的变化情况，确定背压变化所引起的汽轮发电机组电功率的变化。

3.4汽轮机循环水最佳运行方式的确定

依次确定出各循环水泵组合方式下相对于基准组合方式下的汽轮机电功率的增加值与循环水泵消耗电功率的增加值。此时，所对应的循环水泵组合方式为最佳，相应的汽轮机排汽压力、凝汽器真空为最佳排汽压力和最佳真空，所对应的循环水运行方式也即为最佳的循环水运行方式。近几年来，随着水资源保护意识和环境保护意识的提高，循环水本身的费用已经不容忽视。因此，前面介绍的最佳真空只能说是能量意义上的最佳真空，而不是真正意义上的最佳真空，为了得到真正经济意义上的最佳真空，必须将循环水本身的费用考虑进去。

4轮机配汽方式的优化

4.1某600MW汽轮机配汽方式及分析

这种配汽方式的优点是，在汽轮机启动初期，四个调节汽门同时开启，使汽轮机接近于全周进汽，汽缸受热比较均匀，有利于防止高压缸热变形，减少进汽端热应力。缺点是，只有在机组带百分之百额定负荷(百分之八十四最大负荷)运行时，其经济性才最高(节流损失最小)。当机组负荷低于百分之百额定负荷(百分之八十四最大负荷)运行时，由于四个调节汽门均处于部分开启状态，导致汽轮机节流损失很大，机组经济性降低。而且机组负荷越低，节流损失越大。

4.2某600MW汽轮机配汽方式优化

汽轮机配汽方式优化的基本思路是将配汽方式改变为顺序阀控制方式，并对各个调节汽门的重叠度进行优化，在满足负荷调节特性的基础上，减少汽轮机高压调节汽门的节流损失，提高汽轮机的运行经济性。同时，汽轮机配汽方式优化后，由于变负荷后调节级后温度的变化量也相应发生变化，故需要重新通过应力和寿命分析，确定其配汽方式优化后的变负荷速度。

5结论

通过对上述内容进行分析研究之后可以得出，首先以全厂煤耗最低为目标，将全厂总负荷在各机组之间进行优化分配，可以使调峰运行机组有效地降低燃料成本，则发电企业的生产成本将得到很大程度的下降。其次以汽轮机电功率与循环水泵消耗功率之间差值最大为优化目标，合理确定循环水泵的运行方式，实现循环水系统的优化运行，确定凝汽器运行的最佳真空，可减少机组的厂用电率和供电标准煤耗率。同时，依据优化目标，还可以综合考虑节水和节电因素，实现电厂综合收益最大。最后针对存在问题的600MW机组，可以对汽轮机的配汽方式进行优化改进，提高调峰机组运行经济性。优化改进时，以阀门组的流量－升程特性趋于线性以及机组不出现振动问题为目标，合理选择各个调节汽门的重叠度，减小节流损失，提高汽轮机调节级的相对内效率。

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