关于供热机组深度调峰方式研究实践

关于供热机组深度调峰方式研究实践

田海龙

山西京玉发电有限责任公司 山西朔州 037200

摘要： 当下受多方面因素影响，“三北”风电和光伏的消纳形势日趋严峻，目前从提升火力发电厂调峰能力方面，是消纳可再生能源的关键途径。2016年11月7日，国家发展改革委、国家能源局发布《电力发展“十三五”规划（2016-2020年）》要求 “加强调峰能力建设，提升系统灵活性”、“全面推动煤电机组灵活性改造”。 2018年12月26日山西省能源下发“关于对《2019年度省调发电企业发电量调控目标预案》征求意见的通知”文件精神的要求，具备可再生能源调峰机组可纳入优先发电范围的权利，由此机组灵活性调峰改造是今后的大趋势。

关键词：供热机组；深度调峰；研究实践

1导言

结合山西京玉发电有限责任公司实际情况，对当前主流深度调峰供热机组改造方案进行对比，从技术、经济及社会效益上全面论证其先进合理性，实施可能性，存在问题及解决办法。

2主流供热机组深度调峰改造方案简介

2.1汽机旁路供热（中排+低旁阀后抽汽供热）+20台空冷岛风机自动苫布装置改造

方案描述：在机组30%THA工况时，利用汽轮机原有主蒸汽及再热蒸汽旁路系统，采用汽机抽汽旁路供热的方式进行采暖供热，通过现有的高、低旁阀门及其进出口管道，实现锅炉蒸发量与汽轮机进汽量、旁路供热蒸汽量之间的平衡，使汽轮机在30-40%负荷下运行，开启高旁阀对再热系统补充汽源，经低旁阀减温减压后与中排抽汽混合，低旁后蒸汽参数控制在0.4-0.8Mpa、温度为230-260℃内，在保证安全和最佳经济参数的要求下，控制混合后的蒸汽参数不超过设计值。

下图为改造流程图：

在机组运行状态下，高、低旁阀需要开启状态，为保证阀门的严密性，同时对高、低旁阀进行防冲刷改造，保证机组不深度调峰时机组的经济性。

空冷防冻改造部分：

将20台空冷岛风筒改造为电动苫布，剩余10台实行人工盖苫布，严寒前风机风筒人工封堵后就不再运行，机组的背压调整由20台电动盖苫布实现

该方案设能注意各路蒸汽流量的匹配，保持汽轮机转子的推力平衡，确保高压缸末级叶片的运行安全性，防止锅炉受热面超温，同时能确保旁路供热时的运行安全性，热力改造系统范围小，可操作性强，对锅炉和汽轮机的安全运行影响较少，改造费用预计为900万元。

2.2低压缸零功率改造

方案描述：在低压缸进汽口增加管段和阀门，仅保留少量冷却蒸汽进入低压缸，实现低压转子“零”出力3000转运行，更多的蒸汽进入供热系统，提高供热能力，降低电负荷，同时降低发电煤耗。同时对空冷岛散热器防冻进行改造，保证空冷散热安全运行。

该技术运行方式能够实现供热机组在抽汽凝汽与高背压的不停机灵活切换，不仅对汽轮机改造范围小，且运行维护费用也大幅降低，改造300MW机组的费用约1300万元。 空冷岛散热器改造与方案一相同，不再赘述。

该方案对供热热负荷高的机组，非常适合。但对热负荷低的机组，对机组负荷限制影响很大，影响机组的电量。山西右玉县县城面积仅为260万平米, 严寒期需要热网供热负荷约为151MW（数据出自右玉供热设计说明书），换算成供热量约为540GJ/h,根据北重厂给出的热平衡图计算，机组负荷仅能维持在50-60MW的负荷范围内运行，机组负荷过高中压排汽无处消纳，根据右玉县城的人口的发展情况，在未来三年内里供热面积不好超过300万平米。如采用此方案，在未来的三年里机组的深度调峰范围小，对公司电量损失也会非常的大。

2.3热罐储热技术改造+20台空冷岛风机自动苫布装置改造

储热罐技术以水作为储热介质，通过冷热水自然分成技术，达到储热目的。储罐在储热 放热过程中总体液位保持不变，冷热水交替面（即斜温层）在不断发生高度变化。

方案描述： 白天电负荷高，热负荷低的情况下，储热罐将冗余热量进行有效储存，实现热电 解耦。深度调峰时机组负荷低供热热负荷高时，利用白天储罐所储热量进行供暖，保证右玉县城的供热安全。每台机设计供暖负荷为 232MW，夜间 8 小时调峰，机组负荷为 30%THA工况下，中排抽汽量为 120t/h，不能满足目前供热负荷需要的 220 t/h、远期 300 t/h 的要求。采用常压储热罐技术，按照远期需求 232MW 计算，供热缺口为 132MW。按照夜间 8 小时调峰计算，储热罐总储热量为 1100MWh，有效容积需要 22000 m³（直径 26m,高度 45m），配套相关泵房、管道、电气控制系统设备投资预计在5000万以上。以下为改造的流程图：

此方案利用白天机组高峰储罐所储热量进行供暖，实现深度调峰，最大能力保证供热的同时充分利用中排热量，提高机组的经济性，获得调峰收益。但是此方案需要在供热首站与供热蒸汽母管之间，选择一块面积不少600平米的空地，且顶部不能有遮挡物，建设热储罐和相关附属设备。京玉公司为运行7年的运行机组，地下管网以及附属设备早已施工完成，且供热首站与供热蒸汽母管区域，地下管网高密度高，可改造的可能性基本为零。

3供热机组深度调峰改造方案对比

项目	方案一（汽机旁路供热）	方案二（低压缸零出力）	方案三（热存罐）	备注
新增设备	隔离蝶阀、减温减压装置 20套空冷岛风机自动盖苫布装置、高低旁阀防冲刷改造	低压缸两台进汽隔离阀、低压缸冷却系统、空冷散热器改造、 低压缸末级叶片抗水蚀金属耐磨层喷涂处理、配套抽空气系统改造	热储罐、泵房、水泵、20套空冷岛风机自动散布装置等
采暖供汽	中排抽汽 低旁减温后蒸汽	中排抽汽	中排抽汽、储热罐的热水
施工	施工较为复杂	施工较为复杂	施工复杂，目前无厂区内无场地提供热罐安装位置
机组调峰灵活性	灵活性强	灵活性弱，仅能在50-60MW,以下负荷调整	与电网深度调峰的时间相冲突，不能保证供热安全
安全性	系统安全性强	系统安全性低	供热安全不能保证
经济性	经济性差	经济性高	经济性差
投资	900万	1400万	5200万

4结语

通过对主流供热机组深度调峰改造方案的对比，根据京玉发电公司实际情况最终选择汽机旁路供热方案作为冬季深度调峰方式。其他深度调峰方案可参照电厂具体实际情况择优实施。

参考文献

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[3] 谭智斌.300MW机组深度调峰的技术措施及运行注意事项[J].硅谷，2014，7（23）：110-111.

[4] 邢振中.火力发电机组深度调峰技术研究[D].华北电力大学，2013.

[5解春林.火力发电机组深度调峰下汽轮机系统特性研究[D].华北电力大学，2013.