灵活性改造机组电锅炉配置及优化

灵活性改造机组电锅炉配置及优化

邵宝坤

内蒙古大唐国际托克托发电有限公司 内蒙古呼和浩特市 010206

摘要：针对热电联产机组深度调峰期间存在的问题，有关单位需予以重视，加强对机组电热特性的分析，并在此基础上制定出求解机组调峰经济运用的相关对策。本文主要根据具体项目实例，对处于相同调峰负荷等条件下，来明确电锅炉最小的消耗功率及其最佳容量配置，以供参考

关键词：改造机组；电锅炉；配置；优化

为了能够切实解决当前热电机组深度调峰问题，有关专家学者与企业进行深入合作探究，最后提出四种技术方案，其中最为关注的就是电锅炉技术方案^[1]。该技术方案在具体应用中具有较好的优势，主要表现在运行灵活、调峰能力强以及可对改造企业增加一定的调峰不畅，因而受到不少企业关注。但是在涉及到的容量选择合理性以及运行经济性方面，需要进行深入的研究和分析。

在针对电锅炉容量选择这一方面，相关学者根据具体项目实例，对相同供热地点和采暖热负荷的条件下，提出适合的蓄热电锅炉容量；而在电锅炉运行方面，学者提出热电厂通过配置电锅炉方式，对供热机组参与深度调峰后的节煤效果进行深入分析。

1. 电锅炉供热调峰的主要工作原理

根据了解可知，电锅炉供热方案本身就是通过消耗部分汽轮机电发功率，来补充电锅炉供热能力不足部分，在这种方式下还实现热电解耦，从而有效降低机组的上网功率^[2]。结合实际，现阶段我国热电企业主要采用两种电锅炉供热设备：一是，高压直热式电锅炉（电极锅炉）；二是，固体储热式电锅炉。关于电极锅炉的工作原理，就是能够在电极的辅助下直接加热水，并逐渐产生热水或蒸汽。此类装置在应用中可将电能直接转换为热能，而在此过程中，并未出现能量损失现象，也就是将热量以循环泵传递的形式将其传输于用热设备。

固体储热式电锅炉工作原理，是指在电网低谷调峰阶段或风力发电的弃风电时段，利用电阻能够将电能逐渐转换为热能加热高温蓄热体，之后还需要借助风机通过空气将高温蓄热体所产生的热量释放在热网循环水中，以此能够有效实现对外供热的目标^[3]。

对于热电机组在深度调峰期间的运行中的调峰功率、发电功率、电锅炉消耗功率和综合厂用电功率的关系式为：

P_tf=P_qj-P_eb=P_net+P_zh（1）在此公式中，P_tf表示的是机组调峰功率；P_qj则是机组发电功率；P_eb为电锅炉消耗功率；P_net属于机组上网功率；P_zh是整个机组消耗的综合厂在用电方面所产生的功率。

2. 电锅炉容量选择及运行优化

为了能够更好的进行电锅炉容量选择和在运行方面的优化，有关人员要应做好多方面工作，具体包括电锅炉参与热电机组调峰能力分析、热电机组具有的电热特性、机组上网负荷的限制和经济运行工况点的主要求解步骤分析。对此，下文就对这几点进行深入分析^[4]。

1. 电锅炉参与热电机组调峰的能量分析

众所周知，热电机组生产电能与热能的过程属于能量转换过程，期间所涉及到的转换关系应遵循热力学第一定律。下文主要以热电机组为例，就所采用的电锅炉供热的热电机组深度调峰过程中存在的能量关系进行分析，如下图所示。

图1 电锅炉参与调整、供热的能量示意图

将汽轮发电机与电锅炉为整体性的研究主体，针对电锅炉参与电网调峰时存在的能量平衡关系为：Q_in=Q_rw+P_tf+Q_I+（1-ŋ_eb）P_eb（2）

在此公式中，Q_in为输入热量，Q_rw则是供热功率，而Q_I表示冷源损失，ŋ_eb作为电锅炉电热转换效率，P_eb为电锅炉消耗功率。

结合此公式可得出，调峰功率与供热功率在一定的情况下，热电机组出现的冷源损失会最小；若电锅炉消耗功率为最低状态，则相应的输入热量也是最低的^[5]。

2. 热电机组具有的电热特性

通常来说，热电机组的发电功率与抽汽供热功率之间所存在的关联藕合关系被称为电热特性，主要表现在的电机组的运行特性方面，在实际中多应用在热电机组灵活运行能力的分析环节中。下图是某超出临界的抽凝式机组电热特性图。

图2 某350MW热电机组电热特性图

从图中可清楚看到AB是机组中最大进汽量下的电热功率线，在这其中A点是整个机组纯凝工况最大的发电功率点，而B点则是供热工况最大发电功率与抽汽供热功率点。CD则为机组中最低稳燃进汽量下的电热功率线。

在整个热电机组中，某个给定进气量会随着抽汽量的不断增加，相应的汽轮机发电功率也会降低。

3. 机组上网负荷的限制

根据相关规定要求，电锅炉作为深度调峰设施，在实际交易期可在一定程度上抵减发电后的上网功率。而热电机组所参与的有偿调峰是按照50%基准进行。最后针对电锅炉功率选择和相应的调整，应按照相关要求进行，以此明确机组上网负荷限制情况^[6]。

3. 实例分析

某热电厂有2台为350MW超临界供热机组，主要组成部分有双缸双排汽、抽凝式汽轮机等。其中，机组的额定抽汽质量流量为400t/h，实际供热面积在1250×10

⁴m²。该厂主要使用的固体电蓄热装置对现有机组进行改造。电蓄热装置蓄热能力为320 MW(90 MW+70 MW+90MW+70 MW)，项目总投资3．3亿元。

1. 电锅炉容量的配置优化

结合实际，有关电锅炉容量的选择以及机组进行深度调峰阶段中的经济运行工况确定方面相同。如在机组调峰目标一定的基础上，对处于极寒天气状态下的机组，则可根据机组深度调峰期间运行工况点来明确相应的电锅炉消耗功率，也就是电锅炉的容量。

2. 存在的问题

一般情况下，对电锅炉配置进行优化，主要是通过获取电锅炉消耗功率所进行的，在具体运行过程中，此项目所使用的固体电蓄热装置与电极锅炉不同，其消耗功率不能进行连续调整，且涉及到的相关装置也未实现即时产热与放热的平衡目标。在这种情况下，相关人员仅需要对电锅炉可进行适当的调整和改动，则可保证功率可进行连续调整。

（三）优化运行方式

结语：

综上所述，结合当前热电机组在改造方面面临的问题，特别是投资大、运行成本高等问题，本文通过提升热电机组调峰能力的实际项目进行深入分析，利用相同条件下，能够更好地获取机组经济运行工况点，从而确定有关电锅炉的最佳容量配置和消耗功率。

参考文献

[1] 周升彧,戴赛,许丹,等. 考虑源侧灵活性改造及可调节电热负荷的电热联合调度模型[J]. 电网技术,2020,44(6):2254-2261,中插16.

[2] 李会鹏. 龙山电厂2×600MW机组FSSS控制系统改造方案设计及现场调试[D]. 华北电力大学,2018.

[3] 于娜,李宏伟,葛延峰,等. 风荷组合场景下计及调峰效益的电锅炉和储热系统容量优化配置[J]. 现代电力,2021,38(1):41-50,中插4-中插5.

[4] 赵建勇,年珩,马润生,等. 基于改进雷达图模型的热电联供型微网系统多目标优化配置[J]. 电力自动化设备,2020,40(12):31-41.

[5] 兰贞波,冯万兴,胡军峰,等. 基于可变误差多面体算法的储能融合电锅炉提升风电消纳控制技术[J]. 电力自动化设备,2020,40(5):47-53.

[6] 祁传西,李新. 大型循环流化床锅炉输煤系统筛碎设备选型配置研究分析[J]. 锅炉制造,2020(5):1-3.