双抽可调供热机组供热汽源优化分析

 双抽可调供热机组供热汽源优化分析

吴尧 孟健 吕品 焦尚荣

 华能（天津 )煤气化发电有限公司 天津 滨海 300452

摘要：文章先分析了双抽可调供热机组的实际状况，随后介绍了双抽可调供热机组建模，最后分析了双抽可调供热机组的运行经济性，包括热量成本和热源经济性，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：双抽可调；供热机组；供热汽源

引言：在近几年发展中，随着国内工业热负荷持续提升，热电联机组因其自身独特的应用优势，能够帮助苏减少冷源损失，提升能源综合利用效率，促进相关能量实现梯级利用目标，改善分散式供热模式，并且该种方式也成为供汽领域主要方法，进一步优化供汽机组经济性成为未来重点研究内容。

1. 机组实际状况

以某个双抽可调供热机组为例进行研究，此汽轮机属于一次中间再热、单轴和亚临界、双抽可调供热机组。机组两级抽汽全部在中压缸内进行集中设置，中压缸结构和抽取口具体分布位置如下图所示。中压抽汽口在中压缸第一级后方，并设置中压供热调节阀，中压缸对应二级隔板禁止流通，中压缸一级做功后，从二级隔板绕过，顺着IECV转入中压缸二级动叶做功。通过对IEC开度实施灵活调整，对中压抽汽流量和压力进行合理控制，在中压抽汽存在压力不够条件下，适当调节IECV提升阀前压力，确保中压供热具备充足的抽汽压力。低压抽汽口主要分布于中压缸三级后，三级后设置旋转隔板，方便调节，中压缸相关四级隔板属于旋转隔板，通过对隔板开度进行合理调整，对低压抽汽容量和压力进行灵活调整。在低压抽汽中存在压力不够情况下，可以降低旋转隔板综合开度，缩减中压缸中的四级流量面积，进一步扩大隔板前压力，保障低压供热具有充足抽汽压力。

图 1 中压缸和抽汽系统

2. 双抽可调供热机组建模

通过热力系统仿真软件针对供热机组实施综合建模与仿真，EBSILON仿真软件可以细分成变工况以及设计工况联众计算形式。此次研究中参考阀全开工况，基于设计模式下进行参数设计和计算。模拟汽轮机运行工况中，低压缸和高压缸可以根据回热抽汽口进行等级划分。中压缸两次抽汽调节，转化蒸汽通流面积和流量，为满足应用条件，中压缸建模中可以联系抽汽口分布位置，对中压缸进行三级划分，为了迎合工业抽汽压力要求，可以于抽汽口部位选择稳定压力阀。中压缸相关模型分级如下图所示。

图 2 中压缸模型

基于稳压阀设备内设置最低前压力，便能够使抽汽口压力维持在较低压力限值下。针对抽汽供热机组，供热工况中，机组稳定运行期间会被汽轮机最高进气量以及低压缸最低凝气量和锅炉最低蒸发数量等方面的影响。按照机组设计，相关汽轮机进气量最大是VWO下进气量，每小时1100吨，锅炉最低蒸发容量是每小时330吨，低压缸最低凝气量是每小时266.872吨。

3. 双抽可调供热机组相关经济性分析

1. 热量成本

抽汽供热机组对应供热过程中的热量成本是供热抽汽影响机组的发电热量成本。下图属于一次调节抽汽汽轮机组实际运行工况。其中纯凝工况为OA线，供热调节阀处于全面开启条件下，抽气量为每小时150吨的等量抽汽线是O₁A₁。在纯凝线中同时存在若干N工况点，其对应电功率则是P_N，汽轮机整体进气量是D。该种条件下，全面开启供热调节阀，相关对外供汽幅度是每小时150吨，使得机组整体发电功率减少到P，对应抽汽会对做功量形成直接影响。想要更好维持纯凝状态下相同电功率，可以把主蒸汽流量进一步提升到M点，机组对应热耗量相继扩大，纯凝作为基准工况，抽气量相关热量直接成本便是通过全开条件下供热调节阀电功率为P_n，抽气量是每小时150吨的机组热量总消耗减去P_n电功率纯凝工况下机组热量总消耗。

等抽汽量线中存在B点工况，工况B点主要是供热调节阀处于全面开启条件下，抽汽压力正好符合热用户现实要求。在电功率小于该点时，则存在抽汽压力不够的问题，处于供热调节阀全面开启状态下，不能进一步满足热用户所提出的压力诉求。为此在电功率不足情况下，应该适当缩小供热调节阀，进一步扩大抽汽口运行压力，在关小供热调节阀后，能够促进抽汽口通过蒸汽得到有效节流处理，降低抽汽口所具备的蒸汽做功能力，抽汽口后对应低压段做功相继降低。为此在抽汽压力降低条件下，汽轮机整体进气量和电功率两者关系曲线会朝左侧偏斜，对应工况点d基于调节阀所形成的节流影响，产生左向倾斜现象，转移到e点，节流对做功影响量是d到e之间。如果维持相同电功率，则主蒸汽流量应该从最开始的m点进一步提升到l点，机组运行中的热量总消耗相继扩大，从最初的m点提升到l点。

通过分析发现，纯凝工况作为基础参考设计行程的调节抽汽供热机组对应供热成本可以细分成节流热量以及直接热量两种形式成本。其中抽汽焓值和直接热量成本会影响抽汽直接热量成本，随着抽气量持续扩大以及抽汽口对应焓值持续提升，则抽汽对做功量影响相继扩大，抽汽形成的直接热量成本更高。节流热量成本会受到抽气量影响，同时还会受到机组电负荷影响。随着抽气量持续扩大以及电负荷降低，则供热调节阀开度减小，会扩大节流损失，导致节流热量对应成本扩大。

图 3 一次调节抽汽式汽轮机运行工况

2. 热源经济性分析

立足于供热中所形成的热量成本分析，低压和中压供热经济性需要联系抽气量和机组电负荷进行综合考虑。下图是供热压力为1.5MPA条件下，低压和中压汽源供热对应热电负荷可行范围。图内供热压力保证线代表处于供热调节阀全面开启状态，抽汽压力正好符合1.5MPA压力具体要求，在工况点低于压力保证线下方，则对应供热调节阀应该实施节流憋压处理，争取达到压力标准。

图4 1.5MPA供热压力下中低压供热热电可行域分析

中低压抽汽能级差异使得同等抽气量会对机组运行功率形成不同影响，为此低压和中压两种汽源热电可行范围存在一定细微数量差异。能级方面的差异使得两个抽汽口位置供热压力对应保证线各不相同，中低压对应供热调节阀处于不同运行状态。

在工况点分布在区域I条件下，处于一种高负荷状态，则该区域内低压和中压供热调节阀呈现出全面开启状态，负荷1.5MPA抽汽压力要求，所以结合供热能级适配层面分析，更为经济的供汽模式便是低压状态。如果低压供热借助低压调节阀实施憋压处理，能够有效提供1.5MPA蒸汽，将中压供热调节阀进行全面开启，所提供蒸汽容量远远超出1.5MPA，但在电负荷持续下降条件下，对应中压供热压力更加接近1.5MPA，该种条件下，中压供热仅存在直接热量成本，至于低压供热所形成的热量成本涵盖低压节流以及抵押直接热量等成本。如果工况点处于三级区域内，则低压和中压供热调节阀都应该实施憋压节流操作，如此才能使其达到标准的1.5MPA供热压力要求。由于中压抽汽口对应能级远远超出低压抽汽口，因此在等同电负荷以及抽气量条件下，借助调节阀实施憋压处理，把压力调节到1.5MPA左右，中压状态所形成的直接热量成本进一步超出低压状态下直接热量成本，低压节流成本超出中压节流成本，所以针对中低负荷，应该对两供热汽源进行定量分析，明确其经济性。

结语：综上所述，热电可行范围内，可以分成抽汽量和电负荷两种形式分界线，而电负荷分界中高电力负荷状况和抽汽量分界线右侧大抽汽工况下应用低压供汽经济，至于中低热负荷以及电负荷工况下顺利切换到高能级中压供汽具有更好经济性。

参考文献：

[1]李健.电—热综合能源系统灵活性资源优化配置研究[D].大连理工大学,2021.

[2]韩建春,焦晓峰.抽汽供热机组可调电负荷的计算和预测[J].内蒙古电力技术,2018,36(04):15-18.