供热机组的热力与运行特性探讨

供热机组的热力与运行特性探讨

苗刚

黑龙江建投城市设计有限责任公司  黑龙江 150028

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了热力工程行业发展的步伐。随着具有随机性和间歇性特点的新能源装机容量不断增加，以及特高压实现跨区域送电的影响，作为我国电网基础性电源的火电机组，调峰已是常态化。

关键词：供热机组；热力；运行特性

引言

在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的双碳战略目标下，构建“以新能源为主体的新型电力系统”，意味着我国电力主体电源将从现在11亿kW装机容量的煤电转化为新能源电力；能源电力行业正发生前所未有的变化，以新能源为主体的新型电力系统研究和建设正全面有序开展，这对火电机组的灵活性和调峰能力提出了更高的要求。

1供热机组

1.1锅炉侧限制因素

在低负荷运行工况下，锅炉侧的调峰限制因素主要有两个，一是锅炉在低负荷工况下的稳定燃烧限制。调峰机组锅炉侧要求，燃煤机组的最低连续稳定运行负荷应≤40%，对于一般的燃油机组来说这一负荷要≤25%，而锅炉的燃烧稳定性决定了锅炉的最低稳定运行负荷。另一个是低负荷下锅炉的水动力安全。在过低的水流量情况下，水冷壁内的水和蒸汽易出现停滞和倒流现象，给机组运行带来严重的安全隐患。

1.2汽轮机侧限制因素

汽轮机侧的调峰限制因素主要是汽轮机最小排汽流量限制。在低负荷运行工况下，低压缸会出现鼓风现象，需要一定的排汽将鼓风热量带走。末级叶片的水冲蚀损伤是限制机组参与调峰的另一个重要因素。当机组处于低负荷运行工况，在末级叶片处容易产生蒸汽倒流引起“水刷”及叶片震颤现象，增加叶片断裂风险，影响机组的安全运行。

2供热机组的热力与运行特性

2.1低压缸零出力改造技术的局限性

虽然通过切除低压缸能让供热机组一定程度上扩大热电负荷的调节范围，但是低压缸在低蒸汽流量工况下会对机组的安全运行产生影响：a)当通过汽轮机级内的蒸汽流量大幅减小时，会出现鼓风工况。处于鼓风工况下，热量无法被带出低压缸，进而造成低压缸过热、变形等安全问题。b)低压缸末级叶片较长，且具有叶形弯扭、抗振性能弱等特点，因此叶片在小蒸汽流量工况下运行时易出现大负冲角运行，会诱发叶片颤振，甚至造成叶片损伤断裂，严重影响机组安全运行。基于低压缸零出力运行安全的需要，可通过增加或改造运行监测点，充分了解低压缸通流部分的运行情况；可通过喷涂金属层对低压缸末级叶片进行耐磨处理；可通过引入中压缸排汽对低压缸进行冷却。

2.2基于蒸汽喷射器供热技术

喷射器是将2股不同压力的流体，通过直接换热并达到速度和温度的平衡，从而混合成一股流体的装置。压力相对较高的工作流体进入喷嘴做加速运动，在喉管处达到音速，并在喷嘴扩张段做超音速加速运动，压力进一步下降，从而形成负压区引射压力相对较低的引射流体，最后在混合室发生混合达到平衡，最终达到提高低压蒸汽的压力来满足不同热用户需求的目的。与常规系统相比，在设计工况下，在相同的功率输出下，新系统的乏汽回收率和制热量分别提高了8.66%和31.8MW。对可调式喷射器性能曲线与热网水温升曲线进行耦合分析，得到汽轮机变工况时的最优调节方式，耦合喷射器的新系统受热网供水温度影响，当供水温度低于68℃，新系统无节能效益；当供水温度在68~82℃，新系统处于最优运行状态；当供水温度大于82℃，全厂节煤约9g/(kW·h)。蒸汽喷射供热技术是一种较新的调峰技术，通常喷射器设备体积较大，系统较复杂，但投资成本小，供热能力好，因此具有一定的应用潜力。

2.3300MW切缸供热机组调节能力试验

为响应国家“双碳”远景战略目标和山东电网关于火电机组灵活性改造的政策要求以及经营发展需要，发电企业积极挖掘机组负荷调节潜力，增强机组灵活性，提高机组供热期深度调峰能力和供热能力，增强机组在辅助服务市场的综合实力；低压缸切缸技术（以下简称切缸）因其投资小、供热经济性好、运行方式相对灵活等优点得到广泛应用。低压缸进汽切除技术，简称切缸技术，或称低压缸零出力技术，是指热电联产机组在供热工况下，通过采取措施，切除低压缸正常进汽，只保留少量冷却蒸汽，并保持安全稳定运行的技术。将原连通管和供热蝶阀更换为新的连通管和全密封的蝶阀，并在连通管上增加旁路作为低压缸冷却蒸汽系统，运行过程中，关闭低压缸进汽管上的全密封的供热蝶阀，打开低压缸进汽旁路，低压缸维持较低的冷却蒸汽流量，其余低压缸进汽全部对外供热，最大程度利用抽汽进行供热。为保证机组能在切缸状态下正常运行，应防止汽轮机的鼓风、水蚀和颤振，空预器的低温腐蚀，间冷系统的防冻，燃料系统的不稳定以及低负荷下NOx超标等安全和环保问题。

2.4大型热电联产机组供热改造

全球能源供应正朝着可持续性，环境友好型发展，开始追求绿色，低碳，高效。在中国造成环境污染行业有：电力，工业，交通运输，区域供热等。虽然中国热电联产机组的比例不断扩大，已经接近40%，但是目前70%以上的北方农村仍采用燃煤炉具取暖，导致每年超过3×10

9t的二氧化碳排放。目前第四代区域供热系统成为发展的方向，中国国家电网公司提出要在2021年初步建立泛在电力物联网，与智能电网共同构成能源物联网，以消纳更多的可再生能源，因此提高热电联产机组的供热能力和灵活性势在必行。常规热电联产机组从汽轮机中压缸排汽抽取部分蒸汽，经过节流阀减温减压，然后直接去加热回水，释放完热量后的疏水再到汽轮机的回热系统。首先从汽轮机中压缸抽取蒸汽去驱动吸收式热泵，将电厂循环水的热量转移到热网回水，不仅实现了对热网回水的初加热，而且还减少了机组的冷源损失。当热用户所需负荷大于吸收式热泵的额定功率时，再抽取部分中压缸排汽，通过螺杆膨胀机做功发电，将高参数抽汽减温减压到合适的供热参数，减小节流过程的损，对热网回水二次加热。

2.5供热机组油库与启动锅炉拆除后机组启动技术

启动锅炉与油库一般是新建电厂与首台机组配套建设项目。启动锅炉其目的是在首台机组启动过程中向机组辅汽联箱供汽，再由辅汽联箱供给各个用户，如：汽轮机的轴封蒸汽、锅炉空预器的吹灰蒸汽等。随着机组运行的稳定，启动炉处于长时间停用状态。电厂建成机组全部运营期间，启动锅炉主要在全厂发生停电事故全冷态启动情况下使用。在没有启动锅炉的情况下，机组将无法启动。大型火力发电厂油库系统在机组启停及机组低负荷时起着向锅炉、启动锅炉提供燃油的作用。将热电厂油库及启动锅炉拆除后机组重新启动策略，蒸汽通过低压供热管道，利用厂外的蒸汽对机组辅汽联箱反供蒸汽，从而可以实现在无启动锅炉的情况下，成功完成机组的冷态、热态启动。突破原设计理念，并结合电厂的实际对设备进行简单技改，对全国同类型工业园区有广泛的推广意义。

结语

总之，研究供热机组的相关性质对时代的发展具有重要的意义对供热机组进行动力特性和经济特性的分析是具有很多好处的，其可以有效地促进供热机组的发展。

参考文献

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［2］徐宏锐，杨林涛，尹莉欣．山西电网机组供热及非供热电量分解交易方案研究［J］．电力与能源，2017(4):448-451．

［3］宋东辉．基于流体网络理论的火电机组热力系统分析方法研究［D］．华北电力大学(北京)，2017．

［4］王硕.基于吸收式热泵的热电联产机组调峰能力研[D].吉林:东北电力大学,2018:31-33.