供热机组调峰能力实时监测系统设计与应用

供热机组调峰能力实时监测系统设计与应用

黄 焱

青岛兴平热电有限公司， 山东 青岛 266700

摘要：目前我国电网调度部门主要利用热电联产机组的热电关系曲线对机组调峰能力进行实时监视，而随着机组不断检修和改造，厂家原设计给出的热电关系曲线已经无法准确反映当前机组的真实电网调峰能力。为提高热电联产机组调峰能力的在线监视水平，进一步挖掘供热机组调峰能力，本文通过研究供热蝶阀开度与机组调峰能力之间的关系，提出了一种考虑供热蝶阀开度的热电联产机组调峰能力在线监视方案。该方案将供热蝶阀开度与机组热电关系曲线结合起来联合判断机组实时调峰能力，可以在一定程度上提升电网调度部门对热电联产机组调峰能力的在线监视水平。

关键词：供热机组；实时监测；设计

1抽凝式热电联产机组热电特性

目前热电联产机组供热工况分为背压式和抽凝式。背压式供热机组具有“以热定电”特点，其电负荷与热负荷一一对应，不具备电网调峰能力;而抽凝式供热机组具有一定的电网调峰能力，因此本文仅对抽凝式供热机组进行相关分析。

抽凝式汽轮机由汽轮机中间级抽出一部分蒸汽用于供热，即在发电的同时还供热的汽轮机，即锅炉产生的过热蒸汽进入高压部分作功，膨胀至一定压力后分为两部分，一部分抽出供给用户，另一部分进入低压部分继续膨胀作功，最后排入凝汽器。PGmax最高电负荷A实时电负荷PG实时调峰能力ΔPGPG

采暖抽汽流量一定时，供热机组电负荷可在对应最低电负荷与最高电负荷之间调节，即在满足供热需求的同时机组具有一定的调峰能力;机组最高电负荷由锅炉最大蒸发量决定，随着采暖抽汽流量增大，相应机组最高电负荷随之减小;为防止汽轮机低压缸鼓风、造成末级叶片损坏，影响设备安全，抽凝式机组低压缸存在最小通流量的限制;而汽轮机低压缸最小通流量决定了机组最低负荷，机组最低电负荷随采暖抽汽流量增大而增大。随着机组采暖抽汽流量的逐渐增大，机组最高电负荷随之减小、最低电负荷随之增大，此时机组调峰能力随之降低。

2传统热电联产机组调峰能力在线监视方案及其面临问题

从上一节可知，供热机组热负荷(即采暖抽汽量）一定时，机组电负荷PG可以按照其热电关系曲线在其最低电负荷PGmin与最高电负荷PGmax之间调整，该调节范围对应机组当前热负荷下的电网调峰能力ΔPG。因此，通过对机组的热负荷与电负荷进行在线监视，结合该机组的热电关系曲线，可以实现供热机组调峰能力的在线监视。目前我国电网调度部门普遍采用该方案对热电联产机组的调峰能力进行实时监视。

上述基于热电关系曲线的机组调峰能力监视方案，要求机组热电关系曲线具有足够的准确性，能够真实反映机组热负荷与电负荷之间的耦合关系。然而随着供热机组不断改造、检修，厂家最初给定的供热机组热电关系曲线与当前机组的热电负荷耦合关系存在偏差，已经不能反映机组的真实调峰与供热能力。在实时运行中，某一热负荷下，机组电负荷PG低于其热电关系曲线对应的最低电负荷PGmin或者高于相应最高电负荷PGmax的现象时有发生。

此外，在电厂因为供热量不足申请上涨电负荷时，电网调控人员很难利用机组热电关系曲线准确判断该机组是否达到当前电负荷的最大供热能力。

因此，由于当前热电关系曲线与机组实际供热与调峰能力之间存在偏差，传统基于热电关系曲线的在线监视方案并不能准确判断某一电负荷下机组的调峰与供热能力。

3考虑供热蝶阀开度的热电联产机组调峰能力在线监视方案

对于抽凝式热电联产机组，汽轮机中压缸排汽一部分蒸汽通过热网抽汽蝶阀进入热网加热器，另一部分蒸汽通过中低压缸连通阀(蝶阀）进入低压缸做功发电，其中热网抽汽蝶阀和中低压缸连通阀均为可在0～100%开度范围内连续调节的可控蝶阀。可以看出该机组含有三个热网加热器，中压缸排汽一部分同时经过热网抽汽蝶阀A、B和C三个并联蝶阀进入热网加热器供热，另一部分蒸汽同时经过中低压缸连通阀A和B两个并联蝶阀进入低压缸发电。

机组实时运行中，进入热网加热器供热的采暖抽汽量由中低压缸连通阀和热网抽汽蝶阀联合调整，但受中压缸排气压力(简称中排压力）及低压缸最小通流量的限制，因而热、电负荷可变范围有限。抽凝工况下，机组电负荷PG一定时，通过减小中低压缸连通阀开度H、增大热网抽汽蝶阀开度K，低压缸蒸汽通流量逐渐减小而热网抽汽量逐渐增大;当低压缸达到蒸汽最小通流量时，热网抽汽流量最大、中排压力最小，机组达到当前电负荷对应的最大供热能力，此时中低压缸连通阀达到最小开度Hmin、热网抽汽蝶阀达到最大开度Kmax。在一定范围内的电负荷PG下，Hmin、Kmax与PG大小正相关，即Hmin（PG）～PG、Kmax（PG）～PG。

通过上述分析可知，中低压缸连通阀开度H、热网抽汽蝶阀开度K可以直观反映机组当前供热与调峰能力。通过对低压缸连通阀开度H、热网抽汽蝶阀开度K进行实时监测，结合机组热电关系曲线可联合判断机组实时调峰与供热能力，即考虑供热蝶阀开度的机组调峰能力在线监视方案。

最高电负荷曲线下机组达到相应电负荷的低压缸连通阀最大开度Hmax、热网抽汽蝶阀最小开度Hmin，最低电负荷曲线下达到相应电负荷的低压缸连通阀最小开度Hmin、热网抽汽蝶阀最大开度Kmax。通过对中低压缸连通阀开度H、热网抽汽蝶阀开度K进行实时监测，结合机组热电关系曲线可联合判断机组是否达到当前电负荷下的最大供热能力及其实时调峰能力。例如，电负荷一定时，如果中低压缸连通阀开度H在其最小允许值、热网抽汽蝶阀开度K在其最大允许值，此时供热机组达到最大采暖抽气量，可认为机组达到当前电负荷下的最大供热能力。

考虑供热蝶阀开度的机组调峰能力在线监视方案可以有效降低由于热电关系曲线与机组实际供热与调峰能力之间偏差对机组真实调峰能力在线监视的影响。例如，运行中，若某电厂因供热不足申请上涨电负荷，如果此时其中低压缸连通阀开度H未达到其最小允许值、热网抽汽蝶阀开度K未达到其最大允许值，可认为此时机组未达到当前电负荷下的最大供热能力，电网调控人员可认为机组不具备上涨电负荷条件。

目前国网华北分部已经实现京津唐热电联产机组供热蝶阀开度等供热信息的在线监视，此时，该机组电负荷为253.423MW，采暖抽气流量为163t/h。该供热机组有两个中低压缸连通阀A/B、两个热网抽气蝶阀A/B，两种蝶阀开度分别为39%和27%，即中低压缸连通阀未达到其最小开度、热网抽气蝶阀未达到其最大开度。因此，当前热负荷下机组仍具备一定的调峰能力。

4结语

本文首先介绍了传统的基于热电关系曲线的供热机组调峰能力在线监视方案，并指出其所存在的问题。通过对供热机组热网抽汽蝶阀开度与其调峰能力关系的讨论，本文提出了一种考虑供热蝶阀开度的热电联产机组调峰能力在线监视方案。该方案将中低压缸联通阀、热网抽汽蝶阀开度与热电关系曲线结合起来联合判断机组的实时调峰能力，可以在一定程度上提高热电联产机组调峰能力的在线监视水平，有助于进一步挖掘热电联产机组的调峰能力。

参考文献

[1]裴哲义，王新雷，董存，等.东北供热机组对新能源消纳的影响分析及热电解耦措施[J].电网技术，2017，41(06）∶1786-1792.

[2]徐飞，闵勇，陈磊，等.包含大容量储热的电-热联合系统[J].中国电机工程学报，2014，34(29）∶5063-5072.

[3]蔡文，吴辉，熊辉，等.300MW火电机组工业抽汽供电煤耗及调峰特性仿真研究[J].江西电力，2018，42(08）∶57-59.

[4]姜彩生.冬季供热机组深度调峰面临的问题探讨[A].北京能源与环境学会.2018火电灵活性改造及深度调峰技术交流研讨会论文集[C].北京能源与环境学会:北京中能联创信息咨询有限公司，2018.

[5]张龙英，张学镭，原树峰，等.300MW供热机组调峰性能及其影响因素研究[J].汽轮机技术，2016，58(05）∶391-395.