两班制调峰经济性与安全性探讨

冒志敏 徐小军

华能国际电力江苏能源开发有限公司南通电厂 江苏 南通 226000

引言

随着十四五的进行,环保要求愈加严格;而随着经济的发展和生活水平的提高,加上风电、水电、光伏等新能源装机容量迅速增大,我国用电结构将会发生更大的改变,直接体现在电网谷峰差日益增加。这就对火电机组的调峰能力和运行灵活性、安全性的要求愈加严格。在这样的大背景下实施两班制调峰和低负荷运行是解决调峰需求的重要途径。以我厂机组为对象,对比两种典型汽轮机调峰方式的技术特点,研究汽轮机低负荷运行和两班制运行经济性和可靠性分析。

1 机组调峰运行可行性分析

1.1 机组概况

350 MW机组锅炉为单汽包,单炉膛,具有一次中间再热的亚临界自然循环锅炉。汽轮机为一次中间再热、亚临界、单轴、双排汽、冲动凝汽式汽轮机。其主要技术参数如下表。

表1 汽轮机主要技术参数

本文主要对2种调峰方式的经济性进行研究,不考虑转子寿命损耗的影响,且基于机组安全、可靠运行。

2 机组调峰运行经济性分析

2.1 机组运行能耗试验

低负荷调峰时能量损耗的主要原因是机组运行负荷低于额定负荷,机组的发电煤耗率大幅提高。通过对机组进行性能试验,热耗率变化趋势如图1所示;煤耗变化趋势如图2所示。

图1 热耗率变化趋势

图2 煤耗率变化趋势

2.2 机组启停能耗计算

两班制调峰的可行性取决于热态启动的时间长短。根据表2可知,热态启动停机时间可持续51h,能够满足夜间调峰需求。两班制运行计算中启停一次的能量消耗主要考虑锅炉启停过程总耗油、总耗煤、总厂用电量、总除盐水量、总发电量、总用汽量等,同时均将所有量都用标准煤价格折合成标准煤量统一计算:

表2 汽轮机启动状态

式中Qryl为燃油量折合标准煤当量,Qrml为燃煤量折合标准煤当量,Qcyd为厂用电折合标准煤当量,Qcys为除盐水损失折合标准煤当量,Qfdl为启停机发电量折合标准煤当量,Qyql为启动时耗用的蒸汽折合标准煤当量。

因此启停机一次损失折合标准煤约为

∑Q=Qryl+Qrml+Qcyd+Qcys+Qyql-Qfdl

=87.9+80+18.77+4.1+6.8=197.57t

2.3 两种调峰方式热力分析

两种调峰方式的热力特性对比是通过给定总负荷,对比两班制（1台机组夜间停机,1台机组以总负荷运行）和低负荷（2台机组将总负荷平分）在夜间运行的总能耗差。两班制运行与低负荷运行之间的能耗差异除了表现在机组启停过程所需煤耗,还有单台机组高负荷和2台机组低负荷运行之间的节煤量。其中单台机组高负荷和2台机组低负荷运行之间的节煤量计算公式为

式中:N为机组总负荷,MW;t为机组夜间停机时间,h;b1为2台机组低负荷运行时的煤耗率,g/（kW·h）;b2为单台机组高负荷运行时的煤耗率,g/（kW·h）。

假设低负荷运行过程中2台机组负荷相同,进而计算可得不同总负荷下,2台机组低负荷运行与单台机组高负荷运行时煤耗率差异如图3所示。由图3可以看出,机组总负荷在280MW以上的煤耗率差异变化不明显,但总负荷在280MW以下的煤耗率差急剧升高。

图3 两种调峰方式的煤耗率差异

根据两个公式计算发现如表5所示,当调峰时间固定时,2种调峰运行方式的煤耗差（ΔQ-∑Q）随总负荷增大呈现先减小后增大的趋势,但两班制的煤耗远大于低负荷运行的煤耗。

表4 两种运行方式的煤耗差随总负荷变化趋势

表5 数次机组启停的差账、缸胀和第一级金属壁温

依据《江苏电力辅助服务（调峰）市场启停交易补充规则解读20190920》,燃煤机组的启停调峰分为启机调峰和停机调峰。若我厂单位容量报价700元/兆瓦,最大可调处理350MW,停机48小时来计算的话,可估算245000+650000=895000元。若不计设备寿命损耗等因素,我厂每次启停48小时调峰可获得最少75.3万元的收益。

3 机组调峰运行可靠性分析

3.1 我厂机组热态启动的可行性

机组能否进行启停调峰需求首先取决于第一级金属壁温能否达到热态启动的要求。机组在停运后的48小时后第一级金属壁温降至377℃;由此可知,机组在停机后的48小时内的汽机第一级金属壁温在370℃以上,满足机组热态启动的要求。

对比机组停运48小时内和预启动后的差胀和缸胀数值可知,机组短时停运后的缸胀和差胀数值远远好于预启动时参数,机组具备能够并网快速带负荷的能力。

结论

我厂机组进行启停调峰能够给取得一定的收益并且不受低负荷稳燃的限制。启停调峰过程易引起金属产生交变应力,频繁启停机引起转子寿命产生一定损耗,根据当前火电参与调峰需求进一步强烈,启停调峰具备一定的经济效益,值得推广。