中調門參調工況下供熱機組可降低電負荷性能的探究

廣東能源集團有限公司粵瀧發電公司 黃舒偉

某發電公司#1、#2鍋爐是東方鍋爐廠制造的DG420/13.7-II2型鍋爐，#1、#2汽輪機是上海汽輪機廠制造的N135-13.24/535/535型汽輪機組。2013年，#1、#2機組進行了再熱冷段抽汽供熱改造，供熱系統為母管制，機組在再熱冷段蒸汽管道開孔抽汽，高排蒸汽通過減壓減溫器進行降壓降溫后輸送到供熱蒸汽聯箱，通過供熱管網連接用戶接口端，蒸汽參數為設計壓力1.8MPa，溫度235℃，在鍋爐滿負荷運行時（蒸發量420t/h），單機最大供汽量80t/h 左右。

在機組負荷低時，特別是在機組進行深度調峰時，對外供熱的能力明顯下降，遠遠達不到80t/h 的設計能力。此外，如節假日電網負荷顯著降低，外界對供熱的要求下降不多，加上部分機組調停，那么在運機組負荷被迫降低，而這時機組的供熱能力低，兩者產生了較大的矛盾。

隨著周邊熱用戶的增加，供熱需求旺盛。為滿足需求，某發電公司對供熱方式進行了調整，將中調門引入供熱系統進行調節，在保證機組運行安全性的基礎上通過控制中調門開度，增加供熱負荷[1]。中調門加入調節后，機組供熱全流量最低電負荷將隨中調門開度的降低而降低，因此更利于機組的靈活運行。

1 中調門未參調時機組供熱量與最小電負荷關系

某發電公司機組供熱系統共有兩個供熱集箱，其中一個供紙廠專用，另一個集箱為公用，既可供紙廠用，也可以供其他熱用戶使用。在所有熱用戶中，紙廠對蒸汽品質的要求最高，其最低用汽壓力為1.55MPa，考慮到輸送途中的管損，故供熱集箱的壓力不能低于1.60MPa。根據相關專業測試，#1、#2機組的中調門未參調時供熱參數與機組電功率對應關系如下。

圖1 #1機組供熱工況圖

#1、#2機組供熱工況圖解析：#1、#2機組供熱工況下的最小發電負荷主要受減溫減壓器后的壓力限制。為滿足供熱聯箱的壓力要求（由紙廠用汽壓力決定），在減溫減壓器調門全開的情況下，必須維持減溫減壓器后供熱總管壓力高于1.60MPa，此要求作為機組降負荷約束條件之一。受此限制，根據測試得出供熱流量和機組最小發電負荷的對應結果如下。

圖2 #2機組供熱工況圖

2 中調門參調技術方案

中調門參調后會改變機組原有的運行特性，例如中調門開度減少后，中壓缸進氣量減少，一方面軸向推力不平衡會造成軸向位移的增加，另一方面機組電負荷會降低，此外高壓缸排氣壓力、溫度也會上升，也有可能影響各軸承的振動、溫度[2]。因此，中調門參調后，結合機組的運行特性，制定了以下的運行安全控制措施。

一是根據廠家說明書，結合機組實際情況，當機組供熱時，鍋爐負荷60%及以上時可進行節流中調門的操作，中調門最低開度限制值設定為32%。

二是當機組供熱量增大，高排壓力低于純凝工況下高排壓力值（以下簡稱“高排壓降”）0.5MPa時，可將中調門節流至42%～50%，提高高排壓力約0.2MPa，確保高壓缸末級葉片安全運行。

三是供熱機組在中調門節流的運行方式下，機組升降負荷、供汽量突降、調門活動試驗期間，加強高排溫度監視，最高不得超過330℃。節流運行期間的中調門活動試驗，在節流開度的基礎上操作6%開度。

四是在操作畫面增加監視參數：調節級壓力、純凝工況的理論高排壓力、高排壓降。高排壓降高于0.5MPa 時黃色報警，高于0.55MPa 時紅色報警。高排溫度高于325℃時黃色報警，高于330℃時紅色報警。

五是增加聯鎖保護：高排溫度高于330℃時，若此時中調開度低于60%，聯鎖打開中調門至60%，同時閉鎖關中調門。

六是中調門開度由100%關小到50%時，按每次步長3%進行關閉操作，中調門開度由50%關小到32%時，按每次步長1%進行關閉操作。

3 中調門參調后機組供熱量與最小電負荷關系

中調門參調后，機組可在保證供熱參數的同時降低電負荷，為探究機組可以降低多少電負荷，故對#1、#2機組進行了一系列測試。

#1、#2機組進行壓中調門降電負荷試驗時，以任一供熱聯箱壓力下降至1.60MPa 為低限，此時機組電負荷即為指定供熱流量下的最小電負荷。#1、#2機組在10～80t/h 供熱組合下進行最小出力試驗（試驗畫面如圖3所示），每臺機組各進行10個試驗工況，匯總實測結果見表2及表3。

圖3 進行試驗時的機組供熱參數畫面

由以上數據，繪制#1、#2號機組加入中調門調節后的供熱工況圖如圖4所示。

圖4 #1機組中調門參調后供熱工況圖

圖5 #2機組中調門參調后供熱工況圖

#1、#2機組供熱工況圖解析：由數據可知，10～70t/h 供熱量時受減溫減壓器后供熱總管壓力不低于1.60MPa 的限制，80t/h 供熱量受高排溫度不超過335℃限制，根據測試得出以下供熱流量和機組最小發電負荷的對應結果。

根據表1及表4，可得出中調門參調后機組在相同的供熱工況下，可降低電負荷的性能，詳見表5。

表1 中調門未參調時機組供熱量與最小電負荷關系表

表2 中調門參調后#1機組負荷與供熱參數測試結果

表3 中調門參調后#2機組負荷與供熱參數測試結果

4 結論

4.1 概述

#1、#2機組根據實際運行情況，將中調門節流運行，增強了供熱蒸汽參數的穩定性，進一步滿足用戶要求，增加了機組負荷的調節區間，提高了機組的調峰能力，在當前電力系統運行狀況下，進一步滿足了電網的需求。

4.2 中調門參調后可降低電負荷的性能

中調門參調后，機組高壓缸排汽和再熱汽壓力得到了提高。經過試驗，在供熱流量為60t/h，供熱壓力為1.6MPa，供熱溫度210～230℃的最常見工況下，中調門未參調前，#1、#2機組電負荷至少要達到103.09MW 及100.24MW；在中調門參調后，#1、#2機組電負荷可以降低至85.2MW 和85.0MW，降幅分別達到17.35%、15.2%，效果非常明顯。此外，當供熱流量達到70～80t/h 時，仍可通過節流中調門的方式，在85.2～90MW 的低負荷下保證供熱的壓力和溫度穩定。中調門參調后，汽輪機的相關運行參數較為穩定，故中調門參調后汽輪機可安全、穩定運行。

綜上，中調門參調可使機組在保持較高的供熱壓力和穩定的流量下降低電負荷，對于機組的靈活調峰運行有重要的作用和意義。