330MW高背压热电联产机组运行优化分析.pdf

第 50 卷第 4 期2023 年 7 月华 北 电 力 大 学 学 报Journal of North China Electric Power UniversityVol.50,No.4Jul.,2023doi:10.3969/j.ISSN.1007-2691.2023.04.11330 MW 高背压热电联产机组运行优化分析李 健1,丁维栋2,杨志平1,王宁玲1,戈志华1(1.华北电力大学 国家火力发电工程技术研究中心,北京 102206;2.内蒙古京宁热电有限公司,内蒙古 乌兰察布 012000)摘要:大型汽轮机组采用高背压方式供热可以充分利用乏汽余热,提高燃料利用效率,已经有越来越多火电厂进行高背压供热改造。为确保高背压机组运行经济性,针对某电厂 330 MW 高背压热电联产机组建立 Ebsi-lon 模型并进行全工况模拟,根据低压缸最小冷却流量确定了机组的理论负荷区间,针对其实际热负荷条件建立了热网数学模型,结合热网供回水温度分析其在不同环境温度条件下的背压运行方式和电负荷范围,确定了优化背压后机组的实际运行边界;并针对热网回水偏离理想值时的经济性进行分析,确定了机组高背压投运策略。结果表明:机组采用高背压乏汽余热供热方式可以有效提高供热能力约 80 MW,但是其环境温度适应性较差,环境温度较高时,采用抽背方式供热的经济性要明显优于抽凝方式,采用优化后的背压运行方式最高可降低标准发电煤耗约 34 g/kWh;另外,热网回水温度严重影响高背压机组的经济性,在不同的供水温度下,其高背压投运的边界回水温度也相应改变。关键词:热电联产;高背压供热;供回水温度;经济性分析;运行策略中图分类号:TM621 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2023)04-0101-11收稿日期:2021-11-22.基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFB0606202).Operation and Optimization Analysis of 330 MW High Back Pressure Cogeneration UnitLI Jian1,DING Weidong2,YANG Zhiping1,WANG Ningling1,GE Zhihua1(1.National Thermal Power Engineering&Technology Research Centre,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;2.Inner Mongolia Jingning Thermal Power Co.,Ltd.,Ulanqab 012000,China)Abstract:Using high back pressure heating mode for large steam turbine units can make full use of waste heat of ex-haust steam and improve fuel utilization efficiency.Thus,more and more thermal plants have carried out high back pressure heating transformation.In order to ensure the operation economy of high back pressure unit,Ebsilon model was established for 330 MW high back pressure cogeneration unit to conduct simulation under all working conditions.Secondly,we calculated the theoretical load range of the unit according to the minimum cooling mass flow of LP cylin-der and established the mathematical model of the heat supply network according to its actual heat load conditions.Then,combined with the supply and return water temperature of heat supply network,we analyzed the back pressure operation mode and electric load range at different ambient temperatures and determined the actual operation boundary of the unit after the optimization of back pressure.We analyzed the economy of the return water of heat supply network deviating from the ideal value to determine the high back pressure operation strategy of the unit.Results show that the high back pressure waste heat of exhausted steam heating mode can improve the heating capacity by about 80 MW,but its environmental temperature adaptability is poor.When the ambient temperature is high,the economy of high back pressure heating is better than that of extraction condensate mode.The optimized back pressure operation mode can re-duce the coal consumption of standard power generation by about 34 g/kWh.In addition,the return water tempera-ture of heat supply network seriously affects the economy of high back pressure units:at different water supply tempera-tures,the return water temperature of boundary of high back pressure operation changes accordingly.华 北 电 力 大 学 学 报2023 年Key words:cogeneration;high back pressure heating;supply and return water temperature;economic analysis;oper-ation strategy0 引 言 2020 年我国火力发电平均供电标准煤耗为305.5 g/kW h1,在世界范围内居领先水平,但仍有进步空间。热电联产集中供热具有能源综合利用效率高、节能环保等优势2,可以显著提高机组热效率,在热电比理想的情况下甚至可以使发电标准煤耗率降低到 138.7 g/kWh3。利用高背压乏汽供热可以有效减少冷源损失,改善热源与热网间的品位失衡,属于绿色供热范畴4,5。因此在我国碳中和大背景下,高背压热电联产成为燃煤电厂的主要发展方向之一。在高背压供热技术的发展过程中,已经有较多文献对高背压供热的应用条件、技术路线、节能效果进行研究。戈志华等分析了高背压技术区域适用性和热经济性,验证了高背压技术在节能减排方面的优势,并揭示其应用环节的限制6-9。杨志平等确定了高背压运行时的空冷岛运行模式,得到了供热期不同时期内机组发电功率随供热凝汽器热负荷比例变化的规律,构建了耦合喷射器的新型高背压热电联产系统,进一步提高了乏汽利用率10-13。李岩等构建了高背压耦合热泵的乏汽利用系统,改善了机组经济性14。赵世飞探究了双机热电联产机组的热电负荷运行及经济分配特性,从节能和负荷灵活性的角度对热电联产机组进行优化15。梁占伟等采用高背压凝汽器供热-新风加热方法,实现了供热初末期热电解耦16。目前,我国北方已经有多个电厂进行高背压供热改造,改造技术趋于成熟。但在实际运行中,高背压供热能力受外网条件影响很大17-19,当外网运行条件较差时难以达到理想的节能减排效果。在与热网结合方面,弓学敏等分析环境温度变化对高背压供热机组性能的影响,确定了机组的最佳背压运行曲线20。杨志平等以汽轮机背压为参数,确定了外网采用质调节和量调节时的运行边界和能耗情况21。戈志华等分析了一次网回水温度变化对机组性能的影响,给出高背压供热的适用性条件6。综合来看,当前研究中结合外部热网条件对高背压机组经济性运行进行优化的文献较少。鉴于以上背景,本文对某电厂 330 MW 直接空冷高背压供热改造机组进行建模,结合热网实际供回水温度,对机组分别采用采用抽凝、抽背两种运行方式时的电热特性进行对比分析,确定高背压的经济性运行方式和投运条件,以期为电厂实际运行管理提供指导。1 案例机组及供热方案介绍1.1 高背压余热梯级利用系统 汽轮机排汽的压力和温度虽然低,但是其汽化潜热量很大。若能合理利用乏汽余热进行供热,则可以减少大量高品位抽汽用量。选取某地区 330 MW 高背压供热机组为案例,机组改造前采用传统抽汽供热方式进行供热,改造后的机组可同时利用抽汽和高背压乏汽进行供热,运行背压为 30 kPa,热负荷变化时热网循环水采用质调节方式进行调节。高背压供热系统如图 1 所示。在非严寒期,热网供回水温度往往低于其设计条件,一次网回水首先经过高背压凝汽器进行一次加热至 67.1(换热端差为 2),加热汽源为低压缸排出的高背压乏汽;然后流经热网加热器进行尖峰加热至所需温度,加热汽源为机组中压缸排汽。机组和热网基本参数如表 1 所示。图 1 高背压余热梯级供热系统图Fig.1Diagram of high back pressure waste heat cascade heating system1.2 案例机组计算模型 本文采用 Ebsilon 软件进行热力学建模,根据案例机组的热力系统和供热改造资料,搭建的供热工况下机组热力系统模型如图 2 所示。为验证建模精度,本文分别对机组设计热平衡图中 TMCR 工况、THA 工况、75%THA 工况、201第 4 期李 健,等:330 MW 高背压热电联产机组运行优化分析50%THA 工况、30%THA 工况及额定抽汽工况进行模拟计算,并与热平衡图中的数据进行对比,得到各工况模拟计算结果及误差见表 2。从表 2 可以看出,模型在变工况下计算的最大相对误差不超过 0.7%,满足工程计算的实际要求,可用于实际供热机组的变工况计算。表 1 330 MW 供热机组和热网基本参数Tab.1Basic parameters of 330 MW heating unit and heat network机组参数数值热网参数数值额定功率/MW330热负荷/MW472.5主蒸汽压力/MPa16.67设计室内温度/18主蒸汽温度/537设计室外温度/-17主蒸汽流量/(t/h)1 037.1 一次网设计供水温度/120再热蒸汽压力/MPa3.599一次网设计回水温度/71再热蒸汽温度/537二次网设计供水温度/65额定抽汽压力/MPa0.5二