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燃煤电厂如何才能做到更加有弹性的运行?

时间:2017-06-15 00:52 来源: 作者: 点击:

火力发电网讯:燃煤机组的弹性运行控制,是指通过先进的控制技术实现机组的快速、深度变负荷控制。“弹性”的核心在于机组变负荷的深度性与快速性。目前,运行弹性是电力系统为适应当前和未来新能源电力规模化接入电网对燃煤机组提出的更高要求。

提高燃煤机组运行弹性的意义:目前,我国大多数机组最低仅能在额定负荷的50%左右运行,假如这个数字可以降到40%,以2014 年为例,则当年燃煤火电(装机容量为82 524 万千瓦)可以为风电提升8252.4 万千瓦的接入容量,这相当于2014 年我国风电总装机(9581 万千瓦)的86%,从容量上看几乎可以使风电做到全额接入。而在变负荷速率方面,目前燃煤机组的变负荷速率一般为额定负荷的(1%~2%)/min,假如该速率可提升1 个百分点,那么对于1 台600MW 机组来说,其变负荷速率可提升6 MW/min,则可用来平抑3 台2 MW 风机分钟级的全幅风功率波动。

总之一句话:在变负荷深度与速率方面改善燃煤机组的弹性运行性能,将会大大提升其平抑新能源电力随机波动性的能力,进而为其规模化接入电网奠定基础。

提高燃煤电厂弹性运行的方法

协调控制系统的本质是如何更好的利用机组蓄热来达到快速响应机组负荷变化的目的。以下几个方法可采用:

1、凝结水节流调频

凝结水节流的基本原理是通过快速关断机组的凝结水及各级低压加热器的抽汽,瞬时增大进入低压缸作功的蒸汽量从而快速提高机组负荷。这个动态过程可分步描述为:

1)凝结水泵出口阀门开度改变,导致凝结水流量发生变化;

2)由于抽汽流量暂时保持不变,则加热器管侧饱和水温暂时上升;

3)由于加热器端差保持不变,则加热器壳侧饱和温度与压力上升,进而导致抽汽压力与加热器壳侧饱和压力之间的压差减小;

4)进而导致抽汽流量减少;

5)进入汽轮机作功的蒸汽流量增大,机组负荷发生变化。

某1000 MW 机组的现场实验结果:当除氧器上水电动门迅速快关时,凝结水流量快速下降,机组负荷在很短时间内即跨出调节死区,并在17s 时间内上升了约15MW,其变负荷速率达到了额定负荷的5.3%/min。无论是跨出死区的响应时间还是变负荷速率,凝结水节流调节都远远优于协调控制系统。而且,该方案并不会对机组的主蒸汽参数和效率产生影响。

2 凝汽器冷却工质节流调节

凝汽器冷却工质节流调节的基本原理是通过改变进入凝汽器内冷凝乏汽的冷却工质的流量,使得机组背压发生变化进而影响机组负荷发生变化。主要用在空冷机组。

以某330 MW 空冷机组为例,其额定背压为16 kPa,那么在额定背压下利用背压调节可实现的升负荷裕度可达7.7 MW(背压调整至阻塞背压7.13kPa),可实现的降负荷裕度可达19.6MW(背压调整至极限背压34kPa)。鉴于从空冷风机转速改变到机组负荷达到一个新的稳态值约需30 s,那么额定工况下其可实现的变负荷速率可达到额定负荷的 4.6%/min,效果显著。增加冷却工质流量可使机组负荷快速增大的根本原因在于其改变了蒸汽动力循环的末级乏汽参数,释放了原本储存在蒸汽中的蓄热,增大了蒸汽的有效焓降。

3、供热机组的抽汽调节

供热机组的抽汽调节,是将原本用来供热的抽汽送入汽轮机做功以增加供电负荷,其本质显然是利用了储存在热力系统中的蓄热。该方案对于缩短机组跨出负荷响应的死区时间及提升机组变负荷速率方面具有十分显著的效果。由于供热系统的储热容量大,当供热负荷在比较短的时间内切除再恢复时,用户端几乎是感觉不到热负荷变化的,而这部分被切除的热负荷如果在短时间内用来发电,对于电网调度侧是极其有益的。因此,可以重新为供热机组设计运行策略,当电网侧有调峰需求时,供热机组可通过在短时间内将部分供热负荷转为发电负荷,实现机组负荷的弹性运行。

4、厂级负荷优化分配

最早的厂级负荷优化分配是以电厂运行经济性为目的的,但在当前新能源电力规模化开发利用的大形势下,运行弹性成为厂级负荷优化分配更重要的目标

分析结果表明:仅考虑快速性指标时的负荷调整时间可比仅考虑经济性指标时的负荷调整时间缩短近60%,这也充分验证了考虑快速性的厂级负荷优化分配方案对于提升电源侧的弹性运行的有效性;当综合考虑快速性和经济性时,即在合理的煤耗损失的前提下,可使机组的负荷调整时间缩短近45%。因此,在保证机组运行经济性的同时,通过厂级负荷优化分配提升厂级负荷的弹性运行是行之有效的。

5、循环流化床机组的大范围运行

循环流化床机组最大的优点是其燃烧稳定性强,负荷调节范围大, 大多数机组可在30%~100%额定负荷范围内稳定运行,其低负荷运行区间比煤粉炉机组几乎扩展了20%,可以大大减小机组非计划停运带来的经济损失。

通过对某330 MW 循环流化床机组的控制系统进行前馈量系数修正、施加惯性环节实现变负荷过程中先增加风量再增加煤量和先减少煤量后减少风量等优化,大大改善了控制系统品质,试验结果表明机组在4MW/min(约为额定负荷的1.2%/min)的变负荷速率下,压力、温度、水位等主要参数波动均在合理范围内,控制效果良好。

6 总结

提升燃煤机组的弹性运行能力,是解决新能源电力系统安全高效运行问题的有效手段与必由之路目前,除凝结水节流调节策略已在少数几个电厂试用外,其他几个策略尚未在现场实施,仍处于理论研究阶段。下一步需在深入研究以下理论问题的同时,推进各项策略的现场实施。

1)深入研究上述各项技术的机理与特性,重点关注其适用的边界条件,并定量计算其可提升机组弹性运行的潜力及造成的经济性损失。

2)进一步研究其与协调控制系统的联合控制及无扰切换方法。

3)在提升燃煤机组弹性运行能力的基础上,在政策、补偿、规划等方面进行统筹,才能从根本上解决新能源电力的规模化并网问题。(本文主要信息来源《中国电机工程学报》2015年第21期,作者:刘吉臻/曾德良等)

原标题:燃煤电厂如何才能做到更加有弹性的运行?

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