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技术 | 三种一次调频技术经济性对比分析(2)

北极星电力网新闻中心  来源:汽机监督  作者:包伟伟 等  2019/12/11 16:26:06  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 火电调峰 火电机组 火电技术

3凝结水节流调频

凝结水节流调频通过改变凝结水的流量,从而间接改变各级低压加热器(简称低加)的回热抽汽量来实现调频。

该机组凝结水系统共经过5个低加和1个除氧器,当凝结水量减少时,由于加热需要的回热量减少,从9号低加到除氧器的各级加热器的抽汽量都会减少,减少的抽汽将进入中低压缸膨胀做功。在极限情况下,假设凝结水全部被节流,那么理论上产生的极限功率增量应为:

4.jpg

式中:Gn为第n段的抽汽质量流量,t/h;in为第n段的抽汽焓,kJ/kg;ic为排汽焓,kJ/kg。

由于机组在部分负荷运行时各段回热抽汽量都要减少,因此负荷对于凝结水节流调频的调频能力有直接的影响。表3为不同负荷工况下的凝结水系统的回热抽汽量及相应的极限调频数据。由表3可见:在100%负荷工况下的极限功率增量为66.3 MW,约为额定功率的6.6%;在75%负荷工况下的极限功率增量为44.5 MW,约为额定功率的4.4%。可见,随着负荷降低,调频能力逐渐下降。在50%~100%负荷,极限调频能力约为额定功率的2.5%~6.6%。在实际运行中由于凝结水系统最小流量的限制,并不能完全切除凝结水量,因此这只是一个理想的性能指标。

表3凝结水节流调频特性数据

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在同一负荷下,凝结水节流的比例不同,产生的功率增量也将不同。表4为75%负荷工况下不同凝结水节流量时的调频特性数据。

表4不同节流量调频特性数据

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由表4可见:在75%负荷工况下,当凝结水量减少283.84 t/h时,电功率的增量为9.39 MW,为额定功率的0.9%;当凝结水量减少852.39 t/h时,电功率的增量达到27.94 MW,为额定功率的2.8%。可见,随着凝结水节流量的增加,电功率的增量也相应增加。

图2为凝结水节流比例与电功率增量百分数的关系。由图2可见:电功率增量百分数与凝结水量的节流比例满足很好的线性关系,这对于一次调频调节系统的设计无疑是非常有利的;同时,由曲线外推可知,当凝结水节流比例达到100%时,电功率的增量约为4.8%,这与表3的计算结果基本一致。如果凝结水系统的最小流量按额定流量的20%考虑,则在75%负荷工况,最小流量占该工况凝结水的比例约为26%,由曲线可以查到,该工况下凝结水节流调频的最大调频能力约为3.6%。

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图2 凝结水量与电功率增量关系

采用这种调频技术,在重新达到稳态后锅炉的吸热量几乎不发生变化,这是因为在调频时,凝结水流量减少,但是锅炉给水量保持不变,给水的缺口由除氧器的储水来补充。对于机组来说,从除氧器向下一直到锅炉,所有热力参数基本上保持不变。这种调频技术是利用除氧器的储热,与前两种调频技术有着本质区别。

凝结水节流进行调频时,进入除氧器的水量以及回热抽汽量都减少,而给水流量则保持不变,因此除氧器水位将快速降低;同时,由于出水流量减小,凝汽器热井的水位将快速升高。不难看出,这两个容器水位的持续变化将成为限制调频性能的一个重要因素。对此,可在机组设计时,针对一次调频需求,加大这两个储水容器的容积,可改善凝结水节流的调频性能。

采用这种调频技术,不但可以增加功率,也可以减少功率,即向下调频,这只需要增大凝结水流量即可,整个工作过程与增加功率完全是反向的。另外,这种调频技术的可投入区间与负荷的关系也不大,特别是在高负荷时,更能发挥出优势。

由文献[4]可知,该技术机组电功率对凝结水节流的响应延迟时间大约为10 s,且呈现先快后慢的特点。可见,相对于调节阀预节流调频,凝结水节流调频的响应时间较慢,这主要是因为凝结水节流调频是一种间接调频技术,而且中间过程主要是一个换热过程,换热过程的滞后性决定了节流调频的响应特性。当凝结水节流达到稳态后,整个凝结水系统的换热也将达到稳态,此时机组的电功率将达到上述的能力值并保持不变。

4经济性分析

综上所述,从调频能力上来说,可调整回热抽汽调频技术及凝结水节流调频技术的调频能力均受负荷的严格限制,在低负荷时调频能力都达不到5%。因此,单独应用某一项技术不能满足电网对调频的要求。从响应时间来说,调节阀预节流、可调整回热抽汽都是通过调节阀直接调整蒸汽,响应时间快,而凝结水节流调频操作的是凝结水,中间还要经历一个换热过程,因此响应时间较慢。在蓄热利用上,调节阀预节流是利用锅炉侧的蓄热,可调整回热抽汽的是机侧及炉侧,而凝结水节流则是除氧器的储热。

从经济性上来说,采用可调整回热抽汽以及凝结水节流一次调频技术,均可避免调节阀预节流调频对经济性产生负面影响。显然,调节阀预节流一次调频的经济性最差,可调整回热抽汽调频次之,凝结水节流调频的经济性最好。相对于原设计,如果采用凝结水节流调频,可产生热耗收益约22 kJ/(kW·h)。图3为凝结水节流调频与原设计的经济性比较(THA为热耗率验收)。

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图3 凝结水节流调频经济性曲线

由图3可知:采用凝结水节流调频,在40%~75%负荷,机组热耗可整体下降约22 kJ/(kW·h)。采用可调整回热抽汽调频在稳态运行时大体也能实现上述收益,但是在调频过程中,由于给水温度降低或者升高,会短暂影响机组的经济性,机组热耗一般变化为10~20 kJ/(kW·h)。

按锅炉效率95%、管道效率99%计算,采用凝结水节流调频可使电厂的发电标煤耗降低约0.8 g/(kW·h),按年利用小时数6 000 h、标煤价格800元/t计算,每年可节约标煤4 789 t,产生经济效益383万元。

5结语

笔者对某1 000 MW超超临界机组三种一次调频技术的工作原理、调频特性及经济性等进行了详细的论述及分析。由分析可知:调节阀预节流调频的经济性最差,可调整回热抽汽调频次之,凝结水节流调频的经济性最好。与调节阀预节流一次调频相比,采用凝结水节流调频技术,可使机组热耗降低约22 kJ/(kW·h),经济性效果显著。

参考文献:

[1] 陈小强, 项谨, 魏路平, 等. 1 000 MW机组一次调频性能优化[J]. 中国电力, 2010, 43(4): 63-66.

[2] 杜洋洋, 冯伟忠. 基于弹性回热技术的调频性能研究[J]. 华东电力, 2014, 42(9): 1944-1949.

[3] 张宝, 童小忠, 罗志浩, 等. 凝结水节流调频负荷特性测试与评估[J]. 浙江电力, 2013, 32(2): 48-51.

[4] 陈涛. 利用凝结水节流控制实现900 MW机组的一次调频功能[J]. 东方电气评论, 2015, 29(4): 48-52.

[5] 包伟伟. 1 000 MW超超临界机组增设0号高压加热器经济性分析[J]. 发电设备, 2015, 29(3): 172-175.

[6] 包伟伟, 余海鹏, 刘世云, 等. 1 000 MW超超临界机组增设外置式蒸汽冷却器经济性分析[J]. 发电设备, 2015, 29(5): 348-352.

[7] 包伟伟, 刘鑫, 李积辉, 等. 1 000 MW超超临界机组增设低温省煤器经济性分析[J]. 发电设备, 2015, 29(6): 397-401.

[8] 包伟伟, 高敏, 庞浩城, 等. 1 000 MW超超临界机组补汽调节技术经济性分析[J]. 发电设备, 2016, 30(1): 11-15.

[9] 冯伟忠. 一种用于汽轮发电机组的可调式给水回热系统: CN202852791U[P]. 2013-04-03.

[10] 汤可怡, 杨建明, 蔡喜冬. 大型机组一次调频性能优化方法[J]. 发电设备, 2016, 30(6): 374-377.

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