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燃气-蒸汽联合循环机组灵活性供热控制策略

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：周雪枫

[导读] 摘要：燃气-蒸汽联合循环机组因热效率高、启停速度快、三废排放少、电热负荷响应迅速等优点，在采暖需求量大且集中、空气质量要求严格的“三北”地区发展迅速，在“三北”地区冬季供暖热源中的占比逐年提高。

        浙江城建煤气热电设计院有限公司
        摘要：燃气-蒸汽联合循环机组因热效率高、启停速度快、三废排放少、电热负荷响应迅速等优点，在采暖需求量大且集中、空气质量要求严格的“三北”地区发展迅速，在“三北”地区冬季供暖热源中的占比逐年提高。本文基于燃气-蒸汽联合循环机组灵活性供热控制策略展开论述。
        关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；灵活性；供热控制策略
        引言
        近年来在“减煤增气”政策的引导下，全国天然气用量爆发式增长，天然气需求增幅大于产量增幅。随着城市不断发展，天然气气源紧张问题日益突出，严重影响居民供暖质量。因此，如何在有限的天然气气源条件下最大化供热能力是亟待解决的技术难题。
        1我国集中供热现状
        我国目前供热方式主要有燃煤锅炉供热、燃气锅炉供热以及热电联产机组等，供热能源还是以煤为主的化石能源，这也是导致北方冬季长期雾霾天气，以及CO2大量排放的主要原因。虽然部分地区已经推行了“煤改气”“煤改电”工程，但我国的资源禀赋仍然是“富煤贫油少气”，在供热问题上面临着气候变化与能源危机的双重压力。我国严寒地区和寒冷地区的集中供热面积呈现逐年增长趋势，普通地区的集中供热面积处于上下波动的状态，受南方的气候变化影响较大。由此可见，集中供热的需求很大，在集中供热方向上，SMR具有较大的应用潜力。
        2三联供系统设计与分析
        设计原则，①分布式供能系统系统设计考虑“以电定热”，供电比例为系统总用电负荷的20%～30%，并网不上网，确保分布式供能系统年利用小时数大于2500h，充分利用发电余热。②分布式供能及污水源热泵系统承担基本负荷，离心式冷水机组承担调节负荷，确保分布式能源稳定运行，燃气冷凝热水锅炉作为备用及调峰使用。
        3评价指标选择
        该复合式能源系统输入电力、燃气、污水资源，净输出为供热量或供冷量。单一燃气锅炉效率、系统COP、燃气三联供系统能源利用率都无法公允评价系统性能，必须对现有系统评价指标进行修正和完善，对不同输入资源进行合理折算。建议采用年一次能源利用率（PER）对系统进行评价和年系统综合性能系数（ASCOP）。年一次能源利用率指在一个完整的供能期内，供能系统建筑物获得的热量或冷量与消耗的一次能源之比。即：PER=建筑得热量（冷量）/(燃气消耗量×燃气热值+电力消耗量×电力等价折算系数)×100%电力参照大型燃煤发电机组供电煤耗计算，1kWh电力折算310gce，标准煤热值为7000cal/kg，折算系数为9074kJ/kWh。年系统综合性能系数为在一个完整的供暖期（制冷期）内，供能系统建筑物获得的热量（冷量）与冷热源主机、水泵及其他耗能设备净输入电量之比。ASCOP=建筑得热量（冷量）/(燃气消耗量×燃气折电系数+电力消耗量)燃气折电系数按当前大型燃气电厂供电效率计，折算系数为5.5kWh/Nm3。
        4并退汽控制
        联合循环机组在抽汽高背压供热、单台余热锅炉耦合高背压供热、2台余热锅炉供热等模式之间进行切换时需要进行并汽和退汽操作。当机组由“二拖一”切换至“一拖一”运行时，首先需要对即将解耦的余热锅炉的高压旁路进行暖管。暖管结束后系统自动执行对应高旁减压阀、高压并汽阀、再热器进汽阀的开度自动调节程序，直至高旁减压阀全开，高压并汽阀全关，再热器进气阀全关。之后，高中压旁路调节阀及减温减压器根据压力和温度设定值逐步开启，保证旁路后温度及压力保持在合理范围。当机组由“一拖一”切换至“二拖一”运行时，并汽策略与退汽类似。

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        5“热压机+尖峰加热器”供热方案
        在实际工作中，最基本的设计原则是，在不改动主机的前提下，使电厂效益尽可能最大化。基础数据是：电厂供热热网循环水供回水温度105℃/55℃；汽轮机排汽背压上限30kPa，此时最大抽汽量为25t/h；供热额定抽汽55t/h，低压补汽25t/h均可用于供热。采暖抽汽参数是，压力0.4MPa，温度180℃；低压补汽参数是，压力0.35MPa，温度145℃。在此方案中，采暖季时机组运行背压为15kPa，在热压机中将部分汽轮机乏汽（15kPa）利用机组供热抽汽引射出高背压乏汽（33kPa），进入凝汽器加热热网循环水。本方案设计供热负荷58.7MW，热网循环水量为970t/h。55℃热网回水先经热压机加热至70℃出水，经热网循环泵升压后进入尖峰加热器，尖峰补热至105℃。其中，热压机配套凝汽器回收乏汽约13t/h，热压机+热网加热器利用加热蒸汽80t/h。在机组原有的DN3000大排汽管道上接出一根DN800管道连接到热压机入口，乏汽管道加装电动真空蝶阀，汽轮机额定背压15kPa。冬季（采暖季），将乏汽管道上的电动蒸汽隔离阀和凝结水管道电动蝶阀打开，部分乏汽通过管道进入热压机系统进行冷凝供热；夏季（非采暖季），关闭乏汽管道上的隔离阀和凝结水管道阀门，使热压机机组隔绝，汽轮机所有排汽由空冷系统冷却。乏汽管道的应力计算原则是，通过设置膨胀节吸收由温度变化、风荷载、地震荷载等所产生的力和力矩，使施加于空冷岛侧的空冷排汽管道荷载和位移不会影响到空冷排汽管道的安全稳定运行，同样不能给热网凝汽器的接口处施加额外、不能承受的力和位移。
        6现场总线设计总结
        ａ）系统冗余度考虑。对于重要的工艺系统或互为备用的工艺设备，网段划分应采用双冗余网络（即Ａ／Ｂ双网段）。ｂ）充分考虑系统通信速率。保证控制器的扫描周期与现场总线的宏周期（对ＦＦＨ１总线）或现场设备的轮询刷新周期（对ＰｒｏｆｉｂｕｓＰＡ总线）之间的合理匹配。ｃ）合理规划系统现场总线网段划分。根据工艺流程，将全厂控制系统划分为若干总线网段，同一控制系统或控制回路的仪表和控制对象应接人同一总线网段内，冗余配置的总线仪表或总线设备应分别划分到同一系统的Ａ／Ｂ网段。ｄ）按照通信速率的要求和现场距离要求，合理确定每个网段上挂接的总线设备数量。
        7汽轮机跳闸保护策略
        机组在抽汽高背压供热、单台余热锅炉耦合高背压供热、单台余热锅炉耦合空载供热下运行时，当汽轮机发生非计划停运后，为了不影响机组供热，不应在汽轮机跳闸时联锁跳闸燃气轮机。因此，应退出OvationDCS中蒸汽轮机跳闸联锁跳闸燃气轮机的保护逻辑，并增加了高压旁路阀、高压并汽阀、再热并汽阀、高旁减温减压器及再热减温减压器等的快速启动功能，并且在快速启动后投入相关阀门自动控制方式。
        结束语
        现场总线技术是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信手段，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间信息传递的问题％现场总线技术在国内外流程工业、交通、石化、楼宇等行业的自动化系统中有成功的应用，但在电力行业应用较晚。
        参考文献
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        [5]张尹路,李文甲,康利改.智慧供热在分布式燃气供热中的应用与优化提升[J].华电技术,2020,42(11):14-20.