“弃风”在热电厂回热系统中的应用研究

梁金柁,李　洋，肖增弘

(沈阳工程学院 a.研究生部；b.能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)



“弃风”在热电厂回热系统中的应用研究

梁金柁a,李洋a，肖增弘b

(沈阳工程学院 a.研究生部；b.能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)

摘要：由于电网容量的限制，风电弃风问题越来越严重。为解决风电弃风，以某热电厂300 MW机组为例，将风力发电作为电锅炉的热源来加热热电厂的回水，以消纳弃风，并利用等效热降理论分析了300 MW工况和240 MW工况下电锅炉对该机组经济性的影响。分析结果表明，采用电锅炉加热热电厂的回水，可使热电厂获得较大的经济效益和环境效益，从而为解决风电弃风问题提供了合适的途径和理论依据。

关键词：弃风；电锅炉；回热系统；等效热降

1基于等效热降理论基础

利用等效热降理论来计算电锅炉加热热电厂回水带来的经济效益。其中，抽汽等效热降、抽汽效率、新蒸汽等效热降、装置效率是计算过程中的基础。对于具有回热抽汽的电厂热力系统来说，抽汽的等效热降为

(1)

式中，hj为加热器j的抽汽焓；hn为汽轮机排气焓；r为加热器j之后更低加热器抽汽口脚码；qr为1kg蒸汽在加热器r中的放热量；Ar可取τr或γr,τr为1kg水在加热器r中的焓升； γr为1kg疏水在加热器r中的放热量。

当加热器j为汇集式加热器时，Ar取τr；当加热器j为疏水放流式加热器时，从加热器j到汇集式加热器，Ar取γr，汇集式加热器之后的加热器(不论是汇集式加热器还是疏水放流式加热器)，Ar都取τr。

抽汽效率为

(2)

其中，qj为加热器j的1kg抽汽放热量。

用变热量分析法推出新蒸汽的等效热降为

(3)

式中，h0为新蒸汽初焓，σ为1kg蒸汽在再热器中的吸热量，∑为各种作功损失总和。

锅炉循环吸热量为

(4)

装置效率为

(5)

2电锅炉加热热电厂回水的计算模型

电锅炉加热热电厂回水时，回热系统吸收电锅炉的热量Q，则蒸汽在单位质量下获得的热量为

(6)

式中，Q为电锅炉每秒产生的热量，D为主蒸汽流量。

图1　电锅炉布置

假设将电锅炉加装在(j-1)号回热加热器出口和j号回热加热器的入口之间，如图1所示，回热系统获得的锅炉热量将会利用在j加热器上，由此使得新蒸汽等效热降增加ΔH：

ΔH=q×ηj

(7)

装置效率相对提高δηi：

(8)

全年节省的耗煤ΔBb：

ΔBb=δηiBb

(9)

电锅炉加热回水的消纳弃风方案不仅能节省煤耗，同时也会减少CO2的排放。此电厂用煤含碳量约为68%，每燃烧1g的C，就产生3.6g的CO2，因此得到煤耗 与CO2排放量 之间的系数为2.5。由此每年减少CO2排放量为

Δd=2.5ΔBb

(10)

3电锅炉加热回水的消纳弃风方案的经济效益

某电厂采用300MW亚临界、一次中间再热、单轴两排汽、双抽、凝汽式汽轮机，该型机组设有8段回热抽汽，依次供给3台高压加热器、1台除氧器、4台低压加热器。

3.1机组运行现状

根据机组的机械效率ηm=0.988和发电机效率ηg=0.995，可计算出两种工况下1kg新蒸汽在汽轮机中所做的功H、循环吸热量Q、装置效率ηi、汽轮机热耗率q及标准煤耗量Bb，结果如表2所示。

3.2电锅炉加热热电厂回水系统布置方式

现选用功率为1 400 kW的电锅炉对热电厂回水系统进行加热。锅炉转换效率为97%，若运行7 000 h，则每年可消纳的弃风电功率为N=1 400×7 000=9.0×106kW·h,单位时间可产生的热量为Q=1 400×97%=1 357 kJ。

采用电锅炉加热热电厂回水系统有5种布置方式，即1#加热器入口、1#加热器和2#加热器之间、2#加热器和3#加热器之间、3#加热器和4#加热器之间、4#加热器和除氧器之间,如图2～6所示。

表1　机组原始数据及加热器抽汽效率　kJ/kg

表2　两种工况下机组热经济性

图2　电锅炉布置方案1

图3　电锅炉布置方案2

图4　电锅炉布置方案3

图5　电锅炉布置方案4

3.3经济效益分析

根据式(1)～(5)可计算出5种电锅炉布置方案所对应的年省煤量以及年CO2减少量，分析结果如图7、图8所示。

图6　电锅炉布置方案5

图7　不同电锅炉布置方案对应年省煤

图8　不同电锅炉布置方案对应年CO2排放减少量

由此可见，两种工况下均是电锅炉布置在越高级加热器前所取得的经济效益和环境效益越大，即布置在4#低压加热器和除氧器之间所取得的效益最大。300 MW工况下，最大可降低煤耗700.8 t/a，最大可减少CO2排放量1 752.08 t/a。240 MW工况下，最大可降低煤耗597.45 t/a，最大减少CO2排放量1 493.6 t/a。

4结论

随着风电并网规模的扩大、电网容量的限制，弃风问题越来越严重，为解决弃风问题，可利用电锅炉加热热电厂回水系统来消纳弃风，达到节能降耗的效果。

电锅炉布置在越高级的低压加热器前所取得的经济效益和环境效益越大，即布置在4#低压加热器和除氧器之间取得效益最大。在机组满负荷时最大可降低煤耗700.8 t/a,最大可减少CO2排放量1 752.08 t/a。由此可见，利用电锅炉加热热电厂回水系统可取得较大的经济效益和环境效益，可为消纳风电弃风提供合理途径。

参考文献

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(责任编辑张凯校对佟金锴)

Application of Wind Curtailment in Power Plant Heat Recovery System

LIANG Jin-tuoa,LI Yanga,XIAO Zeng-hongb

(a.Graduate department;b.School of Energy and Power Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：Due to the Grid capacity constraint,the wind curtailment increases more and more while integrating large amounts of wind energy into power system.To relieve the problem and improve the wind consumption,the wind power curtailment was used as the heat source of electric boiler to heat the backwater in the heat power plant.In this paper,the equivalent heat drop theory was applied to analyze the impact on economy of a 300MW power plant unit under 300MW and 240MW conditions with the wind curtailment consumption.The result showed that the wind curtailment used as the heat source of electric boiler to heat the backwater can bring greater economic and environmental benefits for the heat power plant,and it provides a reasonable approach to solve the wind curtailment.

Key words：Wind curtailment;Electric boiler;Heat recovery systems;Equivalent heat drop

中图分类号：

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2016)01-0028-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.01.006

作者简介：梁金柁(1992-)，男，辽宁昌图人，硕士研究生。通讯作者： 肖增弘(1963-)，女，辽宁辽中人，教授，硕士，硕士研究生导师，主要从事火电厂热力系统节能分析方面的研究。

收稿日期：2015-09-23

现阶段可行的消纳弃风方案有：建设抽水蓄能方案、联络线外送弃风方案、发展电动汽车方案、旁路补偿供热方案和电锅炉补偿供热方案。以某热电厂300 MW机组为例，将风力发电作为电锅炉的热源来加热热电厂的回水，以消纳弃风，并利用等效热降理论分析了该机组在300 MW工况和240 MW工况下，电锅炉布置在5个不同位置时对机组经济性的影响，分析结果为解决风电弃风问题提供了合适的途径和理论依据。