作者：朱建文

【关键词】热电解耦；热电灵活性改造；引射配汽；储热；电锅炉；高低旁联合配汽Heat and power Decoupling By a Wide Margin

Author:Zhu Jianwen

The key way of the heat power flexibility transformation of coal fired unit is heat power decoupling.The best solution of it by a wide margin is steam jet distribution.Besides,any existing scheme of it is not ideal.The main problem to solve is the boiler reheater overheating and the thrust imbalances of turbine generator.Achieved greatly heat power decoupling,it should be not necessary to keep more operating units in low load on the grid,also there is no need for transform of boiler for low load operation.The jeter of 4th generation(synchro-adjusted) is the key and necessary equipment for heat and power decoupling.

 heat and power decoupling; heat and power flexibility transformation; steam jet distribution; thermal storage;  electric boiler; high and low bypath steam distribution

为了有效利用可再生能源保护环境，解决好热电产能过剩和冬季供热能力不足问题，电力发展十三五规划提出：全面推动煤电机组灵活性改造，三北地区供热机组改造约0.82亿千瓦，其他地区纯凝机组改造约4600万千瓦，其中三北地区增加

要求灵活性改造的主力机组主要是880台，481台，两者之和为7亿千瓦。

如此大的改造动作，应该探索一个最为有效、最节约投资的解决方案，可是现有的解决方案各有弊端，尤其是投资额十分可观。1 关于热电灵活性改造30%负荷）运行。从表面上看机组处于低负荷待命有两个好处：一是电网要求加负荷，待命机组可以迅速反应，适应灵活调峰要求；二是节约锅点火升温的费用。但笔者有不同的看法，以为没有必要花费很大的人力物力进行改造.以下观点如有不妥，请读者专家们批评指正。1.1目前我国电网容量为：600MW机组对电网的冲击非常微小。1.2有效的解决热电解耦问题后，对于带有一定热负荷的机组，没有必要对锅炉进行小负荷运行改造，因为全网热电总负荷完全可以调到使大部分锅炉不投油负荷下运行。我们不妨做这样一个设想，对所有供热机组，凡投运锅炉均在30~80%之间自由调整着，这样一个电网本身就是一个调峰自由度很大的电网，对于一般的电负荷波动，调峰速度完全可以适应。只有负荷出现长期大幅度的增加或减小情况才有必要增减机组投用台数，而这些增减的机组应该是不带供热的机组，因为供热机组在供热季不能停运。

我国目前供热主力机组主要是两个出力级别的机组，一是600MW级，采暖抽汽一般都是取自中压缸排气，最大供热能力时，电负荷率一般都在350MW机组

图一 唐山西郊350MW机组（CHO2-2#）抽汽工况图

近年来，我国电力产能过剩问题显现出来，水、风、日、核、生物质能源发电量增加，环保节能产业调整等原因，使电网总负荷大大降低，而且对调峰灵活性要求大为提高。与此同时冬季热负荷正在迅速增加，冬季又要多供热又要少发电，和发电机组的运行特性形成鲜明的矛盾。解决这一矛盾的思路和办法首先是将发电量与供热量的关联解开，即实现热电比大幅自由转换，这便是热电解耦。

首先告诉大家一个天文数字一千多亿元，这个数字就是我国正在启动热电解耦改造所要投入的资金。它是这么得来的：有一千多台机组需要改造，投资少的1亿元，投资多的2亿元，还有一些小机组也需要改造，在现有的解耦方案中，所谓储热方案和电锅炉方案都需要此投资规模。除此以外还有低压缸零出力改造，高、低旁联合配汽等方案各有弊端，现简析如下：3.1储热300MW级机组的投资约

对于每天二十四小时而言，热负荷需求量大的时候，电负荷需求量也大，反之亦然。例如凌晨两点热负荷需求到最低点，晚上

热水的储热能力有限，投巨资、占大块土地，所建水池所获储热量只够很短时间使用。专业人员简单计算便知，在天气持续寒冷即热负荷大的时间，所有储热量用尽了，热用户依然束手无策。相反，天气持续温和，机组供热能力够了储热池就没有存在的必要，投资就无意义了。

储热池散热面积很大，散热量也是值得注意的。3.2电锅炉300MW级机组的投资也是供热机组一般在

电是非常宝贵的高品位能源，发电过程机炉都发生过各种各样的能量损失，还有人力物力等等大量的财务成本。用高品位的电能以1:2或者更高得转化率。当然电热泵也有自身问题，如气温低是，制热系数小。3.2.3电锅炉的可靠性。

低压缸零出力改造分两种方案：一是光轴方案，即将低压缸叶片拆除，中压缸所有排汽都用于供热。此方案有两个缺点：一是低压缸去叶片后，转子自振频率和挠度曲线发生变化，易引发机组振动，二是发电能力下降，要多发电时发不了，反而失去了灵活性。

以上两个方案对增加机组供热能力作用很小，对100多吨

首先应该肯定这个主攻方向是正确的，因为采用配汽法解决热电解耦问题是走过许多技术弯路后必然走的一条路。配汽法热电解耦需要解决好六大基本技术问题。3.4.1锅炉过热、再热蒸汽流量失衡导致的再热器超温问题。3.4.2汽轮发电机组转子推力平衡问题。3.4.3安全稳定运行问题。3.4.4运行经济性问题。3.4.5如何实现大幅度问题。3.4.6节约投资问题。

见图二：高低旁联合配汽系统示意图

旁路就是减温减压器，就是牺牲做功能力，最终导致冷源损失加大的设备，这是专业常识。3.4.9关于大幅解耦问题60m/s的限制。本来解耦的概念就是电负荷越小热负荷可以越大，可是由于受到这一限制，还是电负荷越小热负荷越小，实现不了大幅度。以上所列问题，在增加汽汽引射器进行升压配汽后，都会迎刃而解，见后述。3.5其他方案3.5.1热泵方案要求有低温热源，循环水源热泵在电负荷小时，循环水温度低，热量少，纯空气源热泵投资大，深冷天气效果差。3.5.2汽缸开孔抽汽，纯凝改供热，适合小机组，解耦幅度很小，以节能为主要目的。3.5.3循环水供热，供热量受发电量限制，补充蒸汽加热要实现大幅度仍需进一步热电解耦。4 热电解耦的推荐方案

采用汽汽引射器，以高压蒸汽引射低压蒸汽获取中间压力蒸汽予以利用，称引射配汽，如汽轮机抽汽及过、再热蒸汽之间引射的技术早已被广泛的采用，在我国的大中型发电厂中已有近数百家的设备使用案例，只不过都不是用来将混合汽送回再热器，即热电解耦的概念。当然高参数机组热电解耦配汽用的汽汽引射器要求较高，不是一般的设计制造水平所能达到要求的。第四代汽汽引射器（联调式）的推出使得其用于热电解耦成了完全的可能。

抽汽机组，在小负荷时热负载能力也小，这是共知的热电牵连问题。由于热电牵连，我国冬季限制发电，导致了严重的供热能力不足问题。于是人们想到用新蒸汽或再热蒸汽减温减压供热的办法。可是对再热机组来说抽汽量没办法提上去，原因是：用新蒸汽或冷再汽过多，再热蒸汽量相对减少就会造成，锅炉过热器超温，反过来用，抽取再蒸汽过多会造成中压缸进汽量减少引起机组转子推力失衡，即使从中压缸进汽口以后抽汽过多同样会引起机组转子推力减小。总之，无论从什么部位抽汽都不能同时解决好这两个问题。经过详细分析，发现只有一条路能走通，这就是向再热器回送蒸汽，而后再从热再抽汽供热才能巧妙地同时解决这两个问题。前述的高低旁联合配汽方案正常基于这种思路，只不过该方案存在一些不完善的问题。而采用汽汽引射器配汽正是要把这些不完善的方面完善化。（见图三

热再抽汽量+减温水量。

图三 采用汽汽引射器进行配汽解耦的方案图

前面谈到，要实现大幅度解耦必须从汽轮热再进汽抽汽，但小负荷采用高旁减温减压，使蒸汽比容扩大进热再系统流量受限。引射配汽法，利用汽汽引射器将高排压力升高以后，比容变小了，流过再热器及管路的阻力问题也就解决了。这里也有一个有趣的逻辑：小负荷时，高排量小，虽然压力低，但新蒸汽量大，引射比小，升压就容易实现。反过来，负荷大高排压力高就更容易升压至满足流过再热系统的比容要求了。这是一个自然弥补的过程，这个逻辑通过计算得到明确的验证。

正是有了变工况计算手段，在引射器结构设计时，才能够保证在所有工况下性能满足要求，即：出口压力保证高于通过再热器系统的最低压力。900t/h以上这是真正的热电解耦的效果。60m/s限速计算出的最大供汽量曲线是随着电负荷下降的，理论负荷到零，最大供汽量也到零，这与热电解耦的初衷是相悖的。350MW机组参数为依据。

直接利用高低压旁减温减压牺牲了大量的蒸汽做功能力，引射配汽方案则不同，将新蒸汽的做功能力用于引射提升高排压力，最终结果使得用于供热的热再汽压力升高300MW机组：设计抽汽压力

如图五所示：采用供热引射器获得较高的供热压力有以下优势：4.3.1解决小负荷下中排压力低不能满足供热要求问题。4.3.2管径选的细一些可以节省投资减少散热量。4.3.3换热器的换热系数可以增大，节省换热面积。4.3.4增加蒸汽节能灵活性措施，如引射乏汽、热泵及小汽轮机拖动等。4.4汽汽引射器技术发展简介,编写出了非常精确的计算软件。特别是变工况计算更是难上加难，如果没有变工况数据，引射器的推广应用就大受限制，因为变工况是广泛存在的。除计算理论正确外，还要通过长期大量的实践案例来检验修正。

图六 第一代引射器示意图

85%-100%）。4.4.3第三代多通道型（又称多喷嘴型）：此技术是目前通用技术。为了使小负荷下有引射效果，将大设备分解成多个小设备，集装在一起，用一个执行器进行调节，通常分三段较多。4.4.4 第四代联调型：在设备中心设置一条通长芯子，调节过程中使喷嘴喉部面积、出口面积和混合面积同时严格按比例变化，而且混合室长度也同时进行适应性调整，以保持最佳工作状态，从而使负荷从小到大都能保证较高的引射系数，可简单理解为”的方式。除此以外，第四代产品还具有占用空间更小，安装运行方便，故障率低等诸多优点。

引射配汽方案的安全性是大家最为关心的问题，这个问题需要从以下三个方面予以论述：4.5.1变工况安全性分析

从计算结果来看：4.5.1.1在DN700计算）最大为884.407t/h，通过再热器没有问题。4.5.1.2在3.8424MPa，小于额定值

321.1℃控制，所以再热器超温不可能。0，系统自然恢复加装前状态。不会由引射引发系统事故，只是抽汽能力会减小至解耦前状态。4.5.2突然失控

国内目前已有上汽汽千台引射器在用，基本都是第三代及以前的产品，通常压力等级也较低。用于超临界主蒸汽上的设备很少

增加引射配汽的改造参考方案，对热控调节的要求与改造前变化不大，以丰润唐山热电系统数据简述如下（见图五）：4.6.1中低压缸导汽管调节阀控制其阀后压力为150t/h，根据经验也可进一步调小），但上限不超过

0.4MPa。4.6.3用供热引射器的减温水量控制其出口的供热蒸汽温度。4.6.4用配汽引射器进汽量控制冷再压力，同步控制了热再压力。压力设定值以变工况计算的数据拟合成曲线，在

DCS软件补充。4.7.2投资估算300MW机组而言，引射配汽方案投资约1亿元上下，节约投资1千亿元以上。5 结论

.

【 蔡义清300MW级机组能效水平对标及竞赛指标分析报告2】国家发展改革委 关于提升电力系统调节能力的指导意见2018〕)3】王颖2015.12

【 提升热电机组灵活性改造技术方案研究《中国电力》[1] China electric power enterprise federation Cai Yiqing  The level of energy efficiency for standard and competition data analysis of thermal power level of 300MW unit for 2016

[3] Wangying several injector design methods comparison  and the development of integration software for injector design and  performance analysis    2015.12

<span "="" style="font-size: 16px;">[4] Supeng etc.  Scheme research about the improvement technologies of heat power flexibility of unit  "China power" 2018.5 P87

作者简介：朱建文，男，高级工程师，从事汽机、锅炉、热力试验、引射器技术研发和推广工作多年。