一、項目背景

近年來我國新能源裝機迅猛增加，但是由于風電和太陽能發(fā)電的自然屬性決定了其發(fā)電的波動性和間歇性，隨著新能源并網(wǎng)容量的不斷增加，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響日益嚴重，迫切需要火電機組隨時承擔深度調(diào)峰任務，為可再生能源騰出發(fā)電空間，但是在我國北方地區(qū)，70％火電機組為供熱機組，為了保證居民供熱需要，火電機組必須“以熱定電”，同時在北方地區(qū)，冬季正是風電機組發(fā)電的黃金時期，如何解決上述矛盾，是火電機組面臨的近必然選擇。

國家發(fā)改委相繼出臺了《關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導意見》（2018.3.28下發(fā)），《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理暫行辦法》（電監(jiān)市場〔2006〕43 號）、《國家能源局關(guān)于印發(fā)完善電力輔助服務補償（市場）機制工作方案的通知》，各地區(qū)在此基礎(chǔ)上也相繼出臺了《電力輔助服務市場運營規(guī)則》，發(fā)改委印發(fā)的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出，到2020年熱電聯(lián)產(chǎn)機組和常規(guī)煤電靈活性改造規(guī)模分別達到 1.33 億千瓦和 8600 萬千瓦。

傳統(tǒng)的抽汽供熱機組受汽輪機低壓缸最小冷卻蒸汽流量及系統(tǒng)運行調(diào)整能力所限，實現(xiàn)深度調(diào)峰難度較大。為此，在深入研究機組小容積下的汽輪機安

全運行特性的基礎(chǔ)上，配套機組冷端系統(tǒng)和進汽系統(tǒng)改造，實現(xiàn)機組超低背壓、

小冷卻流量“切缸”運行，并優(yōu)化系統(tǒng)控制實現(xiàn)切缸運行與常規(guī)供熱方式的無擾切換，達到改善機組調(diào)峰性能，提高機組熱電解耦能力。

二、供熱機組供熱特性與冷端特性耦合試驗研究

開展典型供熱機組供熱特性試驗研究和設(shè)計特性研究，全面掌握不同類型供熱機組的設(shè)計特性、運行特性，特別是結(jié)合機組不同的冷端運行方式（濕冷、直接空冷、間接空冷）開展供熱特性和冷端運行特性耦合研究工作，掌握汽輪機不同冷端方式下，抽真空系統(tǒng)的抽真空能力及系統(tǒng)匹配特性，特別是低壓缸小容積流量下，汽輪機本體安全性研究，包括對機組軸系穩(wěn)定、低壓缸葉片安全性（超溫、水蝕、顫振等）、低壓缸內(nèi)外缸體變形等影響分析評估。

1、供熱機組小容積流量運行特性研究

理論研究和試驗研究表明：有效降低機組運行背壓，保持合理的過流容積流量是確保機組安全運行的必要條件�？捎行б种频蛪焊啄┘夁^熱、葉片顫振、緩解末葉出汽邊根部因水滴倒吸引起的水蝕。為此，開展超低運行背壓技術(shù)研究十分必要。

2、供熱機組冷端防凍技術(shù)研究

針對供熱機組極端工況下，冷端系統(tǒng)防凍壓力大，運行安全經(jīng)濟性差的問題。

率先在山西河坡電廠開展了直接空冷系統(tǒng)在線監(jiān)測及輔助抽真空系統(tǒng)開發(fā)與應用研究。將機組供熱期間安全運行背壓降至3.3kPa，實現(xiàn)了直接空冷機組超低運行，配套開發(fā)了間接機組間冷塔、濕冷機組水塔的防凍技術(shù)研究，并申報了技術(shù)專利。

目前，相關(guān)技術(shù)已推廣應用于間接空冷和濕冷機組冷端系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了機組供熱期安全防凍低背壓運行，確保了低壓缸超低質(zhì)量下的安全運行，也解決了機組夏季原水環(huán)真空泵汽蝕等技術(shù)難題。

3、超低背壓技術(shù)改造及應用

機組實現(xiàn)超低背壓運行，一方面要求主機與冷端系統(tǒng)的特性匹配，另一方面要求抽真空系統(tǒng)具備足夠的抽吸能力，并與抽真空系統(tǒng)阻力相互匹配。當前，無論是直接空冷系統(tǒng)還是濕冷機組均反映出在低負荷下抽真空系統(tǒng)抽吸能力不足的現(xiàn)象，為此，對抽真空管路和抽真空泵進行改造是實現(xiàn)機組超低背壓運行必備條件。該技術(shù)先后在山西河坡、國錦、國金、耀光、長治熱電、啟光等電廠改造應用，實現(xiàn)了2-4kPa超低背壓安全運行，安全經(jīng)濟效果顯著。

4、供熱機組靈活性“切除低壓缸”技術(shù)應用研究

改造方案主要包括低壓缸進汽系統(tǒng)改造、冷端系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整及改造、低加進汽系統(tǒng)改造、熱工控制系統(tǒng)改造等。包括：原聯(lián)通管供熱蝶閥改造、聯(lián)通管寬幅調(diào)整旁路改造、冷端系統(tǒng)優(yōu)化改造、低加進汽系統(tǒng)改造、安全運行監(jiān)控系統(tǒng)改造、低背壓運行控制策略等部分。具體實施方案因廠而異，因機組特性而不同。

5、供熱機組靈活性“切除低壓缸”運行控制策略

為改解決抽汽供熱機組供熱能力偏低，運行調(diào)節(jié)靈活性差的技術(shù)問題，控制策略采用低壓缸進汽參數(shù)與排汽參數(shù)同步匹配控制、運行背壓變化與最小冷卻流量協(xié)同控制的靈活性運行控制方式。也可實現(xiàn)負荷及供熱量變化過程中，自動調(diào)整低壓缸進汽流量，保證電、熱負荷的匹配性，改善機組深度調(diào)峰過程中調(diào)峰與調(diào)頻的運行性能，滿足電網(wǎng)AGC響應要求。

山西河坡電廠直接空冷機組，在 1.9kPa 超低背壓運行下，將原供熱蝶閥初始角度10 度調(diào)整至 5 度，現(xiàn)運行開度為 4% ，低壓缸最小流量 46t/h ，仍有一定下調(diào)空間。

供熱機組靈活性“切除低壓缸”示范應用

中低壓聯(lián)通管及改造旁路

首臺 350MW 超臨界間冷機組切缸運行成功應用

三、項目技術(shù)創(chuàng)新點

1、國內(nèi)率先開展機組主機供熱特性和冷端系統(tǒng)設(shè)備特性耦合研究，采用主機性能試驗與冷端系統(tǒng)性能試驗同步進行，主機最小冷卻流量和運行背壓變化、冷端系統(tǒng)抽真空阻力的測量和抽真空設(shè)備工作特性測試結(jié)合的方法，確定了影響機組供熱能力、安全穩(wěn)定性和配套冷端系統(tǒng)性能的主要關(guān)系因素。

2、創(chuàng)造性提出了實現(xiàn)空冷機組超低背壓運行的可行性方案，通過對空冷散熱器換熱特性、抽真空系統(tǒng)的阻力特性、冷端設(shè)備的防凍特性研究，開發(fā)了輔助抽真空設(shè)備及系統(tǒng)改造方案，并成功將空冷機組的安全運行背壓降至2-4kPa，并在多個電廠工程應用。不僅提高防凍能力，也提高了運行經(jīng)濟性，更為靈活性切除低壓缸供熱技術(shù)奠定應用基礎(chǔ)，可實現(xiàn)超低質(zhì)量流量下低壓缸安全運行。

3、提出了供熱機組靈活性“寬負荷切除低壓缸”解決方案，針對不同的機組類型、不同區(qū)域特點要求，提出了不同的系統(tǒng)解決方案和解決途徑，開發(fā)了自適應、寬負荷、增加低壓旁路切除低壓缸改造技術(shù)和無低壓旁路抽汽供熱深度調(diào)整利用方案；實現(xiàn)了低壓缸最小冷卻流量10-40t/h安全穩(wěn)定運行。

4、提出的采用低壓缸進汽參數(shù)與排汽參數(shù)同步匹配靈活性切缸運行控制策略，實現(xiàn)了機組背壓變化與最小冷卻流量的自動控制；實現(xiàn)負荷及供熱量變化過程中，自動調(diào)整低壓缸進汽流量，保證電、熱負荷的匹配性，改善機組深度調(diào)峰過程中調(diào)峰與調(diào)頻的運行性能，滿足電網(wǎng)AGC考核要求。
四、本項目取得的經(jīng)濟效益及社會意義

1、經(jīng)濟效益

2、社會意義

本項目相關(guān)成果的推廣應用，不僅能節(jié)約經(jīng)濟效益，也可每年減少二氧化碳排放約 4.6 萬噸，集團年均減排量 46 萬噸，促進社會清潔能力消納和提高民生供熱保障能力。

(1)?空冷機組超低運行背壓技術(shù)的成功應用，可為促進我國空冷技術(shù)的整體設(shè)計及技術(shù)改造應用起到積極推進作用。

(2) 供熱靈活性技術(shù)的成功應用，有效將原單機組的供熱保障能力提高 35% ，提高機組調(diào)峰能力 50MW 以上，有力提高了單機供熱保障能力和促進了清潔能源的消納能力和社會民生供熱能力。

(3)?寬負荷靈活性切缸改供熱造技術(shù)為不同類型、區(qū)域特點的機組合理技術(shù)改造提供了有力支撐，促進了行業(yè)技術(shù)變革。