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一、项目背景
近年来我国新能源装机迅猛增加，但是由于风电和太阳能发电的自然属性决定了其发电的波动性和间歇性，随着新能源并网容量的不断增加，对电网稳定运行的影响日益严重，迫切需要火电机组随时承担深度调峰任务，为可再生能源腾出发电空间，但是在我国北方地区，70％火电机组为供热机组，为了保证居民供热需要，火电机组必须“以热定电”，同时在北方地区，冬季正是风电机组发电的黄金时期，如何解决上述矛盾，是火电机组面临的近必然选择。
国家发改委相继出台了《关于提升电力系统调节能力的指导意见》（2018.3.28下发），《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》（电监市场〔2006〕43 号）、《国家能源局关于印发完善电力辅助服务补偿（市场）机制工作方案的通知》，各地区在此基础上也相继出台了《电力辅助服务市场运营规则》，发改委印发的《电力发展“十三五”规划》中明确指出，到2020年热电联产机组和常规煤电灵活性改造规模分别达到 1.33 亿千瓦和 8600 万千瓦。
传统的抽汽供热机组受汽轮机低压缸最小冷却蒸汽流量及系统运行调整能力所限，实现深度调峰难度较大。为此，在深入研究机组小容积下的汽轮机安
全运行特性的基础上，配套机组冷端系统和进汽系统改造，实现机组超低背压、
小冷却流量“切缸”运行，并优化系统控制实现切缸运行与常规供热方式的无扰切换，达到改善机组调峰性能，提高机组热电解耦能力。
二、供热机组供热特性与冷端特性耦合试验研究
开展典型供热机组供热特性试验研究和设计特性研究，全面掌握不同类型供热机组的设计特性、运行特性，特别是结合机组不同的冷端运行方式（湿冷、直接空冷、间接空冷）开展供热特性和冷端运行特性耦合研究工作，掌握汽轮机不同冷端方式下，抽真空系统的抽真空能力及系统匹配特性，特别是低压缸小容积流量下，汽轮机本体安全性研究，包括对机组轴系稳定、低压缸叶片安全性（超温、水蚀、颤振等）、低压缸内外缸体变形等影响分析评估。
1、供热机组小容积流量运行特性研究
理论研究和试验研究表明：有效降低机组运行背压，保持合理的过流容积流量是确保机组安全运行的必要条件。可有效抑制低压缸末级过热、叶片颤振、缓解末叶出汽边根部因水滴倒吸引起的水蚀。为此，开展超低运行背压技术研究十分必要。
2、供热机组冷端防冻技术研究
针对供热机组极端工况下，冷端系统防冻压力大，运行安全经济性差的问题。
率先在山西河坡电厂开展了直接空冷系统在线监测及辅助抽真空系统开发与应用研究。将机组供热期间安全运行背压降至3.3kPa，实现了直接空冷机组超低运行，配套开发了间接机组间冷塔、湿冷机组水塔的防冻技术研究，并申报了技术专利。
目前，相关技术已推广应用于间接空冷和湿冷机组冷端系统，不仅实现了机组供热期安全防冻低背压运行，确保了低压缸超低质量下的安全运行，也解决了机组夏季原水环真空泵汽蚀等技术难题。
3、超低背压技术改造及应用
机组实现超低背压运行，一方面要求主机与冷端系统的特性匹配，另一方面要求抽真空系统具备足够的抽吸能力，并与抽真空系统阻力相互匹配。当前，无论是直接空冷系统还是湿冷机组均反映出在低负荷下抽真空系统抽吸能力不足的现象，为此，对抽真空管路和抽真空泵进行改造是实现机组超低背压运行必备条件。该技术先后在山西河坡、国锦、国金、耀光、长治热电、启光等电厂改造应用，实现了2-4kPa超低背压安全运行，安全经济效果显著。
4、供热机组灵活性“切除低压缸”技术应用研究
改造方案主要包括低压缸进汽系统改造、冷端系统优化调整及改造、低加进汽系统改造、热工控制系统改造等。包括：原联通管供热蝶阀改造、联通管宽幅调整旁路改造、冷端系统优化改造、低加进汽系统改造、安全运行监控系统改造、低背压运行控制策略等部分。具体实施方案因厂而异，因机组特性而不同。
5、供热机组灵活性“切除低压缸”运行控制策略
为改解决抽汽供热机组供热能力偏低，运行调节灵活性差的技术问题，控制策略采用低压缸进汽参数与排汽参数同步匹配控制、运行背压变化与最小冷却流量协同控制的灵活性运行控制方式。也可实现负荷及供热量变化过程中，自动调整低压缸进汽流量，保证电、热负荷的匹配性，改善机组深度调峰过程中调峰与调频的运行性能，满足电网AGC响应要求。
山西河坡电厂直接空冷机组，在 1.9kPa 超低背压运行下，将原供热蝶阀初始角度10 度调整至 5 度，现运行开度为 4% ，低压缸最小流量 46t/h ，仍有一定下调空间。
供热机组灵活性“切除低压缸”示范应用
中低压联通管及改造旁路
首台 350MW 超临界间冷机组切缸运行成功应用
三、项目技术创新点
1、国内率先开展机组主机供热特性和冷端系统设备特性耦合研究，采用主机性能试验与冷端系统性能试验同步进行，主机最小冷却流量和运行背压变化、冷端系统抽真空阻力的测量和抽真空设备工作特性测试结合的方法，确定了影响机组供热能力、安全稳定性和配套冷端系统性能的主要关系因素。
2、创造性提出了实现空冷机组超低背压运行的可行性方案，通过对空冷散热器换热特性、抽真空系统的阻力特性、冷端设备的防冻特性研究，开发了辅助抽真空设备及系统改造方案，并成功将空冷机组的安全运行背压降至2-4kPa，并在多个电厂工程应用。不仅提高防冻能力，也提高了运行经济性，更为灵活性切除低压缸供热技术奠定应用基础，可实现超低质量流量下低压缸安全运行。
3、提出了供热机组灵活性“宽负荷切除低压缸”解决方案，针对不同的机组类型、不同区域特点要求，提出了不同的系统解决方案和解决途径，开发了自适应、宽负荷、增加低压旁路切除低压缸改造技术和无低压旁路抽汽供热深度调整利用方案；实现了低压缸最小冷却流量10-40t/h安全稳定运行。
4、提出的采用低压缸进汽参数与排汽参数同步匹配灵活性切缸运行控制策略，实现了机组背压变化与最小冷却流量的自动控制；实现负荷及供热量变化过程中，自动调整低压缸进汽流量，保证电、热负荷的匹配性，改善机组深度调峰过程中调峰与调频的运行性能，满足电网AGC考核要求。
四、本项目取得的经济效益及社会意义
1、经济效益
2、社会意义
本项目相关成果的推广应用，不仅能节约经济效益，也可每年减少二氧化碳排放约 4.6 万吨，集团年均减排量 46 万吨，促进社会清洁能力消纳和提高民生供热保障能力。
(1) 空冷机组超低运行背压技术的成功应用，可为促进我国空冷技术的整体设计及技术改造应用起到积极推进作用。
(2) 供热灵活性技术的成功应用，有效将原单机组的供热保障能力提高 35% ，提高机组调峰能力 50MW 以上，有力提高了单机供热保障能力和促进了清洁能源的消纳能力和社会民生供热能力。
(3) 宽负荷灵活性切缸改供热造技术为不同类型、区域特点的机组合理技术改造提供了有力支撑，促进了行业技术变革。
