大勢所趨！火電燃煤機組深度調峰技術發展現狀專業分析

2017-12-25 10:03:09 來源:北極星電力網　點擊量：評論 (0)

一、概述由于我國新能源發電的迅猛發展，以及煤電產能的過剩，煤電的靈活性改造勢在必行。當新能源在電網中的比例逐漸擴大時，對調峰電源的需求也逐漸升高，與新能源等電源相比，煤電具有較好的調峰性能。而對于

一、概述

由于我國新能源發電的迅猛發展，以及煤電產能的過剩，煤電的靈活性改造勢在必行。當新能源在電網中的比例逐漸擴大時，對調峰電源的需求也逐漸升高，與新能源等電源相比，煤電具有較好的調峰性能。而對于以煤炭為主要一次能源的國家而言，高調節性的煤電廠就成為了最為現實的可行選擇。

預計至少“十三五”前中期電力供需仍將延續總體富余、部分地區明顯過剩的格局，電力消費增速減速換擋、煤電機組投產過多、煤電機組承擔高速增長的非化石能源發電深度調峰和備用等功能的原因，火電機組尤其是煤電機組在未來幾年持續低負荷運行或者深度調峰將成為常態。

二、定義

深度調峰就是受電網負荷峰谷差較大影響而導致各發電廠降出力、發電機組超過基本調峰范圍進行調峰的一種運行方式；深度調峰的負荷范圍超過該電廠鍋爐最低穩燃負荷。（一般深度調峰的調峰深度為60%-70%BMCR）

三、政策支持

2016年6月28日、7月28日，國家能源局綜合司發布《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》，為加快能源技術創新，挖掘燃煤機組調峰潛力，提升我國火電運行靈活性，全面提高系統調峰和新能源消納能力，在各地方和發電集團報來建議試點項目基礎上，將丹東電廠等16個項目和長春熱電廠等6個項目確定為提升火電靈活性改造試點項目。

2016年7月22日，國家發展改革委、國家能源局《關于印發<可再生能源調峰機組優先發電試行辦法>的通知》（發改運行〔2016〕1558號）要求[5] “逐步改變熱電機組年度發電計劃安排原則，堅持以熱定電，鼓勵熱電機組在采暖期參與調峰”。

2016年11月7日，國家發展改革委、國家能源局發布《電力發展“十三五”規劃（2016-2020年）》要求 “加強調峰能力建設，提升系統靈活性”、“全面推動煤電機組靈活性改造”。

2016年11月18日，國家能源局東北監管局批復[6]《東北電力輔助服務市場運營規則（試行）》，鼓勵火電機組進行靈活性改造，提升調峰能力。其中第八十四條【鼓勵技改】指出火電機組進行重大技術改造參與調峰的，同等條件下優先調用其參與調峰。

2017年7月26國家能源局福建監管辦日前印發了《福建省電力輔助服務（調峰）交易規則（試行)》。規則試行于福建省電網開展的電力輔助服務（調峰）交易。其中第十條：機組參與深度調峰成交的售出電量，根據成交價格獲得經濟補償，不影響機組年度基數計劃電量。

2017年10月19日，為落實國家能源局、山西省政府相關電力體制改革要求，激勵發電企業參與調峰輔助服務，山西能源監管辦印發《山西電力風火深度調峰市場操作細則》，文件自印發之日試行，2018年1月1日起正式執行。該細則適用于山西電網省調并網火電企業與可再生能源發電企業參與山西風火深度調峰輔助服務市場的交易行為。火電企業可通過參與深度調峰市場，獲得深度調峰市場交易費用。

2017年11月1日，國家能源局發布了關于2017年二季度電力輔助服務有關情況的通報：涉及電力輔助服務補償的發電企業數量共2725家，發電機組裝機容量共14億千瓦，補償費用共28.19億元，占上網電費總額的0.76%。從電力輔助服務補償費用的結構上看，調峰補償費用總額6.56億元，占總補償費用的23%;自動發電控制(以下簡稱AGC)補償費用總額5.64億元，占比20%;備用補償費用總額10.84億元，占比39%;其他補償費用5.14億元，占比18%。

四、影響深度調峰的技術因素及措施：

1.鍋爐穩燃

當鍋爐的燃燒工況遠低于設計的最低穩定運行負荷時，爐膛的溫度會急劇下降，導致煤粉的快速著火出現困難，進而引發火焰穩定性差，容易發生熄火、爐膛滅火、放炮等重大安全隱患。

鍋爐出廠給定的最低穩燃負荷均是在燃用設計煤種條件所決定的，而實際情況鍋爐最低穩燃負荷又受煤種變動等多種主要因素制約。深度調峰過程中隨著燃料的逐漸減少，鍋爐內溫度的逐漸降低，燃燒工況會愈發惡劣，極易產生鍋爐滅火的危險。

1.1煤種

近年來，部分地區煤炭資源日漸枯竭，煤價連年大幅攀升，發電企業為降低成本，經常直接燃用和混配偏離設計的煤種，增加了低負荷運行的風險。尤其是超臨界鍋爐當煤種頻繁變化、混合不均時水煤比容易發生大幅度變化，致使主、再熱汽溫大幅波動,水冷壁甚至出現超溫狀況，嚴重時在低負荷下難以穩定運行，因此，應加強低負荷下配煤技術的研究，確保鍋爐在低負荷下安全穩定運行。進行燃料靈活性研究，調研新型低成本燃料同時對燃煤摻配經濟性進行研究，建立摻配模型。

1.2燃燒器

由于深度調峰接近或低于鍋爐穩燃負荷，因此需選用有助于穩定燃燒的新型煤粉燃燒器。并在深度調峰過程中禁止進行吹灰、打焦等干擾燃燒工況的操作。

1.2.1煤粉預燃室燃燒器

這是我國研究最早、目前應用最廣泛的新型煤粉燃燒器裝置。預燃室燃燒器是由耐火材料或耐熱鋼板制造的前置燃燒室。

1.2.2鈍體燃燒器

它是在角置式煤粉燃燒器每個角一次風噴口出口處，設置一個非流線形物體——鈍體，使煤粉氣流在鈍體的尾跡區產生回流，卷吸高溫煙氣，以利于燃料的著火和火焰的穩定。著火后的煤粉火炬在爐膛內組成四角切圓燃燒。

1.2.3火焰穩燃船燃燒器

其結構為在常規直流煤粉燃燒器一次風口內加裝一個船型火焰穩定器，并在其中心設有點火小油槍。采用這種結構后，上煤粉氣流繞過它以后射入爐膛，在離一次風噴口不遠處形成一個束腰射流。在束腰部的兩側外緣形成高溫、高煤粉濃度和有適當氧氣濃度的區域，成為點燃煤粉氣流的良好著火熱源，從而穩定爐內燃燒。

1.2.4濃淡燃燒器

所謂濃淡燃燒器，就是采用將煤粉——空氣混合物氣流，即一次風氣流分離成富粉流和貧粉流兩股氣流，這樣可在一次風總風量不變的前提下提高富粉流中的煤粉濃度。

盡量在一次風噴口出口附近形成所謂“三高區”：局部高溫、高煤粉濃度→濃淡分離、適當高的氧濃度。濃淡分離時，高濃度側的作用：減少了著火熱；濃度提高，提高了燃燒的化學反應速度；降低了著火溫度；縮短了著火時間和著火距離→利于燃盡；提高了爐內火焰黑毒→強化了輻射吸熱；降低了NOx的生成（還原性氣氛）。

1）離心式煤粉濃縮器

2）百葉窗式濃淡型煤粉燃燒器

3）擋塊式水平濃淡型煤粉燃燒器

1.3煙氣溫度

由于鍋爐低負荷運行時煙氣溫度降低，不能滿足脫硝系統運行條件，環保設施不能正常投運。可優化制粉系統運行方式，調整火焰中心靠上，提高煙氣溫度；提高磨煤機出口溫度；提高二次風溫度；加裝省煤器旁路煙道，減少省煤器吸熱量，從而提高煙氣溫度，達到催化劑的運行溫度要求。

目前丹東電廠已完成增設省煤器煙氣旁路等改造，減輕了系統的調峰壓力，并獲得了經濟效益和社會效益的雙豐收。

2.汽輪機

2.1汽輪機水沖擊

深度調峰過程中隨著負荷的降低，燃料量的減少，汽溫也隨之會出現降低，尤其是在鍋爐“干態”往“濕態”轉變的過程中，容易出現蒸汽溫度過熱度不足，易造成汽輪機水沖擊，因此深度調峰期間汽溫調節建議：

（1）深度調峰“干態”運行過程中應及時調整水煤比，加強對分離器出口過熱度的監視保證5℃以上的過熱度。

（2）深度調峰中若機組負荷位于“干態”與“濕態”的臨界狀態，但調峰時間有比較短時，可采取停運機組真空泵、開啟儲水箱小溢流閥、開啟旁路等手段實現只降低機組的電負荷而保證機組的熱負荷達到調峰的目的。某電廠曾多次采取降低機組真空以及開啟儲水箱小溢流閥等手段實現調峰的目的，雖然此類手段會短暫犧牲機組的經濟，但是與需要轉濕態、轉給水這些繁瑣而且風險極大的操作比起來還是要實惠不少。

2.2給水流量波動

深度調峰過程中隨著負荷的降低，抽汽壓力以及給水流量也在不斷的降低，而機組為了保護鍋爐一般都設置了給水流量低保護，多廠在深度調峰期間已發生因運行人員操作不當造成機組跳閘，因此深度調峰期間給水調整建議：

（1）深度調峰過程中若機組負荷低要求對小機汽源切換，切汽源過程盡快在負荷高時進行，切換汽源時高輔至小機電動門必須采取間斷開啟方式進行，并嚴密注意檢查小機進汽調門動作正常，小機轉速、流量穩定，要做好備用聯啟的準備，防止高輔、四抽在切換過程中串汽造成小機不出力導致給水流量低保護動作。

（2）深度調峰過程中當給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時應嚴密監視最小流量閥動作情況，某廠已發生多次因汽泵最小流量閥偷開造成給水流量波動引起機組跳閘，因此當給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時應嚴密監視，必要時可提前開啟給水泵最小流量閥至固定開度，已達到穩定給水的目的。

3.輔機設備

燃煤發電機組在低負荷下長時間運行時，各輔機設備（包括風機和給水泵）均偏離了原來的設計工況，這將直接影響輔機系統的做功效率，可能引發風機的搶風和失速，進而導致喘振、跳閘等一系列安全問題。針對這一問題，目前主流技術是采用變頻運行，該運行方式有助于提升燃煤機組在低負荷運行下的效率。

機組參與低負荷深度調峰運行時，因煤粉濃度的制約，必須2-3臺磨煤機運行，因此跳停磨煤機或給煤機對機組的安全運行威脅較大，如處理不當將導致鍋爐全火焰喪失(MFT)。為此，要進一步提高設備的可靠性，必須加強對輔機可靠性狀態的分析和管理。

4.控制策略

優化協調控制策略，通過以往運行參數及運行經驗，對不同煤種配比、不同的變負荷段、不同的變負荷速率及幅度進行負荷前饋量的修正，對動態和穩態工況下的參數進行單獨設置，從而滿足機組在變負荷過程中各參數的要求。脫硝系統由于存在大延遲大慣性，PID控制回路很難解決這種系統，尤其是在負荷波動大的時候，噴氨調門往往大幅波動而出口NOx依然超標，因此需要建立過程數據模型，搭建新型的過程控制策略，從而使脫硝系統能在深度調峰過程中穩定運行，符合環保數據要求。

5．供暖期間“以熱定電”

某些熱電廠由于供熱能力的限制，冬季通常采用以熱定電的方式運行，調峰能力受到熱負荷的制約，因此需要對其進行熱電解耦改造。

5.1蓄熱罐

在機組高負荷運行時對蓄熱罐進行蓄熱，當需要調峰進行低負荷段運行期間，抽汽無法滿足供熱用戶需求時，通過蓄熱罐向供熱用戶輸出熱量。

5.2旁路補償

通過機組旁路系統將蒸汽不通過汽輪機或不通過低壓缸減溫減壓后送到供熱用戶端，減少輸入到汽輪機中的供汽量從而滿足深度調峰對電負荷的要求，而對因低負荷影響的供熱不足問題也通過旁路蒸汽得以補償。

目前延吉熱電、臨河熱電廠均已完成切除低壓缸進汽改造。通過低壓缸零出力供熱改造，實現電力生產和熱力生產的解耦運行，顯著提升熱電機組的供熱調峰能力。通過切除汽輪機的低壓缸全部進汽，使得低壓缸在真空條件下安全運行，從而達到不會因深度調峰時發電量受限而影響用戶的供熱需求。

5.3電鍋爐

通過電鍋爐將機組電負荷轉化為熱負荷，電鍋爐接入熱網中。既可以通過電鍋爐消耗電負荷，也可以通過電鍋爐補償熱負荷，可靈活使用進行調峰。

吉林白城發電公司是國家首批火電靈活性改造試點項目之一，目前已完成通過電鍋爐進行的熱電解耦改造。目前在開展風火替代的同時，積極參與深度調峰，為吉林省內新能源消納作出了一定貢獻。

五、結語

目前我國火電產能過剩，但火電作為發電重要主體地位短期內難以動搖。隨著電改的不斷推進，火電今后要轉變以往的發展思路和生產方式；充分發揮火電調峰能力，接納更多新能源進入電網，走高效化、集約化、清潔化的道路。