大勢所趨！火電燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀專業(yè)分析

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

一、概述由于我國新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，以及煤電產(chǎn)能的過剩，煤電的靈活性改造勢在必行。當(dāng)新能源在電網(wǎng)中的比例逐漸擴(kuò)大時，對調(diào)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(diào)峰性能。而對于

一、概述

由于我國新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，以及煤電產(chǎn)能的過剩，煤電的靈活性改造勢在必行。當(dāng)新能源在電網(wǎng)中的比例逐漸擴(kuò)大時，對調(diào)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(diào)峰性能。而對于以煤炭為主要一次能源的國家而言，高調(diào)節(jié)性的煤電廠就成為了最為現(xiàn)實的可行選擇。

預(yù)計至少“十三五”前中期電力供需仍將延續(xù)總體富余、部分地區(qū)明顯過剩的格局，電力消費增速減速換擋、煤電機(jī)組投產(chǎn)過多、煤電機(jī)組承擔(dān)高速增長的非化石能源發(fā)電深度調(diào)峰和備用等功能的原因，火電機(jī)組尤其是煤電機(jī)組在未來幾年持續(xù)低負(fù)荷運行或者深度調(diào)峰將成為常態(tài)。

二、定義

深度調(diào)峰就是受電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大影響而導(dǎo)致各發(fā)電廠降出力、發(fā)電機(jī)組超過基本調(diào)峰范圍進(jìn)行調(diào)峰的一種運行方式；深度調(diào)峰的負(fù)荷范圍超過該電廠鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷。（一般深度調(diào)峰的調(diào)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(fā)布《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點項目的通知》，為加快能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，提升我國火電運行靈活性，全面提高系統(tǒng)調(diào)峰和新能源消納能力，在各地方和發(fā)電集團(tuán)報來建議試點項目基礎(chǔ)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(fā)展改革委、國家能源局《關(guān)于印發(fā)<可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法>的通知》（發(fā)改運行〔2016〕1558號）要求[5] “逐步改變熱電機(jī)組年度發(fā)電計劃安排原則，堅持以熱定電，鼓勵熱電機(jī)組在采暖期參與調(diào)峰”。

2016年11月7日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020年）》要求 “加強(qiáng)調(diào)峰能力建設(shè)，提升系統(tǒng)靈活性”、“全面推動煤電機(jī)組靈活性改造”。

2016年11月18日，國家能源局東北監(jiān)管局批復(fù)[6]《東北電力輔助服務(wù)市場運營規(guī)則（試行）》，鼓勵火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，提升調(diào)峰能力。其中第八十四條【鼓勵技改】指出火電機(jī)組進(jìn)行重大技術(shù)改造參與調(diào)峰的，同等條件下優(yōu)先調(diào)用其參與調(diào)峰。

2017年7月26國家能源局福建監(jiān)管辦日前印發(fā)了《福建省電力輔助服務(wù)（調(diào)峰）交易規(guī)則（試行)》。規(guī)則試行于福建省電網(wǎng)開展的電力輔助服務(wù)（調(diào)峰）交易。其中第十條：機(jī)組參與深度調(diào)峰成交的售出電量，根據(jù)成交價格獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，不影響機(jī)組年度基數(shù)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(guān)電力體制改革要求，激勵發(fā)電企業(yè)參與調(diào)峰輔助服務(wù)，山西能源監(jiān)管辦印發(fā)《山西電力風(fēng)火深度調(diào)峰市場操作細(xì)則》，文件自印發(fā)之日試行，2018年1月1日起正式執(zhí)行。該細(xì)則適用于山西電網(wǎng)省調(diào)并網(wǎng)火電企業(yè)與可再生能源發(fā)電企業(yè)參與山西風(fēng)火深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場的交易行為。火電企業(yè)可通過參與深度調(diào)峰市場，獲得深度調(diào)峰市場交易費用。

2017年11月1日，國家能源局發(fā)布了關(guān)于2017年二季度電力輔助服務(wù)有關(guān)情況的通報：涉及電力輔助服務(wù)補(bǔ)償?shù)陌l(fā)電企業(yè)數(shù)量共2725家，發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量共14億千瓦，補(bǔ)償費用共28.19億元，占上網(wǎng)電費總額的0.76%。從電力輔助服務(wù)補(bǔ)償費用的結(jié)構(gòu)上看，調(diào)峰補(bǔ)償費用總額6.56億元，占總補(bǔ)償費用的23%;自動發(fā)電控制(以下簡稱AGC)補(bǔ)償費用總額5.64億元，占比20%;備用補(bǔ)償費用總額10.84億元，占比39%;其他補(bǔ)償費用5.14億元，占比18%。

四、影響深度調(diào)峰的技術(shù)因素及措施：

1.鍋爐穩(wěn)燃

當(dāng)鍋爐的燃燒工況遠(yuǎn)低于設(shè)計的最低穩(wěn)定運行負(fù)荷時，爐膛的溫度會急劇下降，導(dǎo)致煤粉的快速著火出現(xiàn)困難，進(jìn)而引發(fā)火焰穩(wěn)定性差，容易發(fā)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(wěn)燃負(fù)荷均是在燃用設(shè)計煤種條件所決定的，而實際情況鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷又受煤種變動等多種主要因素制約。深度調(diào)峰過程中隨著燃料的逐漸減少，鍋爐內(nèi)溫度的逐漸降低，燃燒工況會愈發(fā)惡劣，極易產(chǎn)生鍋爐滅火的危險。

1.1煤種

近年來，部分地區(qū)煤炭資源日漸枯竭，煤價連年大幅攀升，發(fā)電企業(yè)為降低成本，經(jīng)常直接燃用和混配偏離設(shè)計的煤種，增加了低負(fù)荷運行的風(fēng)險。尤其是超臨界鍋爐當(dāng)煤種頻繁變化、混合不均時水煤比容易發(fā)生大幅度變化，致使主、再熱汽溫大幅波動,水冷壁甚至出現(xiàn)超溫狀況，嚴(yán)重時在低負(fù)荷下難以穩(wěn)定運行，因此，應(yīng)加強(qiáng)低負(fù)荷下配煤技術(shù)的研究，確保鍋爐在低負(fù)荷下安全穩(wěn)定運行。進(jìn)行燃料靈活性研究，調(diào)研新型低成本燃料同時對燃煤摻配經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究，建立摻配模型。

1.2燃燒器

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

1.2.1煤粉預(yù)燃室燃燒器

這是我國研究最早、目前應(yīng)用最廣泛的新型煤粉燃燒器裝置。預(yù)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(fēng)噴口出口處，設(shè)置一個非流線形物體——鈍體，使煤粉氣流在鈍體的尾跡區(qū)產(chǎn)生回流，卷吸高溫?zé)煔?，以利于燃料的著火和火焰的穩(wěn)定。著火后的煤粉火炬在爐膛內(nèi)組成四角切圓燃燒。

1.2.3火焰穩(wěn)燃船燃燒器

其結(jié)構(gòu)為在常規(guī)直流煤粉燃燒器一次風(fēng)口內(nèi)加裝一個船型火焰穩(wěn)定器，并在其中心設(shè)有點火小油槍。采用這種結(jié)構(gòu)后，上煤粉氣流繞過它以后射入爐膛，在離一次風(fēng)噴口不遠(yuǎn)處形成一個束腰射流。在束腰部的兩側(cè)外緣形成高溫、高煤粉濃度和有適當(dāng)氧氣濃度的區(qū)域，成為點燃煤粉氣流的良好著火熱源，從而穩(wěn)定爐內(nèi)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(fēng)氣流分離成富粉流和貧粉流兩股氣流，這樣可在一次風(fēng)總風(fēng)量不變的前提下提高富粉流中的煤粉濃度。

盡量在一次風(fēng)噴口出口附近形成所謂“三高區(qū)”：局部高溫、高煤粉濃度→濃淡分離、適當(dāng)高的氧濃度。濃淡分離時，高濃度側(cè)的作用：減少了著火熱；濃度提高，提高了燃燒的化學(xué)反應(yīng)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(nèi)火焰黑毒→強(qiáng)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(fù)荷運行時煙氣溫度降低，不能滿足脫硝系統(tǒng)運行條件，環(huán)保設(shè)施不能正常投運。可優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行方式，調(diào)整火焰中心靠上，提高煙氣溫度；提高磨煤機(jī)出口溫度；提高二次風(fēng)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(dá)到催化劑的運行溫度要求。

目前丹東電廠已完成增設(shè)省煤器煙氣旁路等改造，減輕了系統(tǒng)的調(diào)峰壓力，并獲得了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙豐收。

2.汽輪機(jī)

2.1汽輪機(jī)水沖擊

深度調(diào)峰過程中隨著負(fù)荷的降低，燃料量的減少，汽溫也隨之會出現(xiàn)降低，尤其是在鍋爐“干態(tài)”往“濕態(tài)”轉(zhuǎn)變的過程中，容易出現(xiàn)蒸汽溫度過熱度不足，易造成汽輪機(jī)水沖擊，因此深度調(diào)峰期間汽溫調(diào)節(jié)建議：

（1）深度調(diào)峰“干態(tài)”運行過程中應(yīng)及時調(diào)整水煤比，加強(qiáng)對分離器出口過熱度的監(jiān)視保證5℃以上的過熱度。

（2）深度調(diào)峰中若機(jī)組負(fù)荷位于“干態(tài)”與“濕態(tài)”的臨界狀態(tài)，但調(diào)峰時間有比較短時，可采取停運機(jī)組真空泵、開啟儲水箱小溢流閥、開啟旁路等手段實現(xiàn)只降低機(jī)組的電負(fù)荷而保證機(jī)組的熱負(fù)荷達(dá)到調(diào)峰的目的。某電廠曾多次采取降低機(jī)組真空以及開啟儲水箱小溢流閥等手段實現(xiàn)調(diào)峰的目的，雖然此類手段會短暫犧牲機(jī)組的經(jīng)濟(jì)，但是與需要轉(zhuǎn)濕態(tài)、轉(zhuǎn)給水這些繁瑣而且風(fēng)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(diào)峰過程中隨著負(fù)荷的降低，抽汽壓力以及給水流量也在不斷的降低，而機(jī)組為了保護(hù)鍋爐一般都設(shè)置了給水流量低保護(hù)，多廠在深度調(diào)峰期間已發(fā)生因運行人員操作不當(dāng)造成機(jī)組跳閘，因此深度調(diào)峰期間給水調(diào)整建議：

（1）深度調(diào)峰過程中若機(jī)組負(fù)荷低要求對小機(jī)汽源切換，切汽源過程盡快在負(fù)荷高時進(jìn)行，切換汽源時高輔至小機(jī)電動門必須采取間斷開啟方式進(jìn)行，并嚴(yán)密注意檢查小機(jī)進(jìn)汽調(diào)門動作正常，小機(jī)轉(zhuǎn)速、流量穩(wěn)定，要做好備用聯(lián)啟的準(zhǔn)備，防止高輔、四抽在切換過程中串汽造成小機(jī)不出力導(dǎo)致給水流量低保護(hù)動作。

（2）深度調(diào)峰過程中當(dāng)給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視最小流量閥動作情況，某廠已發(fā)生多次因汽泵最小流量閥偷開造成給水流量波動引起機(jī)組跳閘，因此當(dāng)給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視，必要時可提前開啟給水泵最小流量閥至固定開度，已達(dá)到穩(wěn)定給水的目的。

3.輔機(jī)設(shè)備

燃煤發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷下長時間運行時，各輔機(jī)設(shè)備（包括風(fēng)機(jī)和給水泵）均偏離了原來的設(shè)計工況，這將直接影響輔機(jī)系統(tǒng)的做功效率，可能引發(fā)風(fēng)機(jī)的搶風(fēng)和失速，進(jìn)而導(dǎo)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(shù)是采用變頻運行，該運行方式有助于提升燃煤機(jī)組在低負(fù)荷運行下的效率。

機(jī)組參與低負(fù)荷深度調(diào)峰運行時，因煤粉濃度的制約，必須2-3臺磨煤機(jī)運行，因此跳停磨煤機(jī)或給煤機(jī)對機(jī)組的安全運行威脅較大，如處理不當(dāng)將導(dǎo)致鍋爐全火焰喪失(MFT)。為此，要進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性，必須加強(qiáng)對輔機(jī)可靠性狀態(tài)的分析和管理。

4.控制策略

優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略，通過以往運行參數(shù)及運行經(jīng)驗，對不同煤種配比、不同的變負(fù)荷段、不同的變負(fù)荷速率及幅度進(jìn)行負(fù)荷前饋量的修正，對動態(tài)和穩(wěn)態(tài)工況下的參數(shù)進(jìn)行單獨設(shè)置，從而滿足機(jī)組在變負(fù)荷過程中各參數(shù)的要求。脫硝系統(tǒng)由于存在大延遲大慣性，PID控制回路很難解決這種系統(tǒng)，尤其是在負(fù)荷波動大的時候，噴氨調(diào)門往往大幅波動而出口NOx依然超標(biāo)，因此需要建立過程數(shù)據(jù)模型，搭建新型的過程控制策略，從而使脫硝系統(tǒng)能在深度調(diào)峰過程中穩(wěn)定運行，符合環(huán)保數(shù)據(jù)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(diào)峰能力受到熱負(fù)荷的制約，因此需要對其進(jìn)行熱電解耦改造。

5.1蓄熱罐

在機(jī)組高負(fù)荷運行時對蓄熱罐進(jìn)行蓄熱，當(dāng)需要調(diào)峰進(jìn)行低負(fù)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(bǔ)償

通過機(jī)組旁路系統(tǒng)將蒸汽不通過汽輪機(jī)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(jī)中的供汽量從而滿足深度調(diào)峰對電負(fù)荷的要求，而對因低負(fù)荷影響的供熱不足問題也通過旁路蒸汽得以補(bǔ)償。

目前延吉熱電、臨河熱電廠均已完成切除低壓缸進(jìn)汽改造。通過低壓缸零出力供熱改造，實現(xiàn)電力生產(chǎn)和熱力生產(chǎn)的解耦運行，顯著提升熱電機(jī)組的供熱調(diào)峰能力。通過切除汽輪機(jī)的低壓缸全部進(jìn)汽，使得低壓缸在真空條件下安全運行，從而達(dá)到不會因深度調(diào)峰時發(fā)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(jī)組電負(fù)荷轉(zhuǎn)化為熱負(fù)荷，電鍋爐接入熱網(wǎng)中。既可以通過電鍋爐消耗電負(fù)荷，也可以通過電鍋爐補(bǔ)償熱負(fù)荷，可靈活使用進(jìn)行調(diào)峰。

吉林白城發(fā)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(jìn)行的熱電解耦改造。目前在開展風(fēng)火替代的同時，積極參與深度調(diào)峰，為吉林省內(nèi)新能源消納作出了一定貢獻(xiàn)。

五、結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：600MW機(jī)組深度調(diào)峰操作及注意事項簡述_李叔楠

責(zé)任編輯：lixin

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