燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)的應(yīng)用研究

薛劍琦

（甘肅電投能源發(fā)展股份有限公司，蘭州 730046）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油、煤炭等化石能源日益枯竭，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，因此需要優(yōu)化風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源的應(yīng)用，以更好地替代傳統(tǒng)能源。但是，在風(fēng)電等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電中，水電機(jī)組、抽水蓄能機(jī)組等嚴(yán)重影響了調(diào)峰能力，致使風(fēng)能、太陽(yáng)能資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

1 燃煤鍋爐深度調(diào)峰關(guān)鍵問(wèn)題

1.1 燃燒穩(wěn)定性問(wèn)題

在火電廠生產(chǎn)過(guò)程中，燃煤機(jī)組的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整體火電廠的生產(chǎn)效益。如果燃煤機(jī)組穩(wěn)定性不足，可能會(huì)引起嚴(yán)重的安全事故，給火電廠帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失。煤粉燃燒器的性能與鍋爐穩(wěn)燃能力息息相關(guān)。煤粉燃燒方式主要包括直流燃燒、旋流燃燒等[1]。在低負(fù)荷、變負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，燃燒特性會(huì)出現(xiàn)很大的變化，若出現(xiàn)偏離滿負(fù)荷運(yùn)行的情況，容易出現(xiàn)著火推遲、燃燒不穩(wěn)定、火焰檢測(cè)信號(hào)弱等問(wèn)題，進(jìn)而嚴(yán)重影響燃煤機(jī)組運(yùn)行的安全性，甚至引發(fā)鍋爐熄火等事故。因此，需要應(yīng)用投油助燃輔助穩(wěn)燃措施，控制燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。但是，該方法不能有效預(yù)防鍋爐熄火等問(wèn)題，還需要對(duì)燃燒設(shè)備進(jìn)行深入研究。

1.2 環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題

在低負(fù)荷運(yùn)行模式下，燃煤機(jī)組需要在較大煤粉燃燒化學(xué)當(dāng)量比下運(yùn)行，才能保障燃煤穩(wěn)定性，但這樣會(huì)使氮氧化物排放濃度驟升。在投油模式下會(huì)形成煤油混燒條件，進(jìn)而在很大程度上提高氮氧化物、硫氧化物的生成量，污染環(huán)境，因此要深入研究全負(fù)荷脫硫脫硝技術(shù)。同時(shí)，在深度調(diào)峰模式下，燃煤機(jī)組運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況產(chǎn)生較大偏離，且鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，再加上低負(fù)荷運(yùn)行模式下風(fēng)機(jī)、水泵容量較大，難以調(diào)節(jié)運(yùn)行功率，導(dǎo)致燃煤量增加，故而需要做好經(jīng)濟(jì)分析工作[2]。

1.3 熱電機(jī)組的熱電解耦問(wèn)題

為保障燃煤機(jī)組的調(diào)峰能力，要有針對(duì)性地解耦以熱定電的約束，深入研發(fā)熱電機(jī)組的熱電解耦技術(shù)，解決熱電機(jī)組深度調(diào)峰與供暖季供熱間的矛盾[3]。熱電解耦技術(shù)的應(yīng)用，需要將就近吸收供熱形成的電負(fù)荷轉(zhuǎn)化成熱能、化學(xué)能，并對(duì)其進(jìn)行有效儲(chǔ)存，為后續(xù)輸送應(yīng)用創(chuàng)造良好條件。其中，常用的技術(shù)包括儲(chǔ)熱罐、熱泵供熱、汽輪機(jī)旁路補(bǔ)償供熱等。在具體應(yīng)用中，需要對(duì)比熱電解耦前后的新能源消納效果，同時(shí)全面分析經(jīng)濟(jì)效益的變化，綜合評(píng)估電源側(cè)靈活性的提升程度[4]。

2 燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 提升燃煤穩(wěn)定性

為進(jìn)一步提升燃煤機(jī)組的燃煤穩(wěn)定性，需要對(duì)如下設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

第一，穩(wěn)燃燃燒器。為進(jìn)一步提高煤粉燃燒器的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，需要進(jìn)一步強(qiáng)化高溫?zé)煔饣亓髂芰?，并結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化燃燒器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，構(gòu)建不同負(fù)荷模式下的燃燒特性模型，同時(shí)需要根據(jù)具體情況深入研究低負(fù)荷運(yùn)行模式下的煤粉燃燒機(jī)理。此外，可以強(qiáng)化高溫回流區(qū)，以便提高穩(wěn)燃性能，具體措施包括安裝鈍體設(shè)備，應(yīng)用高速旋轉(zhuǎn)氣形成低壓區(qū)以卷吸高溫?zé)煔庑纬苫亓鱗5]。

第二，制粉系統(tǒng)。在制粉系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度、均勻性指數(shù)等參數(shù)。參數(shù)應(yīng)與不同負(fù)荷模式下的運(yùn)行需求相適應(yīng)，從而保障煤粉及時(shí)著火穩(wěn)燃，強(qiáng)化煤種對(duì)各類(lèi)環(huán)境的適應(yīng)性。基于此，要全方位研究磨煤機(jī)、制粉系統(tǒng)的特性，保障煤粉的質(zhì)量和持續(xù)均勻供應(yīng)，同時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)煤粉的供應(yīng)量。適當(dāng)提高煤粉濃度，能夠提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，具體措施包括調(diào)平一次風(fēng)管風(fēng)速、降低一次風(fēng)速、調(diào)整動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速等。

第三，點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)。等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)可以減少常規(guī)投油穩(wěn)燃過(guò)程中的成本消耗，與之相關(guān)的技術(shù)還包括小油槍微油助燃、電加熱穩(wěn)燃技術(shù)等。在等離子體穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要使用等離子體槍，利用高溫電弧瞬間放熱，環(huán)保性和安全性較好，但費(fèi)用較高，主要在燃燒高揮發(fā)分煙煤鍋爐中使用。微油穩(wěn)燃技術(shù)可以節(jié)省耗油量，適用于各類(lèi)煤種，但會(huì)對(duì)尾部電除塵設(shè)備造成不利影響。

2.2 保證環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性

一方面，降低污染物排放量。調(diào)峰過(guò)程中排放的污染物類(lèi)型有氮氧化物、硫氧化物等。為減少污染物排放量，需要抑制爐內(nèi)生成污染物，或者生成后進(jìn)行尾部脫硝。前者需要結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)提高低氮燃燒器的穩(wěn)燃能力，同時(shí)對(duì)爐內(nèi)分級(jí)配風(fēng)進(jìn)行持續(xù)性優(yōu)化，以有效控制爐內(nèi)氮氧化物的生成量。后者則需要結(jié)合實(shí)際情況，在相關(guān)位置安裝相應(yīng)設(shè)備，包括分級(jí)省煤器、省煤器水旁路等，從而增加選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝系統(tǒng)的入口煙溫。在條件允許的情況下，可以綜合應(yīng)用鍋爐啟動(dòng)技術(shù)、省煤器分級(jí)技術(shù)，還需要優(yōu)化噴氨管路，引進(jìn)新型穩(wěn)燃技術(shù)，優(yōu)化尾部脫硫工藝[6]。

另一方面，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。為提高燃煤機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低煤耗量，可以提高煤粉燃盡率，降低主要輔機(jī)廠用電率。此外，需要通過(guò)對(duì)受熱面定期輪換吹灰或采用汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行的方式，減少機(jī)組調(diào)峰過(guò)程中污染物的生成量，有效降低污染物處理費(fèi)用，進(jìn)而提升機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.3 主要輔機(jī)協(xié)同配合

第一，鍋爐受熱面。調(diào)峰作業(yè)時(shí)容易引起較大的負(fù)荷波動(dòng)，引起給水流量偏低問(wèn)題。這種情況會(huì)加劇壁溫波動(dòng)，降低水冷壁管進(jìn)水均勻性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起局部過(guò)熱問(wèn)題，甚至引發(fā)水冷壁爆管。針對(duì)以上情況，需要精準(zhǔn)核算壁溫，并適當(dāng)增加壁溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，有針對(duì)性地調(diào)整報(bào)警值，必要時(shí)增加受熱面。這樣可以動(dòng)態(tài)監(jiān)控水冷壁超溫點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)制定有針對(duì)性的燃燒區(qū)調(diào)整措施，從根本上保證受熱面安全運(yùn)行。

第二，汽水系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)節(jié)給水控制系統(tǒng)的給水量，使其與不同負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的蒸發(fā)量變化情況相適應(yīng)，從而有效控制汽包水位，促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行[7]。

第三，除塵器及尾部除塵。結(jié)合具體情況，精準(zhǔn)確定不同負(fù)荷模式下的吹灰參數(shù)，如吹灰頻率、壓力等，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控?zé)煖亍⒄羝麥囟鹊冗\(yùn)行參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)吹灰器的布置進(jìn)行優(yōu)化，以減少吹灰風(fēng)險(xiǎn)。目前，常用的燃煤機(jī)組尾部除塵技術(shù)包括低溫靜電除塵技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等，要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇除塵設(shè)備和除塵技術(shù)。

2.4 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電解耦

2.4.1 儲(chǔ)熱罐技術(shù)

在儲(chǔ)熱罐技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，要充分發(fā)揮水、熔鹽等物質(zhì)的顯熱性能，將過(guò)程中產(chǎn)生的熱能存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱罐中。如果供熱量需求過(guò)大，要結(jié)合實(shí)際情況，規(guī)范安裝容量較大的儲(chǔ)熱裝置，便于在必要情況下輸出熱量，補(bǔ)齊熱力缺口。如果熱電機(jī)組出力較大，則需要對(duì)富裕熱量進(jìn)行存儲(chǔ)，以達(dá)到“熱電解耦”運(yùn)行的目的。同時(shí)，可以綜合應(yīng)用儲(chǔ)熱罐技術(shù)、電鍋爐技術(shù)構(gòu)建儲(chǔ)熱電鍋爐，從而實(shí)現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備的集成化應(yīng)用，以增加其應(yīng)用場(chǎng)景。雖然該方法具有較高的熱經(jīng)濟(jì)性，但是其投資成本高、占用空間大，嚴(yán)重限制了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

2.4.2 汽輪機(jī)旁路補(bǔ)償供熱技術(shù)

在汽輪機(jī)旁路補(bǔ)償供熱技術(shù)的應(yīng)用中，可以將鍋爐運(yùn)行過(guò)程中形成的高溫高壓蒸汽輸入旁路系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行降溫減壓處理，然后直接輸送給用戶進(jìn)行供熱。該過(guò)程可以降低輸入汽輪機(jī)的供汽量[8]，因此旁路供電運(yùn)行方式接納風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)可行性較高。在熱電機(jī)組中，往往需要安裝旁路系統(tǒng)，要結(jié)合實(shí)際情況，就地利用現(xiàn)有的旁路系統(tǒng)，從而降低成本。但是，該技術(shù)會(huì)引起熱效率損失，尤其是減溫減壓熱損失，甚至?xí)s短管路的使用壽命。

3 優(yōu)化策略

3.1 開(kāi)發(fā)燃煤機(jī)組深度調(diào)峰潛能

為進(jìn)一步滿足燃煤機(jī)組深度調(diào)峰需求，要深度挖掘燃煤機(jī)組的潛能。這不僅需要了解燃煤機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷值，而且需要充分發(fā)揮其快速啟停功能，還要最大限度減少氮氧化物排放量。同時(shí)，需要加大科研投入力度，創(chuàng)新燃燒系統(tǒng)，優(yōu)化輔機(jī)設(shè)備的綜合性能，確保燃燒系統(tǒng)始終保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)新型、耐高溫腐蝕材料進(jìn)行全方位的研發(fā)、推廣和應(yīng)用，引進(jìn)精細(xì)化控制技術(shù)，從而進(jìn)一步提高機(jī)組調(diào)峰能力。此外，要深度研發(fā)燃煤機(jī)組，分析相關(guān)技術(shù)的耦合效果。例如，綜合應(yīng)用固體燃料氣化技術(shù)，使其在燃煤機(jī)組中發(fā)揮重要作用。只有這樣才能最大限度提升低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，從根本上提升電力調(diào)峰、儲(chǔ)熱技術(shù)的能源消納能力。

3.2 加大機(jī)組智能調(diào)峰力度

為加大燃煤機(jī)組智能調(diào)峰力度，應(yīng)用算法預(yù)測(cè)模型，精準(zhǔn)驗(yàn)算、預(yù)測(cè)燃煤機(jī)組調(diào)峰過(guò)程，但在該過(guò)程中需要保障整體電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。結(jié)合節(jié)能環(huán)保低碳要求，制定有針對(duì)性且合理的電力系統(tǒng)調(diào)度原則，并根據(jù)實(shí)際需求細(xì)化各項(xiàng)條例，優(yōu)化機(jī)組調(diào)峰工作，同時(shí)優(yōu)化停輪序位等的安排，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)新能源發(fā)電功率，保障可再生能源的高效消納，盡量控制能源消耗。

3.3 完善激勵(lì)政策

燃煤機(jī)組深度調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)效益存在很大的波動(dòng)性，通過(guò)燃煤機(jī)組調(diào)峰價(jià)格補(bǔ)償?shù)确绞?，可以進(jìn)一步提高調(diào)峰效果。此外，需要結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建燃煤機(jī)組分段調(diào)峰成本模型和市場(chǎng)參考定價(jià)模型，根據(jù)靈活調(diào)峰需求制定污染物排放政策，并引進(jìn)調(diào)峰輔助補(bǔ)償機(jī)制，提出適用性較強(qiáng)的用戶側(cè)峰谷電價(jià)方案。在此基礎(chǔ)上，要匯總不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息，做好數(shù)據(jù)整合處理工作。不僅要整理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，還要統(tǒng)一市場(chǎng)交易信息、用戶信息等，強(qiáng)化大數(shù)據(jù)分析能力，積極引導(dǎo)用戶錯(cuò)峰用電。

4 結(jié)語(yǔ)

在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，需要結(jié)合實(shí)際情況，在掌握燃煤機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行流程的基礎(chǔ)上，開(kāi)展全方位的評(píng)估工作，了解主要輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，需要采取合理措施，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行性能，保障燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。