基于CCS全程控制下的330MW火電機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)探索與實(shí)踐

國(guó)電電力酒泉發(fā)電有限公司 趙崇昱 袁新立 閆培飛 毛東學(xué)

引言

依據(jù)國(guó)家能源局《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到2.1億千瓦，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到1.1億千瓦，2020年以后風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量將進(jìn)一步增加。近幾年，尤其以西北區(qū)域?yàn)榇恚L(fēng)電與光伏裝容量在甘肅境內(nèi)大幅增加，據(jù)調(diào)查甘肅區(qū)域風(fēng)電與光伏機(jī)組年可利用小時(shí)數(shù)平均只有2000小時(shí)左右，棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，造成大量資源浪費(fèi)。

未來(lái)，受到多方面因素影響，西北地區(qū)風(fēng)電和光伏的消納形式還將日益嚴(yán)峻，主要原因有：西北及甘肅區(qū)域風(fēng)光資源富集，風(fēng)電和光伏的滲透率將進(jìn)一步增加；隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，用電負(fù)荷峰谷差將增大；西北及甘肅區(qū)域調(diào)峰電源建設(shè)條件有限，靈活性電源短缺；部分地區(qū)為實(shí)現(xiàn)集中供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組仍將增加，調(diào)峰困難仍將加劇。

2014年以來(lái)，甘肅區(qū)域火電機(jī)組發(fā)電利用小時(shí)數(shù)也持續(xù)下降，例如我公司在2016年、2017年夏季兩臺(tái)機(jī)組就長(zhǎng)期雙停，生存形式嚴(yán)峻，隨著未來(lái)可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展和電力市場(chǎng)的改革，火電的生存環(huán)境和未來(lái)發(fā)展還將受到極大考驗(yàn)，火電成為調(diào)峰機(jī)組是解決目前所處大形勢(shì)下的有力手段。今后，甘肅區(qū)域內(nèi)所有火電廠長(zhǎng)期參與深度調(diào)峰、甚至冬季供暖期參與調(diào)峰，將是各個(gè)火電廠要面臨的常態(tài)。

在此大背景下，各火電企業(yè)拓展思路，及時(shí)開(kāi)拓市場(chǎng)，若能夠率先在甘肅區(qū)域開(kāi)展靈活性改造項(xiàng)目，提前籌劃布置，有序組織，逐年分步開(kāi)展深度調(diào)峰配套改造工作，將為參與深度調(diào)峰打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

1.1 控制邏輯

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化方面，主要針對(duì)低負(fù)荷27%～50%段進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)對(duì)50%MCR以上負(fù)荷段、供熱期工況進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)組全負(fù)荷段滿足機(jī)組全負(fù)荷段全程自動(dòng)控制調(diào)整及脫硝噴氨系統(tǒng)的自動(dòng)控制調(diào)整，保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，負(fù)荷響應(yīng)迅速敏捷及快速升降負(fù)荷過(guò)程中的排放參數(shù)穩(wěn)定性。

主要技術(shù)內(nèi)容包括：

采用直接能量平衡控制策略，設(shè)計(jì)了基于智能非線性控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，針對(duì)變負(fù)荷、變壓力的運(yùn)行方式加劇被控對(duì)象的非線性特性的情形，采用變?cè)鲆婧头蔷€性環(huán)節(jié)改善機(jī)組控制特性；針對(duì)機(jī)組鍋爐控制系統(tǒng)大遲延、大慣性的特點(diǎn)，運(yùn)用模糊控制算法對(duì)重要回路的PID參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)調(diào)整，顯著改善了機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)能力；機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程中，對(duì)煤量、風(fēng)量等回路采用前饋性質(zhì)的智能加速超調(diào)信號(hào)，超調(diào)信號(hào)的幅度和持續(xù)時(shí)間采用基于規(guī)則的智能化處理，大幅度減小難于駕馭的反饋超調(diào)的使用，使必需的超調(diào)量及時(shí)和可控。

增加機(jī)組供熱時(shí)段熱/電負(fù)荷轉(zhuǎn)換功能，確保供熱期機(jī)組各主參數(shù)良好匹配；針對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化一次調(diào)頻控制回路，增加主汽壓力、機(jī)組負(fù)荷、單/順閥方式、供熱工況等修正回路，提高機(jī)組一次調(diào)頻的動(dòng)態(tài)性能；針對(duì)機(jī)組的深調(diào)模式，增加必要的控制手段，確保深調(diào)區(qū)間一次調(diào)頻的可靠性、以及機(jī)組的安全性；對(duì)AGC及一次調(diào)頻性能優(yōu)化改造，增加更高精度頻率變送器，使一次調(diào)頻動(dòng)作精確迅速，并重新進(jìn)行試驗(yàn)工作，保證機(jī)組深度調(diào)峰、正常調(diào)峰區(qū)間的AGC、一次調(diào)頻合格。

1.2 系統(tǒng)改造

1.2.1 省煤器加裝煙氣旁路改造

以我公司為例，旁路煙道入口選在后包墻低過(guò)水平段進(jìn)口54.2米標(biāo)高處，截面尺寸為5m×0.8m，鍋爐低負(fù)荷時(shí)旁路煙道中煙氣速度控制在15m/s以內(nèi)，出口至省煤器出口煙道水平段。在旁路煙道水平段和旁路煙道出口附近設(shè)置非金屬膨脹節(jié)，并在旁路煙道垂直段布置關(guān)斷擋板、調(diào)節(jié)擋板，并在主煙道設(shè)置調(diào)節(jié)擋板，實(shí)現(xiàn)主旁煙道兩側(cè)協(xié)調(diào)配合。配套進(jìn)行了脫硝噴氨格柵混合器改造。改造后滿足當(dāng)SCR入口溫度為265℃（對(duì)應(yīng)于30%THA負(fù)荷下溫度）時(shí)，省煤器煙氣旁路投運(yùn)后SCR入口溫度達(dá)到315℃設(shè)計(jì)、溫升幅度為50℃的技術(shù)要求。

1.2.2 加裝B層等離子點(diǎn)火裝置

燃燒器B層改造為等離子層燃燒器（含一次風(fēng)粉管彎頭膨脹節(jié)及正反法蘭和連接件）；等離子點(diǎn)火器電氣系統(tǒng)配套改造并將#1、2爐B、C磨煤機(jī)電機(jī)動(dòng)力電源及控制回路的倒換改造；閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、等離子載體風(fēng)系統(tǒng)、火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、煤火檢系統(tǒng)、爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、冷爐制粉冷風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)配套改造。

等離子發(fā)生器功率可用調(diào)節(jié)范圍70～105kW；可更換陰極使用壽命150h；陽(yáng)極使用壽命300h；冷態(tài)啟動(dòng)穩(wěn)定著火時(shí)間≤180s；等離子燃燒器出力3～8t/h；冷風(fēng)加熱器運(yùn)行參數(shù)滿足對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)最低出力及通風(fēng)量，且等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)具備冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)、帶負(fù)荷的性能；等離子燃燒器作為主燃燒器運(yùn)行，燃燒器及鍋爐水冷壁受熱面不結(jié)渣，改造后30～50%THA工況下鍋爐可穩(wěn)定燃燒運(yùn)行。

2 配套創(chuàng)新及節(jié)能措施

精細(xì)化分析深調(diào)曲線，全負(fù)荷段“兩個(gè)細(xì)則”正向收益。利用電網(wǎng)輔助服務(wù)市場(chǎng)管理平臺(tái)建立數(shù)據(jù)分析庫(kù)，每日對(duì)前一天數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個(gè)點(diǎn)的精細(xì)化分析，發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)細(xì)節(jié)上存在的問(wèn)題，不斷優(yōu)化，將“兩個(gè)細(xì)則”考核與深調(diào)考核消除，目前“兩個(gè)細(xì)則”自本年5月份至今累計(jì)收益、深調(diào)收益顯著，“兩個(gè)細(xì)則”考核逐步降低，深調(diào)考核基本消除。

開(kāi)拓思路，多方位開(kāi)展深調(diào)工況節(jié)能減排工作。優(yōu)化運(yùn)行績(jī)效考評(píng)系統(tǒng)，加入深調(diào)時(shí)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，正向引導(dǎo)節(jié)能目標(biāo)，供電煤耗在深調(diào)煤耗升高基礎(chǔ)上下降0.8g/kWh，部分抵消深調(diào)帶來(lái)的機(jī)組耗能提升；分析脫硫系統(tǒng)深調(diào)工況下的運(yùn)行狀態(tài)，將原有脫硫系統(tǒng)漿液循環(huán)泵2+1運(yùn)行模式優(yōu)化為1+1運(yùn)行模式，在保證SO2排放指標(biāo)合格的同時(shí)，降低廠用電耗0.4%，節(jié)能、排放雙向兼顧。

分析同類(lèi)型機(jī)組深調(diào)工況發(fā)生的異常事件，排查隱患，制定對(duì)應(yīng)措施。收集了參與深調(diào)機(jī)組發(fā)生的各種因深調(diào)導(dǎo)致的非停、異常工況等情況，吸取教訓(xùn)，分析原因，自主完成了等離子聯(lián)鎖保護(hù)邏輯、磨組聯(lián)鎖保護(hù)邏輯等保護(hù)措施，保證機(jī)組深調(diào)工況下燃燒穩(wěn)定。

3 項(xiàng)目效果

經(jīng)濟(jì)效益。深度調(diào)峰配套的旁路煙道改造項(xiàng)目、B層等離子改造項(xiàng)目已在全國(guó)各家電廠普遍實(shí)施，東北區(qū)域內(nèi)電廠更是于幾年前就已開(kāi)展深度調(diào)峰項(xiàng)目，但相較同類(lèi)型改造電廠，我公司深調(diào)負(fù)荷達(dá)到27%MCR工況，且協(xié)調(diào)控制全程自動(dòng)運(yùn)行，燃燒穩(wěn)定，AGC響應(yīng)快速準(zhǔn)確，一次調(diào)頻性能出色，電網(wǎng)輔助服務(wù)能力優(yōu)秀；目前“兩個(gè)細(xì)則”累計(jì)收益和深調(diào)收益成績(jī)喜人，“兩個(gè)細(xì)則”考核逐步降低，深調(diào)考核基本消除。

間接經(jīng)濟(jì)效益。截止2019年11月，我公司年深調(diào)電量1.92億千瓦時(shí)，按深調(diào)期間少發(fā)電量折算，節(jié)約標(biāo)煤6.6萬(wàn)噸，二氧化碳排放量減少16.7萬(wàn)噸。

社會(huì)效益。響應(yīng)國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進(jìn)節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)、清潔能源等綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，增加清潔電力供應(yīng)的政策，為解決甘肅區(qū)域新能源消納問(wèn)題做出貢獻(xiàn)，促進(jìn)了甘肅可再生能源電力供應(yīng)的發(fā)展。

深度調(diào)峰期間協(xié)調(diào)控制的可靠調(diào)節(jié)，保證了我公司電網(wǎng)側(cè)輔助服務(wù)質(zhì)量，為電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行做出一定貢獻(xiàn)。