燃煤機組深度調峰技術的應用研究

薛劍琦

（甘肅電投能源發展股份有限公司，蘭州 730046）

隨著社會經濟的發展，石油、煤炭等化石能源日益枯竭，環境問題越來越嚴峻，因此需要優化風電、光伏、水電等可再生能源的應用，以更好地替代傳統能源。但是，在風電等可再生能源的并網發電中，水電機組、抽水蓄能機組等嚴重影響了調峰能力，致使風能、太陽能資源嚴重浪費。

1 燃煤鍋爐深度調峰關鍵問題

1.1 燃燒穩定性問題

在火電廠生產過程中，燃煤機組的安全運行直接關系到整體火電廠的生產效益。如果燃煤機組穩定性不足，可能會引起嚴重的安全事故，給火電廠帶來極大的經濟損失。煤粉燃燒器的性能與鍋爐穩燃能力息息相關。煤粉燃燒方式主要包括直流燃燒、旋流燃燒等[1]。在低負荷、變負荷運行過程中，燃燒特性會出現很大的變化，若出現偏離滿負荷運行的情況，容易出現著火推遲、燃燒不穩定、火焰檢測信號弱等問題，進而嚴重影響燃煤機組運行的安全性，甚至引發鍋爐熄火等事故。因此，需要應用投油助燃輔助穩燃措施，控制燃燒不穩定現象。但是，該方法不能有效預防鍋爐熄火等問題，還需要對燃燒設備進行深入研究。

1.2 環保性與經濟性問題

在低負荷運行模式下，燃煤機組需要在較大煤粉燃燒化學當量比下運行，才能保障燃煤穩定性，但這樣會使氮氧化物排放濃度驟升。在投油模式下會形成煤油混燒條件，進而在很大程度上提高氮氧化物、硫氧化物的生成量，污染環境，因此要深入研究全負荷脫硫脫硝技術。同時，在深度調峰模式下，燃煤機組運行工況與設計工況產生較大偏離，且鍋爐系統運行效率達不到設計要求，再加上低負荷運行模式下風機、水泵容量較大，難以調節運行功率，導致燃煤量增加，故而需要做好經濟分析工作[2]。

1.3 熱電機組的熱電解耦問題

為保障燃煤機組的調峰能力，要有針對性地解耦以熱定電的約束，深入研發熱電機組的熱電解耦技術，解決熱電機組深度調峰與供暖季供熱間的矛盾[3]。熱電解耦技術的應用，需要將就近吸收供熱形成的電負荷轉化成熱能、化學能，并對其進行有效儲存，為后續輸送應用創造良好條件。其中，常用的技術包括儲熱罐、熱泵供熱、汽輪機旁路補償供熱等。在具體應用中，需要對比熱電解耦前后的新能源消納效果，同時全面分析經濟效益的變化，綜合評估電源側靈活性的提升程度[4]。

2 燃煤機組深度調峰技術應用要點

2.1 提升燃煤穩定性

為進一步提升燃煤機組的燃煤穩定性，需要對如下設備、系統進行優化。

第一，穩燃燃燒器。為進一步提高煤粉燃燒器的低負荷穩燃性能，需要進一步強化高溫煙氣回流能力，并結合實際情況優化燃燒器的結構和運行參數，構建不同負荷模式下的燃燒特性模型，同時需要根據具體情況深入研究低負荷運行模式下的煤粉燃燒機理。此外，可以強化高溫回流區，以便提高穩燃性能，具體措施包括安裝鈍體設備，應用高速旋轉氣形成低壓區以卷吸高溫煙氣形成回流[5]。

第二，制粉系統。在制粉系統的應用中，需要嚴格控制煤粉細度、均勻性指數等參數。參數應與不同負荷模式下的運行需求相適應，從而保障煤粉及時著火穩燃，強化煤種對各類環境的適應性。基于此，要全方位研究磨煤機、制粉系統的特性，保障煤粉的質量和持續均勻供應，同時需要結合實際情況靈活調節煤粉的供應量。適當提高煤粉濃度，能夠提高鍋爐低負荷穩燃能力，具體措施包括調平一次風管風速、降低一次風速、調整動態分離器轉速等。

第三，點火穩燃系統。等離子點火穩燃技術可以減少常規投油穩燃過程中的成本消耗，與之相關的技術還包括小油槍微油助燃、電加熱穩燃技術等。在等離子體穩燃技術的應用過程中，需要使用等離子體槍，利用高溫電弧瞬間放熱，環保性和安全性較好，但費用較高，主要在燃燒高揮發分煙煤鍋爐中使用。微油穩燃技術可以節省耗油量，適用于各類煤種，但會對尾部電除塵設備造成不利影響。

2.2 保證環保性與經濟性

一方面，降低污染物排放量。調峰過程中排放的污染物類型有氮氧化物、硫氧化物等。為減少污染物排放量，需要抑制爐內生成污染物，或者生成后進行尾部脫硝。前者需要結合實際情況適當提高低氮燃燒器的穩燃能力，同時對爐內分級配風進行持續性優化，以有效控制爐內氮氧化物的生成量。后者則需要結合實際情況，在相關位置安裝相應設備，包括分級省煤器、省煤器水旁路等，從而增加選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝系統的入口煙溫。在條件允許的情況下，可以綜合應用鍋爐啟動技術、省煤器分級技術，還需要優化噴氨管路，引進新型穩燃技術，優化尾部脫硫工藝[6]。

另一方面，提高機組運行經濟性。為提高燃煤機組運行的經濟性，降低煤耗量，可以提高煤粉燃盡率，降低主要輔機廠用電率。此外，需要通過對受熱面定期輪換吹灰或采用汽輪機滑壓運行的方式，減少機組調峰過程中污染物的生成量，有效降低污染物處理費用，進而提升機組運行的經濟性。

2.3 主要輔機協同配合

第一，鍋爐受熱面。調峰作業時容易引起較大的負荷波動，引起給水流量偏低問題。這種情況會加劇壁溫波動，降低水冷壁管進水均勻性，嚴重時會引起局部過熱問題，甚至引發水冷壁爆管。針對以上情況，需要精準核算壁溫，并適當增加壁溫監測點，有針對性地調整報警值，必要時增加受熱面。這樣可以動態監控水冷壁超溫點，結合監控數據制定有針對性的燃燒區調整措施，從根本上保證受熱面安全運行。

第二，汽水系統。結合實際情況適當調節給水控制系統的給水量，使其與不同負荷運行狀態下的蒸發量變化情況相適應，從而有效控制汽包水位，促進整個系統可靠運行[7]。

第三，除塵器及尾部除塵。結合具體情況，精準確定不同負荷模式下的吹灰參數，如吹灰頻率、壓力等，同時動態監控煙溫、蒸汽溫度等運行參數，并在此基礎上對吹灰器的布置進行優化，以減少吹灰風險。目前，常用的燃煤機組尾部除塵技術包括低溫靜電除塵技術、濕式電除塵技術等，要結合實際情況來選擇除塵設備和除塵技術。

2.4 熱電聯產機組的熱電解耦

2.4.1 儲熱罐技術

在儲熱罐技術的應用過程中，要充分發揮水、熔鹽等物質的顯熱性能，將過程中產生的熱能存儲在儲熱罐中。如果供熱量需求過大，要結合實際情況，規范安裝容量較大的儲熱裝置，便于在必要情況下輸出熱量，補齊熱力缺口。如果熱電機組出力較大，則需要對富裕熱量進行存儲，以達到“熱電解耦”運行的目的。同時，可以綜合應用儲熱罐技術、電鍋爐技術構建儲熱電鍋爐，從而實現各類設備的集成化應用，以增加其應用場景。雖然該方法具有較高的熱經濟性，但是其投資成本高、占用空間大，嚴重限制了該技術的推廣和應用。

2.4.2 汽輪機旁路補償供熱技術

在汽輪機旁路補償供熱技術的應用中，可以將鍋爐運行過程中形成的高溫高壓蒸汽輸入旁路系統，并對其進行降溫減壓處理，然后直接輸送給用戶進行供熱。該過程可以降低輸入汽輪機的供汽量[8]，因此旁路供電運行方式接納風電的經濟可行性較高。在熱電機組中，往往需要安裝旁路系統，要結合實際情況，就地利用現有的旁路系統，從而降低成本。但是，該技術會引起熱效率損失，尤其是減溫減壓熱損失，甚至會縮短管路的使用壽命。

3 優化策略

3.1 開發燃煤機組深度調峰潛能

為進一步滿足燃煤機組深度調峰需求，要深度挖掘燃煤機組的潛能。這不僅需要了解燃煤機組的最低穩燃負荷值，而且需要充分發揮其快速啟停功能，還要最大限度減少氮氧化物排放量。同時，需要加大科研投入力度，創新燃燒系統，優化輔機設備的綜合性能，確保燃燒系統始終保持最佳的運行狀態，并對新型、耐高溫腐蝕材料進行全方位的研發、推廣和應用，引進精細化控制技術，從而進一步提高機組調峰能力。此外，要深度研發燃煤機組，分析相關技術的耦合效果。例如，綜合應用固體燃料氣化技術，使其在燃煤機組中發揮重要作用。只有這樣才能最大限度提升低負荷穩燃能力，從根本上提升電力調峰、儲熱技術的能源消納能力。

3.2 加大機組智能調峰力度

為加大燃煤機組智能調峰力度，應用算法預測模型，精準驗算、預測燃煤機組調峰過程，但在該過程中需要保障整體電力系統的安全性與穩定性。結合節能環保低碳要求，制定有針對性且合理的電力系統調度原則，并根據實際需求細化各項條例，優化機組調峰工作，同時優化停輪序位等的安排，精準預測新能源發電功率，保障可再生能源的高效消納，盡量控制能源消耗。

3.3 完善激勵政策

燃煤機組深度調峰的經濟效益存在很大的波動性，通過燃煤機組調峰價格補償等方式，可以進一步提高調峰效果。此外，需要結合實際情況，構建燃煤機組分段調峰成本模型和市場參考定價模型，根據靈活調峰需求制定污染物排放政策，并引進調峰輔助補償機制，提出適用性較強的用戶側峰谷電價方案。在此基礎上，要匯總不同類型的數據信息，做好數據整合處理工作。不僅要整理系統運行數據，還要統一市場交易信息、用戶信息等，強化大數據分析能力，積極引導用戶錯峰用電。

4 結語

在低負荷運行狀態下，需要結合實際情況，在掌握燃煤機組系統運行流程的基礎上，開展全方位的評估工作，了解主要輔機運行狀態。一旦發現異常情況，需要采取合理措施，進一步優化系統運行性能，保障燃煤機組深度調峰技術的應用效果，實現系統穩定、環保、經濟運行。