增强火电灵活性——快速启停、爬坡

 

0、前言

近年来国家大力发展风电、光电等非化石能源，但风电、光电的不稳定性造成弃风、弃光严重。因此，增强火电灵活性为非化石能源发电上网保驾护航势在必行。

国家电力规划总院总结的2016年国内弃风率

一、技术要求

国家能源局综合司于2016年6月发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，其燃煤火力发电机组灵活性的主要内容：

（1）运行灵活性，即：

     A）20%~40%额定负荷深度调峰；

     B）2~4h快速启停，

     C）2%~5%MW/min爬坡能力；

（2）燃料灵活性：煤种适应力强；

（3）灵活性运行时烟气排放达标；

（4）灵活性运行时不降低机组效率、不缩短整体使用寿命。

燃煤火力发电机组只有做到上述指标，才满足灵活性运行要求，达到为非化石能源发电上网保驾护航的目的。在前几次文章里已经分析了深度调峰应用，本次就重点说说快速启停、快速爬坡。

三、国内燃煤发电机组快速启停/爬坡现状

（1）锅炉启停过程耗时较长

在锅炉启停过程中，为维持炉内工况稳定，燃烧充分，压力及温度同步上升，需缓慢调节燃烧参数，确保锅炉安全、稳定运行，导致锅炉启停时间较长，不能满足灵活性要求。

（2）爬坡速度慢（机组负荷升降速率慢）

由于炉内燃烧稳定性差，为了保证炉内燃烧安全，需在调峰过程中缓慢调整燃烧热量，不能快速增加入炉煤量，从而导致爬坡速度（负荷升降速率）慢；

 

四、国外燃煤发电机组快速启停/爬坡现状

（1）快速启停/爬坡能力

①国外以达到先进技术水平，800MW超临界机组实现3h快速启停；

②爬坡能力（负荷升降速率）达到3%额定负荷/min。

（2）主要技术措施

①燃烧煤种预处理——减少煤粉进入炉内的吸热量，促使煤粉提前着火燃烧，提前放热；

②新型材料减薄壁厚——在安全稳定运行的前提下，减薄壁厚，提高锅炉运行效率；

③优化制粉、供粉系统——通过油压的改变和风量的控制来改变进入炉膛的煤粉燃料量，使燃料输出量得到更精确的控制；

④优化运行操作过程——通过精细化操作管理，提高机组各环节的效率。

上述技术措施的先进性不可否认，但与我国的实际国情存在较大的差异，若直接照搬国外先进技术，易产生衍生问题，出现“水土不服”现象。基于这种现状重庆富燃科技研发了增强火电机组运行灵活性相关技术，并得到了成功应用。

五、富氧燃烧提升燃煤火电灵活性技术

以四角切圆燃烧锅炉为例，富氧燃烧提升燃煤火电灵活性技术，将锅炉底层一次风煤粉燃烧喷口及顶层一次风煤粉燃烧喷口，改造为富氧燃烧提升燃煤火电灵活性装置。

 

（1）机组需要快速启停时

由于火力发电机组冷态启动属于预定时间行为，不存在快速启停。所以灵活性运行中快速启停主要针对机组温态、热态、极热态的启动。

根据锅炉设计升温升压曲线的对应关系，富氧燃烧提升燃煤火电灵活性机组快速启停系统，实现对锅炉实际升温升压曲线对应关系的实时修正：

①当锅炉主蒸汽压力低于设计升级升温曲线所对应该温度下的压力时，通过增大底层富氧燃烧装置投煤量，同时增加相应富氧燃烧装置油量、氧量，以快速提升主蒸汽压力，实现主蒸汽温度及压力的同步快速增长；

②当锅炉主蒸汽温度低于设计升级升温曲线所对应该压力下的温度时，通过增大顶层富氧燃烧装置投煤量，同时增加相应富氧燃烧装置油量、氧量，以快速提升主蒸汽温度，实现主蒸汽温度及压力的同步快速增长。

在富氧燃烧提升燃煤火电灵活性机组快速启停系统的运行下，实现锅炉启动过程对升温升压对应关系的实时修正，确保锅炉启动过程主蒸汽温度与压力的同步快速增长，达到实现快速启停的目的。

（2）机组需要快速爬坡（升负荷速率）时

根据锅炉所需升负荷速率，富氧燃烧提升燃煤火电灵活性机组快速爬坡系统实现对锅炉实际投煤量的快速调节：根据所需升负荷速率所对应的理论投煤量，通过富氧燃烧装置的多层多点投运（多个点火层），实现各燃烧器投煤量的灵活调节（快速增/减），以达到提高升负荷速率的目的：

如一台300MW的机组，目前低负荷运行负荷为90MW，要求升负荷速率达到3.5%额定负荷/min，那么该系统每分钟多层多点需调控的煤量为5t。

（3）应用案例

2016年底重庆富燃科技对某300MW切圆燃烧锅炉进行了富氧燃烧提升燃煤火电灵活性技术改造；

（1）改造后在机组快速升负荷时，通过多点灵活地投运底层/顶层富氧燃烧器，锅炉爬坡能力达到了3.5%额定负荷/min；

（2）通过多点多层投运方式，达到了快速升温升压的要求，锅炉热态启动时间缩短至≤4h。

六、结束语

2017年国内燃煤发电行业都在积极探寻灵活性技术改造方案及相关路线，重庆富燃科技研发的富氧燃烧提升燃煤火电灵活性技术包含了：深度调峰系统、烟气温度控制系统、快速启停系统、快速爬坡系统；

上述系统的灵活组合即可满足锅炉侧整体灵活性运行要求，也可满足灵活性运行中某种单一或部分要求，真正达到了灵活运用灵活性的技术特征。

 

 

 

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