增強火電靈活性——快速啟停、爬坡
2017-03-17
0、前言
近年來(lái)國家大力發(fā)展風(fēng)電、光電等非化石能源，但風(fēng)電、光電的不穩定性造成棄風(fēng)、棄光嚴重。因此，增強火電靈活性為非化石能源發(fā)電上網(wǎng)保駕護航勢在必行。
國家電力規劃總院總結的2016年國內棄風(fēng)率
一、技術(shù)要求
國家能源局綜合司于2016年6月發(fā)布《關(guān)于下達火電靈活性改造試點(diǎn)項目的通知》，其燃煤火力發(fā)電機組靈活性的主要內容：
（1）運行靈活性，即：
A）20%~40%額定負荷深度調峰；
B）2~4h快速啟停，
C）2%~5%MW/min爬坡能力；
（2）燃料靈活性：煤種適應力強；
（3）靈活性運行時(shí)煙氣排放達標；
（4）靈活性運行時(shí)不降低機組效率、不縮短整體使用壽命。
燃煤火力發(fā)電機組只有做到上述指標，才滿(mǎn)足靈活性運行要求，達到為非化石能源發(fā)電上網(wǎng)保駕護航的目的。在前幾次文章里已經(jīng)分析了深度調峰應用，本次就重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)快速啟停、快速爬坡。
三、國內燃煤發(fā)電機組快速啟停/爬坡現狀
（1）鍋爐啟停過(guò)程耗時(shí)較長(cháng)
在鍋爐啟停過(guò)程中，為維持爐內工況穩定，燃燒充分，壓力及溫度同步上升，需緩慢調節燃燒參數，確保鍋爐安全、穩定運行，導致鍋爐啟停時(shí)間較長(cháng)，不能滿(mǎn)足靈活性要求。
（2）爬坡速度慢（機組負荷升降速率慢）
由于爐內燃燒穩定性差，為了保證爐內燃燒安全，需在調峰過(guò)程中緩慢調整燃燒熱量，不能快速增加入爐煤量，從而導致爬坡速度（負荷升降速率）慢；
四、國外燃煤發(fā)電機組快速啟停/爬坡現狀
（1）快速啟停/爬坡能力
①?lài)庖赃_到先進(jìn)技術(shù)水平，800MW超臨界機組實(shí)現3h快速啟停；
②爬坡能力（負荷升降速率）達到3%額定負荷/min。
（2）主要技術(shù)措施
①燃燒煤種預處理——減少煤粉進(jìn)入爐內的吸熱量，促使煤粉提前著(zhù)火燃燒，提前放熱；
②新型材料減薄壁厚——在安全穩定運行的前提下，減薄壁厚，提高鍋爐運行效率；
③優(yōu)化制粉、供粉系統——通過(guò)油壓的改變和風(fēng)量的控制來(lái)改變進(jìn)入爐膛的煤粉燃料量，使燃料輸出量得到更精確的控制；
④優(yōu)化運行操作過(guò)程——通過(guò)精細化操作管理，提高機組各環(huán)節的效率。
上述技術(shù)措施的先進(jìn)性不可否認，但與我國的實(shí)際國情存在較大的差異，若直接照搬國外先進(jìn)技術(shù)，易產(chǎn)生衍生問(wèn)題，出現“水土不服”現象?；谶@種現狀重慶富燃科技研發(fā)了增強火電機組運行靈活性相關(guān)技術(shù)，并得到了成功應用。
五、富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術(shù)
以四角切圓燃燒鍋爐為例，富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術(shù)，將鍋爐底層一次風(fēng)煤粉燃燒噴口及頂層一次風(fēng)煤粉燃燒噴口，改造為富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置。
（1）機組需要快速啟停時(shí)
由于火力發(fā)電機組冷態(tài)啟動(dòng)屬于預定時(shí)間行為，不存在快速啟停。所以靈活性運行中快速啟停主要針對機組溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)的啟動(dòng)。
根據鍋爐設計升溫升壓曲線(xiàn)的對應關(guān)系，富氧燃燒提升燃煤火電靈活性機組快速啟停系統，實(shí)現對鍋爐實(shí)際升溫升壓曲線(xiàn)對應關(guān)系的實(shí)時(shí)修正：
①當鍋爐主蒸汽壓力低于設計升級升溫曲線(xiàn)所對應該溫度下的壓力時(shí)，通過(guò)增大底層富氧燃燒裝置投煤量，同時(shí)增加相應富氧燃燒裝置油量、氧量，以快速提升主蒸汽壓力，實(shí)現主蒸汽溫度及壓力的同步快速增長(cháng)；
②當鍋爐主蒸汽溫度低于設計升級升溫曲線(xiàn)所對應該壓力下的溫度時(shí)，通過(guò)增大頂層富氧燃燒裝置投煤量，同時(shí)增加相應富氧燃燒裝置油量、氧量，以快速提升主蒸汽溫度，實(shí)現主蒸汽溫度及壓力的同步快速增長(cháng)。
在富氧燃燒提升燃煤火電靈活性機組快速啟停系統的運行下，實(shí)現鍋爐啟動(dòng)過(guò)程對升溫升壓對應關(guān)系的實(shí)時(shí)修正，確保鍋爐啟動(dòng)過(guò)程主蒸汽溫度與壓力的同步快速增長(cháng)，達到實(shí)現快速啟停的目的。
（2）機組需要快速爬坡（升負荷速率）時(shí)
根據鍋爐所需升負荷速率，富氧燃燒提升燃煤火電靈活性機組快速爬坡系統實(shí)現對鍋爐實(shí)際投煤量的快速調節：根據所需升負荷速率所對應的理論投煤量，通過(guò)富氧燃燒裝置的多層多點(diǎn)投運（多個(gè)點(diǎn)火層），實(shí)現各燃燒器投煤量的靈活調節（快速增/減），以達到提高升負荷速率的目的：
如一臺300MW的機組，目前低負荷運行負荷為90MW，要求升負荷速率達到3.5%額定負荷/min，那么該系統每分鐘多層多點(diǎn)需調控的煤量為5t。
（3）應用案例
2016年底重慶富燃科技對某300MW切圓燃燒鍋爐進(jìn)行了富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術(shù)改造；
（1）改造后在機組快速升負荷時(shí)，通過(guò)多點(diǎn)靈活地投運底層/頂層富氧燃燒器，鍋爐爬坡能力達到了3.5%額定負荷/min；
（2）通過(guò)多點(diǎn)多層投運方式，達到了快速升溫升壓的要求，鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間縮短至≤4h。
六、結束語(yǔ)
2017年國內燃煤發(fā)電行業(yè)都在積極探尋靈活性技術(shù)改造方案及相關(guān)路線(xiàn)，重慶富燃科技研發(fā)的富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術(shù)包含了：深度調峰系統、煙氣溫度控制系統、快速啟停系統、快速爬坡系統；
上述系統的靈活組合即可滿(mǎn)足鍋爐側整體靈活性運行要求，也可滿(mǎn)足靈活性運行中某種單一或部分要求，真正達到了靈活運用靈活性的技術(shù)特征。
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