增強火電靈活性——快速啟停、爬坡
2017-03-17
0、前言
近年來國家大力發展風電、光電等非化石能源，但風電、光電的不穩定性造成棄風、棄光嚴重。因此，增強火電靈活性為非化石能源發電上網保駕護航勢在必行。
國家電力規劃總院總結的2016年國內棄風率
一、技術要求
國家能源局綜合司于2016年6月發布《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》，其燃煤火力發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）靈活性運行時煙氣排放達標；
（4）靈活性運行時不降低機組效率、不縮短整體使用壽命。
燃煤火力發電機組只有做到上述指標，才滿足靈活性運行要求，達到為非化石能源發電上網保駕護航的目的。在前幾次文章里已經分析了深度調峰應用，本次就重點說說快速啟停、快速爬坡。
三、國內燃煤發電機組快速啟停/爬坡現狀
（1）鍋爐啟停過程耗時較長
在鍋爐啟停過程中，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，導致鍋爐啟停時間較長，不能滿足靈活性要求。
（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、國外燃煤發電機組快速啟停/爬坡現狀
（1）快速啟停/爬坡能力
①國外以達到先進技術水平，800MW超臨界機組實現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）主要技術措施
①燃燒煤種預處理——減少煤粉進入爐內的吸熱量，促使煤粉提前著火燃燒，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優化制粉、供粉系統——通過油壓的改變和風量的控制來改變進入爐膛的煤粉燃料量，使燃料輸出量得到更精確的控制；
④優化運行操作過程——通過精細化操作管理，提高機組各環節的效率。
上述技術措施的先進性不可否認，但與我國的實際國情存在較大的差異，若直接照搬國外先進技術，易產生衍生問題，出現“水土不服”現象?；谶@種現狀重慶富燃科技研發了增強火電機組運行靈活性相關技術，并得到了成功應用。
五、富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術
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，將鍋爐底層一次風煤粉燃燒噴口及頂層一次風煤粉燃燒噴口，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
由于火力發電機組冷態啟動屬于預定時間行為，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、熱態、極熱態的啟動。
根據鍋爐設計升溫升壓曲線的對應關系，富氧燃燒提升燃煤火電靈活性機組快速啟停系統，實現對鍋爐實際升溫升壓曲線對應關系的實時修正：
①當鍋爐主蒸汽壓力低于設計升級升溫曲線所對應該溫度下的壓力時，通過增大底層富氧燃燒裝置投煤量，同時增加相應富氧燃燒裝置油量、氧量，以快速提升主蒸汽壓力，實現主蒸汽溫度及壓力的同步快速增長；
②當鍋爐主蒸汽溫度低于設計升級升溫曲線所對應該壓力下的溫度時，通過增大頂層富氧燃燒裝置投煤量，同時增加相應富氧燃燒裝置油量、氧量，以快速提升主蒸汽溫度，實現主蒸汽溫度及壓力的同步快速增長。
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，實現鍋爐啟動過程對升溫升壓對應關系的實時修正，確保鍋爐啟動過程主蒸汽溫度與壓力的同步快速增長，達到實現快速啟停的目的。
（2）機組需要快速爬坡（升負荷速率）時
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現對鍋爐實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，通過富氧燃燒裝置的多層多點投運（多個點火層），實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切圓燃燒鍋爐進行了富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術改造；
（1）改造后在機組快速升負荷時，通過多點靈活地投運底層/頂層富氧燃燒器，鍋爐爬坡能力達到了3.5%額定負荷/min；
（2）通過多點多層投運方式，達到了快速升溫升壓的要求，鍋爐熱態啟動時間縮短至≤4h。
六、結束語
2017年國內燃煤發電行業都在積極探尋靈活性技術改造方案及相關路線，重慶富燃科技研發的富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術包含了：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足鍋爐側整體靈活性運行要求，也可滿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特征。
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