燃煤机组深度调峰技术探讨

燃煤机组深度调峰技术探讨

摘要：煤电是我国主要的电源，拥有长期调峰运行的经验，经过简单的调峰成本计算，发现煤电的调峰成本并不高，且很大一部分成本来自低负荷投油助燃。若是能做到低负荷稳燃和负荷分配优化，电厂可以节省大量燃油甚至不必投油，可以降低更多成本。因此目前煤电参与深度调峰是大规模消纳新能源最现实的方法。

关键词：燃煤机组；深度调峰技术

1燃煤机组概述及调峰运行特性

1.1燃煤机组

煤电是我国的主力发电机组。2016 年初，我国的火电装机容量已经超过 10亿千瓦，其中燃煤机组约占火电机组的 94%。如此大的存量，如果能通过系统优化，改进技术等手段提高煤电的调峰能力和调峰深度，将对电网消纳新能源有非常重要的促进作用。

1.2大型火电机组参与调峰主要采用三种方式

1.2.1低负荷运行

此方式即为传统调峰手段，即尽可能降低机组负荷。但是机组不能无限制地降低负荷，最低负荷的主要限制因素是锅炉的最低稳燃负荷。实际运行中，降低负荷的手段有三种：定压运行、滑压运行和复合滑压运行。滑压运行是指随着负荷降低，过热器出口的蒸汽压力降低但是温度不变，这样对设备产生的热应力和热变形都很小，有利于延长设备寿命。

1.2.2两班制运行

这种方式即启停调峰。机组根据日负荷变化规律，在白天用电高峰期正常运行，夜间电网负荷低谷时停机，次日清晨热态启动。这种调峰方式的优点是调峰幅度大，可达 100%额定出力。缺点是设备启停频繁，导致设备寿命降低。极热态启动时，参数要求极为严格，运行人员控制较难，安全因素较低。

1.2.3少汽无功运行

基本等同于启停调峰，但停机时，不与电网解列，消耗部分电网功率，使机组仍处于额定转速旋转热备用的无功状态。由于耗能比较大，现在较少采用。当机组降负荷至更低，需要投油助燃时，可将其认为是机组参与到了深度调峰。基于目前的运行实际，相比于两班制运行和少汽无功运行，低负荷运行的安全性最好，并且改动工作量小，所以运用最为普遍。

1.3燃煤机组节能减排的紧迫性

随着我国社会经济的大力发展，对电力需求的不断提升，依托我国自身所具备的煤炭资源优势，燃煤火电站得到了巨大的发展。虽然从 2014 年起我国开始强调绿色经济，但是燃煤火电站装机容量的增加趋势并不会直接停止，预期会到2020 年左右到达顶峰。另一方面，随着我国环境问题的不断恶化，从民间到政府层面都提升了对绿色经济、生态环保方面的重视程度，并提出2020年单位碳排放强度较之2005年降低45%的目标。

2深度调峰技术

2.1 燃烧稳定性

当锅炉的燃烧工况远低于设计的最低稳定运行负荷时，炉膛的温度会急剧下降，导致煤粉的快速着火出现困难，进而引发火焰稳定性差，容易发生熄火，炉膛灭火、放炮等重大安全隐患。

2.2 环保设备安全性

燃煤机组在低负荷运行时，环保设备中主要是 SCR 脱硝系统存在问题。这主

要是由于其入口烟气温度降低，在一定程度上很可能达不到催化剂的运行温度要求，进而导致 NO 排放量达不到国家环保相关要求。低负荷运行还会造成未燃尽

碳含量增多，容易加重催化剂的堵塞，且催化剂长期运行于较低的排烟温度下会

极大的缩短催化剂的使用寿命。

2.3深度调峰运行优化调整

基于机组自身的运行特性，在不增加外部系统和设备情况下进行深度调峰试验，以实现机组低负荷下的稳定运行。主要通过优化磨煤机运行方式、提高煤粉

细度、调节磨煤机出口温度、控制一次风粉均匀性、调节燃烧器湍流强度、优化

单个燃烧器内外二次风的风量比、控制减温水量等手段挖掘机组的深度调峰潜能。

2.4低负荷下锅炉的热力特性

燃煤机组进行深度调峰时，负荷要显著降低，机组在低负荷下具有与设计负

荷显著不同的燃烧特性和汽水特性。

2.5 煤气化技术

煤气化深度调峰技术是指利用煤粉气化工艺，先将一部分电厂燃料用煤粉气化，转化为以 CO、H2为主的煤气，将煤气送入锅炉炉膛，通过煤气的燃烧来辅

助煤粉燃烧，改善煤粉的着火特性，使燃烧器在极低负荷稳定燃烧，满足机组宽

负荷调整。经核算投入 20%煤气后，在理论上是可以实现煤粉在低负荷下彻底的

不投油稳燃。

2.6制粉及燃烧系统综合改造技术

燃煤机组在超低负荷运行时，一次风量、一次风温度、一次风煤粉浓度（风

煤比）的选取决定着锅炉能否实现稳定燃烧的关键。因此，需要在保证磨煤机安全、输粉管内不堵粉的前提下，尽量减少一次风量、降低一次风速、提高煤粉细度、提高磨煤机出口风温。这样当煤粉气流进入燃烧器后，加热空气所需的热量

就会有所减少，煤粉气流着火所需要的热量也会有所降低。在相同的卷吸对流换

热量和辐射换热量下，煤粉气流能够达到更高的温度，能够起到加速和稳定着火

的作用。

3燃煤机组参与深度调峰的安全性

低负荷运行条件下，锅炉的蒸汽量、烟气量、各受热面的烟气温度均会下降，可能导致锅炉出现低负荷不能稳定燃烧、水动力安全性、低温受热面积灰和低温

腐蚀等一系列安全性问题。对于汽机而言，主蒸汽压力的迅速下降，导致主、再

热蒸汽压差减小，产生轴向推力，可能引起轴向位移；蒸汽流量的下降，可能引

发小流量工况下的叶片颤振；末级蒸汽湿度增大，可能引起叶片水蚀和低压缸的

酸蚀等问题。在现有技术手段下，水动力安全性问题可以通过加装节流管圈、采

用螺旋上升管圈等手段解决；尾部低温受热面积灰问题可以通过加强炉膛吹扫解决；低温腐蚀可以通过蒸汽加热尾部烟气解决。

4存在的问题及对未来的展望

为了满足火力燃煤机组深度调峰的要求，低峰时锅炉已进入超低负荷运行，

仅靠传统强化燃烧燃烧器已不能满足低负荷稳燃的要求，而使用大油枪稳燃又会

大幅抬升发电厂的运行成本和带来粉尘排放超标的问题。当然机组在满足深度调

峰运行的同时，也发现了很多问题。比如：主、再热蒸汽温度影响机组膨胀值比

较明显，主、再热蒸汽温度必须控制在545--555℃运行，才能有效控制住汽轮机

低压胀差；低负荷时锅炉给水只能手动控制，调整难度大；磨煤机在低负荷时，