燃煤机组深度调峰技术的应用研究

薛剑琦

（甘肃电投能源发展股份有限公司，兰州 730046）

随着社会经济的发展，石油、煤炭等化石能源日益枯竭，环境问题越来越严峻，因此需要优化风电、光伏、水电等可再生能源的应用，以更好地替代传统能源。但是，在风电等可再生能源的并网发电中，水电机组、抽水蓄能机组等严重影响了调峰能力，致使风能、太阳能资源严重浪费。

1 燃煤锅炉深度调峰关键问题

1.1 燃烧稳定性问题

在火电厂生产过程中，燃煤机组的安全运行直接关系到整体火电厂的生产效益。如果燃煤机组稳定性不足，可能会引起严重的安全事故，给火电厂带来极大的经济损失。煤粉燃烧器的性能与锅炉稳燃能力息息相关。煤粉燃烧方式主要包括直流燃烧、旋流燃烧等[1]。在低负荷、变负荷运行过程中，燃烧特性会出现很大的变化，若出现偏离满负荷运行的情况，容易出现着火推迟、燃烧不稳定、火焰检测信号弱等问题，进而严重影响燃煤机组运行的安全性，甚至引发锅炉熄火等事故。因此，需要应用投油助燃辅助稳燃措施，控制燃烧不稳定现象。但是，该方法不能有效预防锅炉熄火等问题，还需要对燃烧设备进行深入研究。

1.2 环保性与经济性问题

在低负荷运行模式下，燃煤机组需要在较大煤粉燃烧化学当量比下运行，才能保障燃煤稳定性，但这样会使氮氧化物排放浓度骤升。在投油模式下会形成煤油混烧条件，进而在很大程度上提高氮氧化物、硫氧化物的生成量，污染环境，因此要深入研究全负荷脱硫脱硝技术。同时，在深度调峰模式下，燃煤机组运行工况与设计工况产生较大偏离，且锅炉系统运行效率达不到设计要求，再加上低负荷运行模式下风机、水泵容量较大，难以调节运行功率，导致燃煤量增加，故而需要做好经济分析工作[2]。

1.3 热电机组的热电解耦问题

为保障燃煤机组的调峰能力，要有针对性地解耦以热定电的约束，深入研发热电机组的热电解耦技术，解决热电机组深度调峰与供暖季供热间的矛盾[3]。热电解耦技术的应用，需要将就近吸收供热形成的电负荷转化成热能、化学能，并对其进行有效储存，为后续输送应用创造良好条件。其中，常用的技术包括储热罐、热泵供热、汽轮机旁路补偿供热等。在具体应用中，需要对比热电解耦前后的新能源消纳效果，同时全面分析经济效益的变化，综合评估电源侧灵活性的提升程度[4]。

2 燃煤机组深度调峰技术应用要点

2.1 提升燃煤稳定性

为进一步提升燃煤机组的燃煤稳定性，需要对如下设备、系统进行优化。

第一，稳燃燃烧器。为进一步提高煤粉燃烧器的低负荷稳燃性能，需要进一步强化高温烟气回流能力，并结合实际情况优化燃烧器的结构和运行参数，构建不同负荷模式下的燃烧特性模型，同时需要根据具体情况深入研究低负荷运行模式下的煤粉燃烧机理。此外，可以强化高温回流区，以便提高稳燃性能，具体措施包括安装钝体设备，应用高速旋转气形成低压区以卷吸高温烟气形成回流[5]。

第二，制粉系统。在制粉系统的应用中，需要严格控制煤粉细度、均匀性指数等参数。参数应与不同负荷模式下的运行需求相适应，从而保障煤粉及时着火稳燃，强化煤种对各类环境的适应性。基于此，要全方位研究磨煤机、制粉系统的特性，保障煤粉的质量和持续均匀供应，同时需要结合实际情况灵活调节煤粉的供应量。适当提高煤粉浓度，能够提高锅炉低负荷稳燃能力，具体措施包括调平一次风管风速、降低一次风速、调整动态分离器转速等。

第三，点火稳燃系统。等离子点火稳燃技术可以减少常规投油稳燃过程中的成本消耗，与之相关的技术还包括小油枪微油助燃、电加热稳燃技术等。在等离子体稳燃技术的应用过程中，需要使用等离子体枪，利用高温电弧瞬间放热，环保性和安全性较好，但费用较高，主要在燃烧高挥发分烟煤锅炉中使用。微油稳燃技术可以节省耗油量，适用于各类煤种，但会对尾部电除尘设备造成不利影响。

2.2 保证环保性与经济性

一方面，降低污染物排放量。调峰过程中排放的污染物类型有氮氧化物、硫氧化物等。为减少污染物排放量，需要抑制炉内生成污染物，或者生成后进行尾部脱硝。前者需要结合实际情况适当提高低氮燃烧器的稳燃能力，同时对炉内分级配风进行持续性优化，以有效控制炉内氮氧化物的生成量。后者则需要结合实际情况，在相关位置安装相应设备，包括分级省煤器、省煤器水旁路等，从而增加选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脱硝系统的入口烟温。在条件允许的情况下，可以综合应用锅炉启动技术、省煤器分级技术，还需要优化喷氨管路，引进新型稳燃技术，优化尾部脱硫工艺[6]。

另一方面，提高机组运行经济性。为提高燃煤机组运行的经济性，降低煤耗量，可以提高煤粉燃尽率，降低主要辅机厂用电率。此外，需要通过对受热面定期轮换吹灰或采用汽轮机滑压运行的方式，减少机组调峰过程中污染物的生成量，有效降低污染物处理费用，进而提升机组运行的经济性。

2.3 主要辅机协同配合

第一，锅炉受热面。调峰作业时容易引起较大的负荷波动，引起给水流量偏低问题。这种情况会加剧壁温波动，降低水冷壁管进水均匀性，严重时会引起局部过热问题，甚至引发水冷壁爆管。针对以上情况，需要精准核算壁温，并适当增加壁温监测点，有针对性地调整报警值，必要时增加受热面。这样可以动态监控水冷壁超温点，结合监控数据制定有针对性的燃烧区调整措施，从根本上保证受热面安全运行。

第二，汽水系统。结合实际情况适当调节给水控制系统的给水量，使其与不同负荷运行状态下的蒸发量变化情况相适应，从而有效控制汽包水位，促进整个系统可靠运行[7]。

第三，除尘器及尾部除尘。结合具体情况，精准确定不同负荷模式下的吹灰参数，如吹灰频率、压力等，同时动态监控烟温、蒸汽温度等运行参数，并在此基础上对吹灰器的布置进行优化，以减少吹灰风险。目前，常用的燃煤机组尾部除尘技术包括低温静电除尘技术、湿式电除尘技术等，要结合实际情况来选择除尘设备和除尘技术。

2.4 热电联产机组的热电解耦

2.4.1 储热罐技术

在储热罐技术的应用过程中，要充分发挥水、熔盐等物质的显热性能，将过程中产生的热能存储在储热罐中。如果供热量需求过大，要结合实际情况，规范安装容量较大的储热装置，便于在必要情况下输出热量，补齐热力缺口。如果热电机组出力较大，则需要对富裕热量进行存储，以达到“热电解耦”运行的目的。同时，可以综合应用储热罐技术、电锅炉技术构建储热电锅炉，从而实现各类设备的集成化应用，以增加其应用场景。虽然该方法具有较高的热经济性，但是其投资成本高、占用空间大，严重限制了该技术的推广和应用。

2.4.2 汽轮机旁路补偿供热技术

在汽轮机旁路补偿供热技术的应用中，可以将锅炉运行过程中形成的高温高压蒸汽输入旁路系统，并对其进行降温减压处理，然后直接输送给用户进行供热。该过程可以降低输入汽轮机的供汽量[8]，因此旁路供电运行方式接纳风电的经济可行性较高。在热电机组中，往往需要安装旁路系统，要结合实际情况，就地利用现有的旁路系统，从而降低成本。但是，该技术会引起热效率损失，尤其是减温减压热损失，甚至会缩短管路的使用寿命。

3 优化策略

3.1 开发燃煤机组深度调峰潜能

为进一步满足燃煤机组深度调峰需求，要深度挖掘燃煤机组的潜能。这不仅需要了解燃煤机组的最低稳燃负荷值，而且需要充分发挥其快速启停功能，还要最大限度减少氮氧化物排放量。同时，需要加大科研投入力度，创新燃烧系统，优化辅机设备的综合性能，确保燃烧系统始终保持最佳的运行状态，并对新型、耐高温腐蚀材料进行全方位的研发、推广和应用，引进精细化控制技术，从而进一步提高机组调峰能力。此外，要深度研发燃煤机组，分析相关技术的耦合效果。例如，综合应用固体燃料气化技术，使其在燃煤机组中发挥重要作用。只有这样才能最大限度提升低负荷稳燃能力，从根本上提升电力调峰、储热技术的能源消纳能力。

3.2 加大机组智能调峰力度

为加大燃煤机组智能调峰力度，应用算法预测模型，精准验算、预测燃煤机组调峰过程，但在该过程中需要保障整体电力系统的安全性与稳定性。结合节能环保低碳要求，制定有针对性且合理的电力系统调度原则，并根据实际需求细化各项条例，优化机组调峰工作，同时优化停轮序位等的安排，精准预测新能源发电功率，保障可再生能源的高效消纳，尽量控制能源消耗。

3.3 完善激励政策

燃煤机组深度调峰的经济效益存在很大的波动性，通过燃煤机组调峰价格补偿等方式，可以进一步提高调峰效果。此外，需要结合实际情况，构建燃煤机组分段调峰成本模型和市场参考定价模型，根据灵活调峰需求制定污染物排放政策，并引进调峰辅助补偿机制，提出适用性较强的用户侧峰谷电价方案。在此基础上，要汇总不同类型的数据信息，做好数据整合处理工作。不仅要整理系统运行数据，还要统一市场交易信息、用户信息等，强化大数据分析能力，积极引导用户错峰用电。

4 结语

在低负荷运行状态下，需要结合实际情况，在掌握燃煤机组系统运行流程的基础上，开展全方位的评估工作，了解主要辅机运行状态。一旦发现异常情况，需要采取合理措施，进一步优化系统运行性能，保障燃煤机组深度调峰技术的应用效果，实现系统稳定、环保、经济运行。