自2016年6月，我國(guó)正式啟動(dòng)火電靈活性改造示范試點(diǎn)工作以來(lái)，全國(guó)各大發(fā)電集團(tuán)積極投身于靈活性改造的研究和實(shí)踐，一年多時(shí)間過(guò)去，試點(diǎn)工作進(jìn)展如何？試點(diǎn)企業(yè)遇到了哪些困難？試點(diǎn)項(xiàng)目取得了哪些成效？
日前，由電力行業(yè)火電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)主辦，哈爾濱鍋爐廠協(xié)辦的全國(guó)火電靈活性改造和深度調(diào)峰技術(shù)研討會(huì)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了精彩解答。
靈活性改造有成績(jī)亦有不足
“火電靈活性改造簡(jiǎn)單來(lái)講，就是解決‘吃’和‘消化’的問(wèn)題?！八^‘吃’就是燃料，所謂‘消化’就是運(yùn)行控制，兩者缺一不可?！? 東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院博士生導(dǎo)師呂劍虹在會(huì)上這樣解釋靈活性改造的實(shí)質(zhì)。
據(jù)呂劍虹介紹，機(jī)組靈活性改造主要包括兩個(gè)方面的含義，一是增加機(jī)組運(yùn)行靈活性，即要求機(jī)組具有更快的變負(fù)荷速率、更高的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能；二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機(jī)組在摻燒不同品質(zhì)的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機(jī)組在摻燒工況下仍有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。
記者了解到，經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的研究、試點(diǎn)，目前，我國(guó)火電靈活性改造針對(duì)純凝機(jī)組的應(yīng)用方案相對(duì)較少，其關(guān)鍵技術(shù)集中在滿足機(jī)組低負(fù)荷工況的設(shè)備運(yùn)行安全、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、脫硝等環(huán)保達(dá)標(biāo)排放等方面。針對(duì)供熱機(jī)組的應(yīng)用方案相對(duì)多樣化，主要有兩種技術(shù)路線，一是熱電解耦技術(shù)，增加如固體蓄熱式電鍋爐、電極式電鍋爐、大型蓄熱水罐等蓄熱設(shè)備，二是提高供熱能力，如低品位熱能利用的熱泵技術(shù)、低壓缸零功率切缸運(yùn)行、一二級(jí)旁路改造供熱等等。
吉林省電力科學(xué)研究院汽機(jī)所原所長(zhǎng)初立森在接受記者采訪時(shí)表示，目前，在國(guó)家能源局下達(dá)的22家靈活性改造試點(diǎn)單位中，從實(shí)施效果來(lái)看，大型蓄熱水罐，蓄熱式電鍋爐和電極式電鍋爐暫時(shí)沒(méi)有技術(shù)瓶頸問(wèn)題，對(duì)于低壓缸切缸方案，已經(jīng)有4家電廠完成改造并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)運(yùn)行，雖然暫時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但對(duì)于末級(jí)隔板動(dòng)葉安全是否沒(méi)有影響，制造廠、電科院以及電廠各方技術(shù)人員尚有爭(zhēng)議，這些爭(zhēng)議會(huì)隨著改造項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間的積累而逐漸得出結(jié)論。
總體來(lái)看，我國(guó)火電靈活性改造路線雖然呈現(xiàn)多樣化，但“一廠一策”、“一機(jī)一策”的理性化改造路線已經(jīng)成為共識(shí)。其中，國(guó)家電投遼寧東方發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組完成國(guó)內(nèi)首例350MW機(jī)組低壓缸零出力靈活性改造,燕山湖發(fā)電公司首創(chuàng)600MW超臨界直接空冷機(jī)組“雙背壓”供熱改造；華能丹東電廠和華能大連電廠是亞臨界機(jī)組靈活性改造的范本；華能營(yíng)口電廠則是超（超）臨界機(jī)組靈活性改造的范本。
而三北地區(qū)火電靈活性改造進(jìn)度普遍較慢，供熱與新能源消納矛盾突出，300MW以上容量的大型供熱機(jī)組受供熱限制導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰容量不足，靈活性改造效果不明顯。
專(zhuān)家建議，還未開(kāi)展火電靈活性改造的電廠應(yīng)安排人員去改造成功的電廠調(diào)研學(xué)習(xí)后再確定適合本廠機(jī)組的改造方案，不能為改造而改造，應(yīng)該為需要而改造，要在項(xiàng)目可研階段花足夠的精力和時(shí)間，充分收集設(shè)計(jì)邊界條件和完整準(zhǔn)確的各類(lèi)數(shù)據(jù)，確保制定出最科學(xué)的改造方案。
靈活與深度并駕齊驅(qū)
火電靈活性改造和深度調(diào)峰可以說(shuō)是一對(duì)戀生兄弟。那么，如何在守住安全底線的基礎(chǔ)上更“靈活”的開(kāi)展靈活性改造？深度調(diào)峰是否還有“更深”的可能？
據(jù)遼寧東方發(fā)電公司生產(chǎn)副總經(jīng)理郭濤介紹，該公司作為國(guó)家能源局首批火電機(jī)組靈活性改造試點(diǎn)單位之一，在選擇靈活性改造路線時(shí)慎之又慎，根據(jù)自身實(shí)際和經(jīng)營(yíng)發(fā)展需求，反復(fù)研究論證，最終確定了低壓缸零出力改造的靈活性改造路線。自2017年11月19日改造完成投運(yùn)至今，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷降至預(yù)定值，供熱及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，整體運(yùn)行情況良好，不僅調(diào)峰能力大幅提升，而且徹底解決了冬季熱電不能解耦的問(wèn)題，對(duì)外供熱綜合盈利能力顯著增加。
記者了解到在火電靈活性改造中，鍋爐島的設(shè)備改造也是至關(guān)重要的一環(huán)，因?yàn)闄C(jī)組的靈活性運(yùn)行能力主要受制于鍋爐島的靈活性運(yùn)行能力。
“制粉系統(tǒng)作為鍋爐島的燃料制備系統(tǒng)，相當(dāng)于鍋爐島的‘廚房’，它的運(yùn)行質(zhì)量將直接影響到鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能和鍋爐效率，因此在靈活性改造中制粉系統(tǒng)的改造是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)?！敝铝τ谖覈?guó)燃煤機(jī)組制粉系統(tǒng)整體提效節(jié)能技術(shù)的南京格林蘭德節(jié)能科技有限公司總經(jīng)理邵勇在接受記者采訪時(shí)指出，“我國(guó)在火電靈活性改造中改造制粉系統(tǒng)時(shí)，僅僅將磨煤機(jī)靜態(tài)分離器改造為動(dòng)態(tài)分離器，靈活性改造的功能需求不能完全被滿足，可以借鑒德國(guó)改造經(jīng)驗(yàn)，將制粉系統(tǒng)的硬件（包括磨煤機(jī)分離器、液壓系統(tǒng)、風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)裝置等）和控制軟件（包括風(fēng)煤比優(yōu)化控制、磨機(jī)組自啟停和優(yōu)化控制、煤量智能前饋控制等）進(jìn)行全面改造升級(jí)，這樣可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組靈活性能力提升和節(jié)能減排雙贏?！?/p>
而機(jī)組深度調(diào)峰的“深”字如何安全地寫(xiě)出來(lái)，也是目前所有火電企業(yè)都需要攻克的一個(gè)課題。深度調(diào)峰中會(huì)遇到哪些困難，如何克服，在此次會(huì)議上也得到了更多、更有針對(duì)性的答案。
“機(jī)組在進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)遇到的困難主要集中在三個(gè)層面，其一是如何確保機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)，滿足正常脫硝的最低溫度；其二是如何保證鍋爐穩(wěn)定燃燒；其三是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)組低負(fù)荷工況下的AGC協(xié)調(diào)優(yōu)化控制?！眳蝿缦蛴浾叻治龅?。
據(jù)了解，對(duì)于第一個(gè)難題，目前各試點(diǎn)單位普遍通過(guò)設(shè)備改造解決，即增加旁路系統(tǒng)和采用廣義回?zé)嵯到y(tǒng)加熱來(lái)提高煙氣溫度。
清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系副研究員卓建坤一直致力于鍋爐穩(wěn)定燃燒技術(shù)的研究，他指出解決第二個(gè)難題的途徑有微油點(diǎn)火燃燒器助燃、等離子點(diǎn)火燃燒器助燃、富氧微油點(diǎn)火燃燒器助燃、穩(wěn)燃燃燒器及調(diào)整優(yōu)化、生物質(zhì)耦合燃燒技術(shù)等，從目前實(shí)施的效果來(lái)看，助燃措施、燃燒器及調(diào)整優(yōu)化同時(shí)進(jìn)行可以更好的保證鍋爐穩(wěn)定燃燒。
而對(duì)于第三個(gè)難題，呂劍虹指出需要采用更加先進(jìn)的如智能控制、預(yù)測(cè)控制及自適應(yīng)控制等先進(jìn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行有效控制。因?yàn)楫?dāng)機(jī)組處在低負(fù)荷工況時(shí)，其被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性的變化十分顯著，特別是超（超）臨界機(jī)組，當(dāng)機(jī)組從干態(tài)接近濕態(tài)運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性具有突變性，此時(shí)常規(guī)的控制策略難以實(shí)現(xiàn)有效控制。
記者在會(huì)上了解到，目前，國(guó)電電力莊河發(fā)電公司是全國(guó)首臺(tái)實(shí)現(xiàn)供暖期調(diào)峰負(fù)荷率達(dá)到30%的600MW純凝機(jī)組，為純凝機(jī)組深度調(diào)峰樹(shù)立了標(biāo)桿。華能營(yíng)口電廠600MW超超臨界機(jī)組，在AGC協(xié)調(diào)控制方式下成功地將深度調(diào)峰的最低負(fù)荷調(diào)至15%Pe（90MW），完成了機(jī)組“干態(tài)→濕態(tài)”、“濕態(tài)→干態(tài)”一鍵全自動(dòng)切換，且所有控制參數(shù)變化都非常平穩(wěn)，而在2017年6月，華能營(yíng)口電廠還只能實(shí)現(xiàn)最低負(fù)荷控制到30%(180兆瓦,干態(tài))。
原來(lái)，深度調(diào)峰真的可以更“深”。
業(yè)內(nèi)專(zhuān)家強(qiáng)調(diào)，深度調(diào)峰還有非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是要了解本區(qū)域電網(wǎng)對(duì)改造機(jī)組調(diào)峰需求的幅度大小，這決定了改造項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間，而時(shí)間決定項(xiàng)目收益。純凝機(jī)組在進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)煤耗率是升高的，應(yīng)該在收益中減掉，運(yùn)行指標(biāo)考核中，各發(fā)電集團(tuán)應(yīng)該有政策傾斜，鼓勵(lì)電廠參與調(diào)峰的積極性。此外，主輔設(shè)備每天頻繁大幅度快速變化負(fù)荷，設(shè)備運(yùn)行可靠性必然比非調(diào)峰機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)大，在非停指標(biāo)考核上也應(yīng)斟酌放寬。
燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電是靈活性改造“升級(jí)版”
“靈活性是現(xiàn)在和未來(lái)發(fā)電、電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠性的重要指標(biāo)，而高比例可再生能源結(jié)構(gòu)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，燃煤發(fā)電的靈活性調(diào)節(jié)在消納高比例可再生能源中將發(fā)揮重要作用?！? 清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系副研究員卓建坤在會(huì)上指出。
燃料的靈活性是火電靈活性改造的基礎(chǔ)屬性之一，燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電則兼?zhèn)溥\(yùn)行靈活性和燃料靈活性特點(diǎn)，是這次會(huì)議諸多代表達(dá)成的又一共識(shí)。
記者在會(huì)上了解到，生物質(zhì)耦合發(fā)電主要有直接混燒和生物質(zhì)氣化混燒技術(shù)，通過(guò)混燒來(lái)提高燃煤鍋爐特別是劣質(zhì)煤種運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)，生物質(zhì)替代部分燃煤后，可以有效減少鍋爐尾氣中的二氧化硫、氮氧化物等有害成分，這為后續(xù)的脫硫、脫硝工藝可以有效減輕負(fù)擔(dān)。
“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)?！蔽覈?guó)火電靈活性改造試點(diǎn)工作雖任重道遠(yuǎn)，但前景光明，隨著試點(diǎn)工作的加速與逐漸成熟，必將結(jié)出累累碩果，在我國(guó)能源革命的浪潮中體現(xiàn)出應(yīng)有的價(jià)值。
