煤粉锅炉发电机组深度调峰技术进展

煤粉锅炉发电机组深度调峰技术进展

百隆

中电建甘肃能源崇信发电有限责任公司甘肃省 平凉市744200

摘要：随着“双碳”目标的提出,构建清洁低碳安全高 效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效 能,构建以新能源为主体的新型电力系统成为我国 电力发展的重要方向。然而风电和光电普遍面临并 网难,消纳难,常规调峰无法解决风电反调峰特性带 来的问题。为解决该问题,国家电网调度部门将具 有更大调节能力的机组(即大容量机组)的出力下 调,低于其机组的最低安全技术出力,此时机组跳出 基本调峰阶段,进入到深度调峰阶段。

关键词：煤粉锅炉；发电机组；深度调峰技术进展

引言

近年来，我国的能源和电力消耗日益增长，火电装机容量在世界能源发展战略中居首位，这一战略“加速全球能源互联网络的建立”，使得我国的风能和太阳能资源结构以火电为基础，这就意味着火电厂必须成为每一个电网的主力军， 因此，火电厂的参与深度调峰是未来的必然趋势，然而，当火电厂参与电网调峰运行时，由于运行状况的多次变化，辅机设备会频繁启停，将影响机组的经济性和可靠性，本文主要研究热流量对发电机和主部件效率的影响。

一、机组特性对火力发电机组调峰运行性能的影响

机组特性对火力发电机组调峰运行性能的影响主要是因为机组特性会影响负荷变化情况，具体体现在两个方面：1）锅炉响应延迟。在收到负荷指令后，改变煤量至蒸汽流量变化所需时间为响应时间，曾利用双入双磨直吹式制粉系统300MW机组锅炉展开试验，对一次风量、煤粉细度进行改变，经过试验观察，发现蒸汽纯迟延时间多在1．0min到2．5min之间，煤粉的携带能力与风量大小、风速高低呈正比关系，如果煤粉相对较粗，那么纯迟延时间就会减少。因为煤粉细度、风量的影响，这种迟延时间很难得到有效解决。2）汽机动态变化。汽机动态变化会影响主汽压力，通常情况下，锅炉燃烧和汽机负荷变化之间具有延时，如果汽机调门开度没有发生改变，那么机组蓄热变化也会形成扰动。

二、机组深度调峰影响因素

2.1锅炉燃烧过程稳定性

炉内燃烧过程的稳定性直接关系到整个机组的可靠运行。当机组负荷变化较大时,要求锅炉同时调整风、煤、水,如果不能同步 ,会造成燃烧条件恶化,锅炉甚至会灭火,因此系统必须快速响应。

2.2汽轮机易发生振动

锅炉过热器﹑再热器﹑主蒸汽管道及再热蒸汽 管道内剥落下来的氧化皮，是坚硬的固体颗粒，其 严重损伤汽轮机通流部分高中压级的喷嘴﹑动叶片 及主汽阀﹑旁路阀等，导致汽轮机通流部分效率降 低，损伤严重时甚至需要更换叶片。同时由于负荷 降低，汽轮机末级叶片排汽湿度变大，叶片汽蚀加 剧，会造成汽轮机振动，损坏设备。

2.3对外供热可靠性降低

对于火力发电厂,外部供热量越大,冷凝器蒸发的热损失越小,电厂的经济效益越好。当机组 负荷降低时，机组供热就会受到影响。火力发电厂的热量不仅要满足每个用户的热量需求,还要保证每个用户所需的热量参数。例如,用于加热的热量随着时间的推移而变化,为了满足用户的要求,需要调节加热。当机组负荷低时,加热参数降低,外部热量的可靠性降低。

三、煤粉锅炉发电机组深度调峰技术

3.1锅炉主控优化

锅炉控制的主要任务是加强燃烧锅炉的变化，保证主蒸汽在不同负荷下的高质量，迅速增加或减少风量和煤量，以满足快速改变汽轮机控制所需的能量要求，并确保汽轮机在调整机组负荷时，需要匹配机组负荷所需的主蒸汽压力，从而在增加负荷时达到较高的调整质量； 为了使锅炉及时平衡与机组负荷相对应的能量，达到目标负荷时，在一定范围内稳定主蒸汽压力和温度，以更好地适应汽轮机负荷的变化，保证主蒸汽在锅炉燃烧控制回路中加入一个入口部分，减少主蒸汽压力对机组负荷调整的影响，更快、更准确地响应机组目标负荷，锅炉主输出是供煤量的命令， 完全监控煤炭的实际数量，煤炭质量的变化直接导致供应、供气和供水的变化，煤炭质量的变化可能导致协调控制系统参数的不一致和机组人员的贬值。

3.2协调系统控制优化

传统的协调控制策略通常使用高级策略:负载指令反馈和PID反馈，但锅炉不能蒸发，锅炉延迟和惯性时间在数百到数千秒之间，惯性蒸发时间只有几秒到十秒之间，而能量不平衡导致运行参数不稳定的主要优化方向:如果可能， 将锅炉过量调整参数更改为“但是”或“超出”，预测控制和神经网络学习技术作为闭环控制的核心，取代了原来的PID控制，一方面可以根据未来的主压力、空气温度等参数预测来控制预测控制，从而有效地调节锅炉侧的时间， 为了使锅炉能够跟上汽轮机的变化，通过神经网络实时调整控制系统的参数，以估计控制系统的各种特性，使优化系统仍处于学习状态，因此能够很好地适应煤炭的变化，从而实时地改变系统添加的营养饲料量，从而根据系统各个特性参数的变化趋势提供最佳的前馈量。

3.3转子部分控制

若要提高参与峰值控制的转子的可靠性，请执行以下步骤:(1)在合理范围内控制转子的运行温度；(2)转子圈使用镀银铜丝，以提高其灵活性；(3)在槽下使用聚乙烯绝缘材料的热滑层、在安全环下使用绝缘材料以及槽内壁可以放置以减少摩擦和摩擦应力， 因此，降低冷起动时螺旋。(4)的变形需要低频率加热，加热温度约为标称温度的一半，因此转子在提高额定转速时进行预膨胀以减少应力和变形，转子应承受长时间的弯曲应力，这些弯曲应力对于转子齿槽具有足够的疲劳强度，不仅可以承受恒定的离心力，而且还可以承受工作带内的弯曲应力， 当转子回路停止时所产生的高静力应力在额定转速和转速下受到离心力的影响，并且受到其他应力的影响，目前通常使用18Mn18Cr保护圈材料，具有良好的机械性能，这些问题应在设计中确定。

3.4机组自身损耗控制

在峰值调节的深度,有必要主动降低火力发电机组的整体性能,这将导致火力发电机组转子的热应力过大,导致进一步的失真损失和低周疲劳寿命损失,严重时会导致主体变形或破裂,缩短寿命。通过统计发现,燃煤电厂发电量减少对新能源的抵消将受到一系列条件的限制,其中最主要的是:该机组被设计为不可调峰单元,参与深度调节峰会影响设备的安全稳定运行;受无油锅炉最低稳定燃烧负荷的限制;受入口温度的限制;受蒸汽涡轮机低压汽缸的最小限制;受峰值设置时电网稳定性的限制。峰值调节深度背景下对主机造成的损失主要包括:对锅炉的影响主要体现在低负荷下燃烧稳定性降低,流体动力能的稳定线降低,表面热量过热,金属的压力元件产生疲劳裂纹等;对蒸汽轮机的影响主要体现在负荷的快速变化导致温度急剧变化,蒸汽轮机静态部分甚至磨损的动态变形,降低了蒸汽加热系统的效率,凸显了汽缸低压运行的问题。

结束语：

“双碳”目标下，利用燃煤发电机组参与深度调峰任务是推动构建新型电力系统的重要举措。煤粉锅炉发电机组作为燃煤机组的主力，有必要深入研究其深度调峰能力和变负荷速率。目前国内比较成熟的调峰技术路线有锅炉燃烧侧的灵活性调峰改造(包括低负荷稳燃、水动力安全性、宽负荷脱硝性能以及经济性运行)、热电联产机组的热电解耦以及快速变负荷性能等。

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