摘 要:近年來,社會對電能的需求不斷地增長,我國的用電結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)生變化。然而,新能源發(fā)電具有間歇、波動、反調(diào)峰等特性,增加了系統(tǒng)的負(fù)荷峰谷差,對電力系統(tǒng)的接納能力提出了更高的要求。為緩解上述矛盾,火電機(jī)組需頻繁進(jìn)入深度調(diào)峰的工作狀態(tài),但頻繁、大幅度的調(diào)節(jié)會降低其使用壽命,并導(dǎo)致效益較低?;诖?,文章就火電機(jī)組調(diào)峰裕度的影響因素進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:火電機(jī)組;調(diào)峰裕度;影響因素
一、 火電廠的調(diào)峰現(xiàn)狀
大規(guī)模新能源接入后,電網(wǎng)的規(guī)劃、生產(chǎn)、運(yùn)行面臨諸多問題與困難,許多火電廠開始對火電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造以保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。目前,火電機(jī)組調(diào)峰通??煞譃檎;菊{(diào)峰、深度調(diào)峰和啟停調(diào)峰三個階段?;痣姍C(jī)組的靈活性改造在一定程度上緩解了部分地區(qū)的調(diào)峰壓力,但對于新能源消納、棄風(fēng)、棄光等問題仍然具有一定的局限性。我國各區(qū)域?qū)痣姍C(jī)組調(diào)峰能力的要求為最小技術(shù)出力在50%PN~70%PN,部分火電機(jī)組調(diào)峰深度到達(dá)55%PN時,整個系統(tǒng)調(diào)峰效益最高;隨著調(diào)峰深度增加,機(jī)組的深度調(diào)峰效益逐漸減小?;痣姍C(jī)組調(diào)峰深度與新能源消納之間的整體效益問題是影響火電廠調(diào)峰積極性的關(guān)鍵?;痣姀S的調(diào)峰效益與其調(diào)峰成本之間存在直接關(guān)系。研究表明,對系統(tǒng)成本變化趨勢起主要作用的是啟停成本、深度調(diào)峰機(jī)組的投油成本以及變負(fù)荷磨損成本,多方面的成本使得火電廠僅靠自身調(diào)峰獲得的經(jīng)濟(jì)收益較低。
二、 影響調(diào)峰裕度的主要因素
(一)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的限制
在低負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行方式下,鍋爐的爐膛熱強(qiáng)度較弱,其適應(yīng)工況變動的能力也較弱,一個小的擾動就有可能使燃燒工況不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致鍋爐滅火,煤質(zhì)太差或煤質(zhì)突變、混煤不均也可能導(dǎo)致滅火的發(fā)生。此外磨煤機(jī)跳閘、制粉系統(tǒng)啟、停過程中調(diào)整不當(dāng)都會對爐內(nèi)燃燒工況造成較大影響。
鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行可能滅火時,須投油助燃。其不投油助燃的最低負(fù)荷與煤種有關(guān),具體的值與燃料發(fā)熱量大小有關(guān)。發(fā)熱量低的取下限,發(fā)熱量高的取上限。
(二)鍋爐水動力安全性的限制
1. 自然循環(huán)鍋爐
定壓運(yùn)行下,低負(fù)荷時循環(huán)流速降低,可能出現(xiàn)循環(huán)的停滯或倒流;變壓運(yùn)行下,循環(huán)流速隨負(fù)荷的增減可能變化不大。但是變壓運(yùn)行時的壓力變化率和最低極限壓力對水循環(huán)安全性有影響,一般按照變壓運(yùn)行的允許負(fù)荷變化率來推定允許的壓力變化率。一般規(guī)定的正常循環(huán)流速界限值0.2~0.3m/s,一般燃煤鍋爐的水動力最低安全負(fù)荷可低到50%,有集中下降管的要比分散下降管的安全負(fù)荷更低。有研究人員對鍋爐水循環(huán)進(jìn)行CFD模擬,結(jié)果表明:50%負(fù)荷以上水循環(huán)可靠,傳熱特性良好;40%負(fù)荷循環(huán)流速有波動,但水循環(huán)可靠;30%負(fù)荷下循環(huán)流速低,不宜長期運(yùn)行。
2. 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐
強(qiáng)制循環(huán)鍋爐比自然循環(huán)鍋爐多了爐水循環(huán)泵。強(qiáng)制循環(huán)的鍋爐啟動及變負(fù)荷速度相對較快快,適于參與頻繁調(diào)峰。低負(fù)荷時要保證受熱面和泵的循環(huán)工作可靠性,不能出現(xiàn)停滯、倒流,且爐水循環(huán)泵不發(fā)生汽蝕,低循環(huán)倍率管壁溫度不能超溫(發(fā)生膜態(tài)沸騰)。此外,負(fù)荷變化過快,鍋爐升溫升壓率高時,泵會受過大的熱應(yīng)力而損壞。
3. 直流鍋爐
其結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)爐不同,由盤繞上升水冷壁和垂直上升水冷壁組成,之間由過渡段水冷壁及過渡段集箱連接。直流鍋爐的水冷壁水動力特性要比亞臨界汽包鍋爐更為復(fù)雜,低負(fù)荷時要保證可靠的溫度工況:水動力特性穩(wěn)定單值有足夠陡的特征;沒有管間和屏間的流量脈動;金屬壁溫正常;垂直管屏結(jié)構(gòu)無停滯倒流。在升負(fù)荷及燃燒工況切換時,由于制粉系統(tǒng)和油槍的頻繁啟停,使?fàn)t膛水冷壁熱負(fù)荷有強(qiáng)烈的波動,爐膛水冷壁出口汽溫和給水溫度短時間內(nèi)有大幅度的波動。變負(fù)荷運(yùn)行時,上輻射區(qū)可能發(fā)生管子超溫爆管事故。負(fù)荷越低,受熱最強(qiáng)的那面墻的上輻射區(qū)易發(fā)生管子超溫爆管事故。
(三)防止空氣預(yù)熱器低溫腐蝕的限制
低負(fù)荷時,過熱氣溫與再熱氣溫降低。排煙溫度降低和空氣過量空氣系數(shù)增加,煙氣中SO3濃度上升,露點(diǎn)溫度顯著提高,而此時空氣預(yù)熱器冷端壁溫顯著降低,若低于露點(diǎn)溫度以下,可能會發(fā)生低溫腐蝕。
(四)引風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境
包括引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)。引風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境惡劣,故障率較高。主要故障包括風(fēng)機(jī)震動、軸承過熱及漏油等。機(jī)組正常運(yùn)行調(diào)整時,增加或降低風(fēng)機(jī)出力調(diào)整不平衡,會使風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工況運(yùn)行。鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行期間,運(yùn)行人員調(diào)整雙側(cè)風(fēng)機(jī)出力不匹配,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)進(jìn)入低負(fù)荷不穩(wěn)定區(qū)域,產(chǎn)生喘振。風(fēng)機(jī)對負(fù)荷變化影響不大,不是限制負(fù)荷變動的關(guān)鍵因素。
三、 深度調(diào)峰操作過程
在機(jī)組負(fù)荷>400MW時,機(jī)組變負(fù)荷速率為15MW/min,機(jī)組運(yùn)行較為穩(wěn)定,除正常輔機(jī)切換、退出運(yùn)行等操作外,鍋爐燃燒較為穩(wěn)定。機(jī)組負(fù)荷降至300MW及以下時,機(jī)組進(jìn)入濕態(tài)運(yùn)行方式,機(jī)組變負(fù)荷速率降至8MW/min。此時,汽機(jī)側(cè)主要監(jiān)視機(jī)組中間點(diǎn)溫度、3#高壓加熱器疏水切換、再熱蒸汽壓力調(diào)整、汽輪機(jī)葉片溫度調(diào)整等,同時進(jìn)行凝泵深度變頻、主機(jī)滑壓偏置修訂;鍋爐側(cè)主要監(jiān)視鍋爐氧量、爐膛負(fù)壓等參數(shù),判斷鍋爐燃燒穩(wěn)定性,同時,開大鍋爐燃盡風(fēng)擋板開度,降低燃燒器一次風(fēng)率,以提高鍋爐中心溫度。
四、 結(jié)語
綜上所述,快速發(fā)展的儲能技術(shù)具有較快的響應(yīng)速度,能夠優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、增加調(diào)峰容量,若能引入儲能系統(tǒng)參與調(diào)峰服務(wù),可減少并優(yōu)化火電機(jī)組的頻繁增減出力,從而有效緩解火電廠的調(diào)峰壓力,有利于提高新能源消納能力,減少棄風(fēng)、棄光量。
參考文獻(xiàn):
[1]曾漢才,姚斌.大型燃煤機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行若干問題的探討[J].熱力發(fā)電,1997(2):24-28.
作者簡介:
高明,華電國際電力股份有限公司鄒縣發(fā)電廠。