火電機(jī)組調(diào)峰裕度的影響因素研究

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。